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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。
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1 a& l* J' `6 y7 ~6 ~ 1、欧姆定律电功率
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}6 ^6 f, R- w- w6 D 2、阻抗
4 e4 T+ s. }1 m( a p6 H8 r3 r
* A! M q# g5 `: N' H/ u. z0 k, C 3、复合负载2 B, X: m5 t1 m7 K# Y! q: N: S
) c2 A3 n4 Q7 ` 4、共振(谐振)9 u0 A5 s) C- B3 Z' |9 c0 |
2 F/ t% Z p3 E6 M6 K% K
5、扬声器负载的串联——并联
: C4 j( B1 s) O/ D* `& j1 {8 I5 ^1 L
6、电阻、电感和电容器的串联——并联' c/ j8 N0 `" e P' @
! d: v. E) \9 B; p. q- q
7、分贝
4 T' R/ { K5 A. R, `4 `( v3 i/ I" }$ U+ O1 P9 I. H% Z! O. w/ |: A7 S 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。
1 {# b6 Z8 t# B& C7 @' B& v/ C. R/ G) t ^( B* }( C7 J' Y2 _& f7 Q+ x
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。) o4 G* E8 V8 a2 f' u4 c5 W
% w7 H' @7 q9 ~8 m/ M, n 电学中分贝与放大倍数的转换关系为：
9 X9 }% [# S/ i+ U& I) i
& [( b9 v" P3 E5 d3 N& M AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po/Pi)
# h' E; l) P8 O
8 ?9 X7 m& R2 _ [6 r1 P 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：
4 J1 Z5 u- j( e+ U. }; g
6 g0 R# ~+ w, L 10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)- R4 A5 _0 {* ~+ j/ n, V- R
5 K. s( |% x" n4 {
使用分贝做单位主要有3大好处。. T9 L" l; \( ]5 `6 }
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1、数值变小，读写方便
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6 X* |# z/ |3 j# ?: j1 X! L! T3 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。6 Z& a0 _: N% E/ Y; Z
* K* s1 [+ @0 P H* S( Q) e; m 放大倍数与增益的对应关系1 ]$ a7 r7 H& `5 ]( D
! a4 C; `1 x% w7 b 电压(电流)放大倍数 1/10 1/
3 c# N2 o/ a ~0 s6 R! r$ E, L3 P \7 n9 [
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) D, j8 Q: U' Z- M; M! d7 H0 B, Z8 O& {: h
2 10 100 103 104 105
! u0 C$ j U$ p6 w: c- M- ^
" j8 g# X7 Z2 s( J 增益(dB) -20 -6 -3 0 3 6 20 40 60 80 100
: _% k9 _# q! R( Z @
! p8 C. Q& N3 p9 s- D 功率放大倍数 1/10 1/
' \3 r* ]& O- v/ x1 K1 A& D5 g6 @% |" J- y& F) u* k
1/2 1, p( r, \" A. N: P6 g9 `0 z
4 e. l: ~, q, V6 V t
2 10 100 103 104 105! L: F, M# l3 G# N
# Y0 i% o; A$ w0 X" ` 功率增益(dB) -10 -3 -1.5 0 1.5 3 10 20 30 40 50
H+ n# w7 j4 x0 v$ W3 s3 `9 D! N; s( j
2、运算方便3 |2 N# }9 l$ F6 ^- h
2 }6 J x* u; W
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。& t. b1 {' R7 G+ U# ~- l
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3、符合听感，估算方便6 L9 u4 P0 \8 A+ y( _- ^7 x: T! Y8 S
+ n$ e: u* A( y; w, e9 i) {" [ 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。) n W! u {7 q' v
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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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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。6 _2 w3 s e$ m. R- i1 d
3 D& X5 b: t9 H1 h! f$ l 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。- ^6 h, j2 T/ G- P/ H* m' p. h3 H
" c) { ~( G# }
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。
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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!6 z1 ~" H) V# F3 E. r0 {% f L7 M
& s) ?# q2 k/ j( Z/ e 在电声系统中采用分贝的几种表达式：: f1 F* @% J* l+ L) Q& K2 ^4 }
1 O( g: j$ q- v6 @% r 1)、功率增益分贝值=10lg(P1/Po)dB 基准功率Po=1W: q& x! p @' z) T5 `2 O8 W
. ?# \$ H5 O7 V) ^
2)、电压增益分贝值=20lg(U1/ Uo)dB 基准电压Uo=775(dBmV)或Uo=1 (dBV)
( e* u' D8 W! P
) ~! V" ]. x6 C2 w3 c* i/ Z 3)、电流增益分贝值=20lg(I1 / Io)dB 基准电流Io=1(dBmA)或Io=1 (dBA)
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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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* z/ G% z4 [/ {- T& y$ n, r# f 5)、声压级在自由空间中衰减=20lg(R1 / Ro)dB 基准距离Ro=1m
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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。
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8、变压器# K* o8 A0 ]" P7 S
+ d$ n/ G. n4 E3 v2 ~ ]
实际变压器有一些条件限制：' D3 T! `# C) F. P; \. ]- t
1 C, {8 p& j+ x, t/ B0 m: C
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。
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. m- O5 Y. j! u+ o; x8 @ 2) 带宽4 }/ N! }& }' e+ e0 j% E
& \. ]* O7 c7 A9 y 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。
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" N- d: J, Q) `. a% z; ?2 [2 @1 l 9、功率传输的线路损耗8 h; v+ `: E; ]* Q$ J9 h6 l
6 l9 m- i7 q; E5 o# z" M# I 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) ~# d7 O7 z# @$ h' n3 u
" _& n7 [4 W. A, ^ 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。
% O' B; H% }0 v+ d
. ~7 C0 J8 M; T; Z 功率损耗(dB)=20 lg(RL/ 2R1+ RL)$ q: N) z3 T+ h4 R: z
+ d: x% o8 }9 p2 m R1=ΡL/S
0 K6 Q+ O" {% w- e ?8 j
, S. W3 G4 R2 i L 20度密度 银=0.0159 铜=0.0172 铝=0.0282
: B% r3 ], z( ?- i: |( j: Z) O2 t
* x( n2 Z" }8 E 2)高阻抗(定电压)传输线路功率损耗的计算. o! g9 d1 W9 w Z! s u
2 [3 {! D6 M1 ^1 J& ]* @. z9 _: \ 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。
- }3 F" p2 o$ e' @4 s5 B# g6 z3 I# C% G- x2 W0 f
线路损耗为10%时：0 @- N& a/ m+ o7 g' z! l F' u. i
) N# B: C/ v+ o, s
高阻抗至少需要的截面积S为：
0 ]' A1 q3 W: s6 z( Q2 k; B. F" r* H$ [
S≧(0.37×L×P)/U2- C) l |! Y" _: h3 o
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低阻抗至少需要的截面积S为：; D6 M9 H" H+ V0 x
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S≧(0.37×L)/Z |
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