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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、欧姆定律电功率7 C2 Z+ \. @+ C8 }
3 Q& L. D' }) |! m3 n3 ~- r
2、阻抗
9 U( b% X- ]- |4 _+ s5 K. {
3 d3 [- b4 M' P8 m) K' O/ r; i& {* R- U 3、复合负载% X" G" H4 ?0 q8 |2 Z; A; s' i
4 A" P b* M$ M# T0 j* }5 F 4、共振(谐振)4 _% S9 O* w- U: v& U* H* w3 G8 z2 G
; }1 V* w7 L! U2 k 5、扬声器负载的串联——并联, p1 u, m9 @3 X$ k% {4 o$ _& h
% O2 R) `, \0 |0 e; d
6、电阻、电感和电容器的串联——并联
* Y9 P2 D) k5 i' |+ Y. E7 t: x s U, _5 u) f
7、分贝( o8 E9 D; ~. L
7 {2 W3 w- p5 D3 }0 J
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。
( Z: x4 h& A d3 Q! C2 m# s* @( S. R! S& ~
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。
# C! g. _% e* u2 h% @# R0 n% `: e, [+ \2 k
电学中分贝与放大倍数的转换关系为：$ _: o2 i/ i! Q/ q0 e1 v9 Q& e
6 ]% ?, O3 b, x5 |! N, A( N AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po/Pi)# H, X5 s$ t9 _1 t/ T
$ p( j! {- m, \1 Y3 ` 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：
- R& Y: o- H, y9 h1 L
% a+ k0 i; X2 z' [7 `9 R' V 10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)7 _& X Q* P8 X, Q: D3 k5 v
6 u, U y! e2 u% k$ |. w 使用分贝做单位主要有3大好处。4 @( {- u5 C. o/ @4 R3 q6 o
8 _; J0 R! g3 V. p+ h( y 1、数值变小，读写方便6 p0 K; w/ t# h9 j' h
& L) @$ K/ C$ {. k6 M/ e
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。
t0 }; r3 C! S% A6 l8 w3 F H) J7 y$ ^' I+ u8 R
放大倍数与增益的对应关系: H/ i2 `* h8 B( B o3 }9 ^3 _
9 _8 g" G( e2 G5 R' e' c
电压(电流)放大倍数 1/10 1/% D- x: P {1 @& w7 C) y) g
: U) ~2 d# Q6 O& N
1/2 1
2 l. h1 f5 E- ]1 m
( U7 _4 M5 k3 N8 q. U/ v 2 10 100 103 104 105
( \) L" s: ?& U1 o! z" ?$ P$ i; q3 ?& P8 ]7 g; S' D) Q4 m8 ]" |
增益(dB) -20 -6 -3 0 3 6 20 40 60 80 1009 }" q! T( w$ o3 m/ S8 V
6 X; W- G- T$ Z1 I6 N# H7 H% I
功率放大倍数 1/10 1/9 Z L8 B; s v0 O# ~- u; W
" u$ i. i( L6 b5 \ M% u& g/ E
1/2 1/ `3 _3 n; S# ^ {! S9 ?4 Y
+ x" E& r1 |( r 2 10 100 103 104 105
4 n( }# H- a a" P8 _. M
& X( T; E! M$ s% @' _* k 功率增益(dB) -10 -3 -1.5 0 1.5 3 10 20 30 40 50
1 l5 @0 e' O' m8 [0 r6 k- j7 F: F) w) y1 c0 s
2、运算方便* d7 @8 N z0 b; x0 s
' W: k, `9 M1 n8 G 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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& ]+ _- _9 P. H; y7 `# X9 y 3、符合听感，估算方便
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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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# {8 O8 E( i- D0 `+ X2 ? 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。
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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。+ ]7 J, n2 n5 A5 @: G- E, ?) W4 ~- f
# Y. E9 E# q$ f3 Z
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!, ?* j( {) B# D! Z
! Z0 B& ]3 s" e% E; n" @; U1 ? 在电声系统中采用分贝的几种表达式：+ L* i4 a$ F8 j: `* \- J% ~; [ X) m
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1)、功率增益分贝值=10lg(P1/Po)dB 基准功率Po=1W# e: \6 V; Y& D4 d Z0 x1 o2 d
% n# _: }) E' _- A4 s$ U3 E9 U/ z 2)、电压增益分贝值=20lg(U1/ Uo)dB 基准电压Uo=775(dBmV)或Uo=1 (dBV)
$ ^* O/ L: r4 p) S h' k
9 s% E4 y; U2 L( L# V4 z9 ^ 3)、电流增益分贝值=20lg(I1 / Io)dB 基准电流Io=1(dBmA)或Io=1 (dBA)
- U- T9 L) Q! g$ e
# H8 A1 @8 K: V! v. v, G& w" L 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0 y/ q+ p/ m5 n
6 V. g2 x( T6 @3 k 5)、声压级在自由空间中衰减=20lg(R1 / Ro)dB 基准距离Ro=1m: b7 U2 m5 a2 K0 d0 O! B2 A
8 L, L! P4 v' s* X! v
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。
, H; K$ a/ p6 S. K" A/ |' f
0 W' U' a) g2 C/ O0 N( N 8、变压器
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实际变压器有一些条件限制： a9 G, r2 R, d$ ~
0 \% _; p8 S6 W% z7 W
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。$ y) r! N; [) p. ~3 b. i
) F. S" y+ k7 X 2) 带宽 f0 X0 f' b9 {, E0 {
& V; S+ ~# O; ]0 c; V3 d; u 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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3 g+ ^* F( u3 X$ o% x9 Q" A! r 9、功率传输的线路损耗
8 d! S4 }* {9 n3 l3 {$ y' l- _& p
" v1 C: \7 i+ U) M 一般说来，良好的工程，要求导线不大于0.5个dB(10%)
7 z. U% r5 F L, I6 N
) L9 G) E1 ?$ R 1)低阻抗传输线路功率损耗计算
* h9 c2 K# L" A6 s' K8 h
1 r* L+ N6 F7 W: P( K; \3 k2 ^2 Z 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。
2 a, W7 T, R$ }6 G' w$ X/ I4 [) H
7 \; V1 o( h) r* i; a( N# h 功率损耗(dB)=20 lg(RL/ 2R1+ RL)+ C ^" f( k: ^" }' ~
( w/ {- L7 N: p8 H2 } R1=ΡL/S
+ J* I) o/ C4 \; m# \- X7 b1 A. C
! l2 P% J$ i9 K5 n 20度密度 银=0.0159 铜=0.0172 铝=0.0282
1 Q9 d- I: a6 x8 h( ~3 I, x
' y) L' P# i, f) ^; m 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。. k- T2 C7 K' C+ ]
4 ~3 Z$ p: |' R5 M: _& c; i, |$ | 线路损耗为10%时：! U0 q% s0 R! t: }* Q5 D N
9 K( b& c5 |' }& j _ o* T
高阻抗至少需要的截面积S为：2 d- e+ c! x; C3 D, s- e+ N) {
t. h( p% o5 Z. r; T8 a8 b
S≧(0.37×L×P)/U2( T. ?" [4 g# x1 a1 l: C7 t
# L( P# F8 y; O+ O5 ?' Y 低阻抗至少需要的截面积S为：
" d2 ?$ }0 X3 S( v
! P! L( d" Y, g2 d& o S≧(0.37×L)/Z |
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发表于 2010-8-14 12:26:45
