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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。
7 R/ k+ x3 B4 a) ^6 u$ J3 y1、欧姆定律电功率
9 ` y* }6 J9 }# n) g2、阻抗- G: _/ Y) L2 c
3、复合负载
$ }2 X' J- ]5 L6 X7 d4、共振（谐振）4 a6 Q; X# ^) u) h# F d8 ?4 ?8 X
5、扬声器负载的串联——并联2 u; d4 s3 o1 x9 F
6、电阻、电感和电容器的串联——并联& }' S' I2 J$ ^' B! B/ a
7、分贝
' h& n* O/ I1 O8 |) O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。0 C5 x# @5 a5 O5 E! ?
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。* Y! _) ~# D* i
电学中分贝与放大倍数的转换关系为：
2 u! T; p( t5 c( EAV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)]；Ap(dB)=10lg(Po/Pi)5 h% Y3 n. x0 m8 L
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：- O, {5 I7 `& J- b7 i/ D
10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)
+ ^# T. _& p# s- m) O% q使用分贝做单位主要有3大好处。
( K; _/ [$ G1 q8 G( a, T- Y: s1、数值变小，读写方便) g$ ]1 p \0 F: [0 H& ~
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。" ?$ P; G5 f. O- S* C; `
放大倍数与增益的对应关系' F- \% A5 C* }7 H8 }8 k
电压(电流)放大倍数 1/10 1/
4 I$ I1 N ^+ \! q- S1/2 1# e1 H* M& n! Y
2 10 100 103 104 105
" M- X* r* `1 q1 V O/ `增益(dB) -20 -6 -3 0 3 6 20 40 60 80 100& k3 l3 Y% l9 S; {, h
功率放大倍数 1/10 1/
) K/ {' s; O$ N/ H7 n1/2 12 B1 ~; y. w2 t8 q# b
2 10 100 103 104 105* ~# D, }$ o2 ~# o: m, D$ p
功率增益(dB) -10 -3 -1.5 0 1.5 3 10 20 30 40 50
+ s4 T/ U/ x: P/ Q2、运算方便$ L, e& w; a# C$ B! m! c
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。
7 D% X9 s. O3 N; A; n5 v% }3、符合听感，估算方便; K5 Z5 I+ ]% h/ f
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。' T4 c( ?7 A* @1 c! d% i- o0 ?) u, _2 A
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。
9 H$ ^5 F3 \5 Y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。
: Y! N M" j0 v- A1 ^. U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。
3 H- ?3 G% m1 W1 B+ E2 @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。" T9 z& F' v% j9 |* Q# N& W3 H. L# o: u
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!* {* @) {# J6 ?) M& u& N+ o
在电声系统中采用分贝的几种表达式：
9 N7 H3 V. k0 h( p( k1 h Q, R9 K1）、功率增益分贝值=10lg（P1/Po）dB 基准功率Po=1W
9 a* r2 i) Q. x/ ]5 @ t2 k2）、电压增益分贝值=20lg（U1/ Uo）dB 基准电压Uo=775(dBmV)或Uo=1 （dBV）
3 f. g5 ^1 S% t- o6 ^3）、电流增益分贝值=20lg（I1 / Io）dB 基准电流Io=1(dBmA)或Io=1 （dBA）+ u' d' ~. I; S/ l4 d. r4 J
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
. S/ ^; x, N, Y1 }5）、声压级在自由空间中衰减=20lg（R1 / Ro）dB 基准距离Ro=1m/ N1 }1 e: Q% R4 L3 U! a) h
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。
$ W5 k- s. c2 a8、变压器
# K+ W7 y* m2 M6 O; N实际变压器有一些条件限制：3 b" X4 a* ^- Q& c; L) m2 h
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。0 T3 [" Q9 g7 s
2) 带宽
9 ~5 g F- W# d' ~7 {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。
3 V( K% C- o4 W9 T% ?& X9、功率传输的线路损耗
: N# ^8 {# M+ R1 O3 C" L, t一般说来，良好的工程，要求导线不大于0.5个dB（10%）- |) b2 r, C' A$ |7 Q& |
1）低阻抗传输线路功率损耗计算( y# Y1 R- B1 r. q6 |- [. l
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。7 c9 K9 c0 G B: O H3 T$ `% v% ~) g
功率损耗（dB）=20 lg（RL/ 2R1+ RL）
9 [- c. `! g4 q) l, {# fR1=ΡL/S
5 u7 _& X& M0 N20度密度 银=0.0159 铜=0.0172 铝=0.0282
+ Q2 C) q: P( O- i; _2）高阻抗（定电压）传输线路功率损耗的计算
4 I9 Q R: u; y3 L& O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。
- j3 D H9 L: L% X& I* @1 m" ]9 F! m线路损耗为10%时：
& P7 X* X9 E9 i. U2 z8 A1 U6 b高阻抗至少需要的截面积S为：# u6 A; O0 n# l
S≧（0.37×L×P）/U2
~, u" {1 \) M低阻抗至少需要的截面积S为：- P6 t' g& I/ r+ {2 \1 u9 c
S≧（0.37×L）/Z
' j6 K' T( V3 J6 |L导线长度" s, w) ]+ u7 R- K5 Z5 X7 ` n/ S
P传输功率4 |7 ~. ]$ X0 d7 _2 l! b, o
U传输线两端的电压/ Q9 Z. L# \ H% ^: T+ S- o
Z扬声器的负载阻抗$ n2 \) ~% t8 }& y7 @4 u1 {# P0 {
3）定电压传输系统的功率匹配和阻抗匹配
& n) a9 F0 w2 |定电压传输系统中各个扬声器负载的适应状态
* \0 x H) ?" ]状态( u$ V' s2 ]+ }5 K& |
阻抗 功率 效 果 备注
& v* {3 ~% K" b: ]3 U) \Z（SP）=Z（AMP）P（SP）= P（AMP） 从功放到扬声器达到最大功率传输 最佳( _5 o4 ~; z. u" N& [
Z（SP）>Z（AMP）P（SP）= P（AMP） 供给扬声器的功率低于扬声器额定功率 不产生安全问题
$ l- y8 D+ J! F O# LZ（SP）<Z（AMP）P（SP）= P（AMP） 功放过载 功放损害6 ]3 {6 R' K, ~
Z（SP）= Z（AMP）P（SP）> P（AMP）供给扬声器的功率低于扬声器额定功率 安全运行1 g! Y L& c5 n
Z（SP）= Z（AMP）P（SP）< P（AMP）扬声器过载
, q+ h5 v) e1 X4 UZ（SP）= Z（AMP）P（SP）≥ P（AMP） 功率分配不当会损害扬声器；分配扬声器的功率适当时，工作正常
6 ?) |. y* b% b+ L- Z100V电压传输中电压降为1 dB时最大允许溃线的长度m
S6 ?0 @7 z8 B, Q; S导线截面积 传输功率! D1 |0 p5 T6 }7 g" m+ T8 L9 |
/mm2 4 10 20 40 100 200 400 1000& B! b, E5 C5 f* A8 R" r
0.3 2500 1000 500 250 100 50 25 10
7 }( }! j9 w( B2 C/ L/ i1 o7 ^$ M0.5 4000 1600 800 400 160 80 40 16
* q( v+ y2 Z* z% f- l! x0.75 6000 2400 1200 600 240 120 60 24
4 x) e' [# ]! ~1.0 8000 3200 1600 800 320 160 80 32. O* \8 [3 M" X6 d% U
1.5 12000 4800 2400 1200 480 240 120 48
/ B e+ n. P" D$ S" o& g2.5 20000 8000 4000 2000 800 400 200 80
& k& Z* n2 r: F- I4.0 32000 12800 6000 3200 1280 640 320 128& }5 A% h3 M/ _) K
6.0 48000 19200 9600 4800 1920 960 480 192
) h5 \0 b/ i# K) L- A% p
; m- d# Z" r! [' [( I# U |
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发表于 2016-3-13 13:15:44
