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发表于 2010-8-14
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电子学基本知识在任何扩声系统的实践与应用中都必不可少的。这个题目很大，但扩声系统的主题范围内是有限的，即只涉及电子系统和负载之间的相互作用。! D$ e# l# R! ^5 P X
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1、欧姆定律电功率
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2、阻抗
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+ j' g% q# C( S: |6 r 3、复合负载
- M" V" s( E. x" n1 l7 c) s* |4 N
2 Q/ W' _* Y: s- ` 4、共振(谐振)
. v0 }, T' _6 y
9 R, F9 ?/ R7 f 5、扬声器负载的串联——并联
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6、电阻、电感和电容器的串联——并联& m! a+ y) P) N
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7、分贝
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* _$ d! ?+ M2 {4 Z1 @& G6 H 两只音箱一只指标为10～50W、87dB/W/m，另一只为10～50 90dB/W/m，哪一只响?响多少?两只功放一只标记频响10Hz～40kHz，另一只标记20Hz～20kHz±0.2dB，哪一只质量高?如果不清楚“分贝(dB)”的确切含义，您就说不到点子上。
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2 B7 h% P7 Y, S* U4 w4 r 简单地说，分贝就是放大器增益的单位。放大器输出与输入的比值为放大倍数，单位是“倍”，如10倍放大器，100倍放大器。当改用“分贝”做单位时，放大倍数就称之为增益，这是一个概念的两种称呼。
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) X* R; o6 ~# `6 b& F6 l 电学中分贝与放大倍数的转换关系为：
) e/ }( a% }1 P
& Y. d9 S- D' Z# B7 @6 U AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po/Pi)( d* v5 T. a3 J4 Q X( \/ H$ R
- p. `& b- F+ W4 q
分贝定义时电压(电流)增益和功率增益的公式不同，但我们都知道功率与电压、电流的关系是P=V2/R=I2R。采用这套公式后，两者的增益数值就一样了：
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3 q. W( A% l2 W3 j 10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)9 l {6 x) ^( R
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使用分贝做单位主要有3大好处。" q( c3 \ O& M3 L" ?; }5 D1 p
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1、数值变小，读写方便
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! ~& L. O' v) N* f5 ]8 Z9 K 电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万，一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一共要放大2万倍左右。用分贝表示先取个对数，数值就小得多。附表为放大倍数与增益的对应关系。1 Z, E& j" j) O, c5 m2 M: {: Q
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放大倍数与增益的对应关系
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电压(电流)放大倍数 1/10 1/6 s& C! z K! Q- l
5 b. u* u5 l) Z8 D 1/2 1
+ F/ x7 g5 [% e, |/ ^% Y* d
0 z7 m: u$ c7 _8 }! o3 n) n8 m 2 10 100 103 104 1058 U _% S: Q, H
) v m. M; a; J! w: v! R 增益(dB) -20 -6 -3 0 3 6 20 40 60 80 100
) O9 S# k$ A0 d) G* @
& o/ E! x/ e( R 功率放大倍数 1/10 1/# L# D( K2 w, y6 {4 [" {# m; E
! b% D! O/ Q3 P2 @3 ? 1/2 1
9 x% ^' J8 o6 y' \( l. M( m! }" ^: d; x Q4 \/ U2 B+ u
2 10 100 103 104 105/ L" I' s+ r4 _$ S
" J; W, S7 f0 K. H% }) a 功率增益(dB) -10 -3 -1.5 0 1.5 3 10 20 30 40 502 Z9 p; B# J ]9 H! ^; N
& ]' o5 h4 D! q% H
2、运算方便' E) ^0 K8 a$ n1 v2 y* y% I
; x" L0 J2 v: X# ^: y 放大器级联时，总的放大倍数是各级相乘。用分贝做单位时，总增益就是相加。若某功放前级是100倍(20dB)，后级是20倍(13dB)，那么总功率放大倍数是100×20=2000倍，总增益为20dB+13dB=33dB。
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3、符合听感，估算方便/ ]# Y: j0 w' t
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人听到声音的响度是与功率的相对增长呈正相关的。例如，当电功率从0.1瓦增长到1.1瓦时，听到的声音就响了很多;而从1瓦增强到2瓦时，响度就差不太多;再从10瓦增强到11瓦时，没有人能听出响度的差别来。如果用功率的绝对值表示都是1瓦，而用增益表示分别为10.4dB，3dB和0.4dB，这就能比较一致地反映出人耳听到的响度差别了。您若注意一下就会发现，Hi-Fi功放上的音量旋钮刻度都是标的分贝，使您改变音量时直观些。
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分贝数值中，-3dB和0dB两个点是必须了解的。-3dB也叫半功率点或截止频率点。这时功率是正常时的一半，电压或电流是正常时的1/2。在电声系统中，±3dB的差别被认为不会影响总特性。所以各种设备指标，如频率范围，输出电平等，不加说明的话都可能有±3dB的出入。例如，前面提到的频响10Hz～40kHz，就是表示在这段频率中，输出幅度不会超过±3dB，也就是说在10Hz和40kHz这二个端点频率上，输出电压幅度只有中间频率段的0.707(1/ )倍了。0dB表示输出与输入或两个比较信号一样大。
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& O1 O0 y, f' s/ q, _1 j! W0 m 分贝是一个相对大小的量，没有绝对的量值。可您在电平表或马路上的噪声计上也能看到多少dB的测出值，这是因为人们给0dB先定了一个基准。例如声级计的0dB是2×10-4μb(微巴)，这样马路上的噪声是50dB、60dB就有了绝对的轻响概念。" C# j5 Z6 b8 Q$ C* w1 I" I& }! g
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常用的0dB基准有下面几种：dBFS——以满刻度的量值为0dB，常用于各种特性曲线上;dBm——在600Ω负载上产生1mW功率(或0.775V电压)为0dB，常用于交流电平测量仪表上;dBV——以1伏为0dB;dBW——以1瓦为0dB。1 n" j, H$ l- g
% c4 w+ g1 m( F& s5 o( b, r
一般读出多少dB后，就不用再化为电压、声压等物理量值了，专业人士都能明白。只有在极少数场合才要折合。这时只需代入公式：10A/20(或A/10)×D0计算即可。A为读出的分贝数值，D0为0dB时的基准值，电压、电流或声压用A/20，电功率、声功率或声强则用A/10。* O$ B! @9 x1 U) O" J9 O8 X
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现在您就可以来回答本文开头的问题了。第二只音箱在相同输入时比第一只音箱响一倍，如果保持两只音箱一样响的话，第二只音箱只要输入一半功率即可。第一只功放只是很普通的品种，第二只功放却很Hi-Fi，整个频率范围内输出电压只有±2.3%的差别!
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在电声系统中采用分贝的几种表达式：% Y; Y% \' c& s$ S
% h. w2 W( z+ b8 f4 @ 1)、功率增益分贝值=10lg(P1/Po)dB 基准功率Po=1W
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2)、电压增益分贝值=20lg(U1/ Uo)dB 基准电压Uo=775(dBmV)或Uo=1 (dBV)
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: D* M; a% P( X S F 3)、电流增益分贝值=20lg(I1 / Io)dB 基准电流Io=1(dBmA)或Io=1 (dBA)+ a: Z+ Y* u: S$ F
: f4 ?. B- C+ O( X$ X% I: Z 4)、声压级分贝值(SPL)=20 lg(pre1/preo) dB 基准声压级preo=20×10-6N/m2是人在1KHZ-3KHZ的听觉门限值
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5)、声压级在自由空间中衰减=20lg(R1 / Ro)dB 基准距离Ro=1m
: u. h2 E1 @2 k3 M+ B r3 ~+ z; Z- @7 a6 z8 ^0 Y; B5 m
还有很多中量也用分贝为单位表示，例如：电平、信噪比、灵敏度、滤波器的衰减率、信号动态范围等。它们的倍乘系数也是20。0 b! q- \) a' C! Z7 { Q
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8、变压器
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实际变压器有一些条件限制：
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: i' c$ n( u0 G$ e 1) 功率处理 变压器不是没有损耗的装置，在传输功率期间会产生热量。* V+ v; M: n% {1 \
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2) 带宽# i( _# E. J# T
n8 v% n1 T/ I, l z3 J. f 3) 插入损耗和失真 良好的变压器在中频段的插入损耗小于1 dB，通常低频和高频段的插入损耗及失真会增大。7 z; |& _9 P, r$ C0 f
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9、功率传输的线路损耗
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一般说来，良好的工程，要求导线不大于0.5个dB(10%)
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1)低阻抗传输线路功率损耗计算0 `) p1 g% H; T1 W
Q/ [, E, W+ d0 L' |# Q$ z; y+ }
低阻抗传输用于低阻抗输出的功率放大器与低阻抗扬声器(一般低于16欧)直接连接的功率传输线路。这种传输线路的特点是信号失真小、频响特性宽和音质好，但是传输线路中信号电流大，必须采用截面积大的导线才能有效地进行传输，否则会造成极大的功率损耗。
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功率损耗(dB)=20 lg(RL/ 2R1+ RL)
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7 ^, Z( O- G+ K! C R1=ΡL/S. n& M/ K) s# t! \2 u/ j
% L) `$ q5 l# @: K9 s" D0 J, J% p 20度密度 银=0.0159 铜=0.0172 铝=0.0282
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2)高阻抗(定电压)传输线路功率损耗的计算
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在大型扩声系统中(如大型体育场、广场或背景音响系统等)，传输线路都很长(一般都超过200M，甚至数公里)，此时如果用低阻抗传输线路传输，必须使用大量很粗的导线，还要增加许多功率损耗。为此，采用另一种高阻抗/定电压输出(50V、70V和100V三种标准电压)的传输系统。这样可以大大减少线路的功率损耗。但这种方式引入了匹配变压器，明显地影响了传输信号的低频和高频。8 L* T% W6 U' {) u; r8 ~
& }$ T, ?, o. D: V" a
线路损耗为10%时：
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( L, q1 C+ \2 M' b, d 高阻抗至少需要的截面积S为：4 c4 ^0 G I0 \4 n$ l, A1 F* O
- K# p$ j; m5 N1 T$ C* _ S≧(0.37×L×P)/U2$ Y# c* G- {4 O9 c3 H3 s. o% O
& a ^' D5 j- x. J/ Y/ f 低阻抗至少需要的截面积S为：
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S≧(0.37×L)/Z |
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