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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。
6 N( x: u" F6 n# V" z& B4 n* d" o3 w" `8 P. R
1、欧姆定律电功率 E& S' o+ m" r1 W' H3 }
5 F+ C6 }" p* @9 W1 o2 n 2、阻抗# Z; I7 X. d: h& G6 D' W9 R
9 K% }$ u j+ m8 L
3、复合负载8 F5 _& V8 z# n0 @) m# V8 F
0 O% a; R7 d# _# d+ n: B 4、共振(谐振)4 u" j. d' k2 p8 \# }
2 x4 ]# O3 W+ o+ j- T" T( F 5、扬声器负载的串联——并联
% T l8 L# s: s8 U. c, Y. \- A% A" O, ]
6、电阻、电感和电容器的串联——并联
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) ~" R9 y) S1 S( Q4 w 7、分贝8 r9 g& M; n8 k( Z y( s9 G/ r
" f6 @; I% U, d3 \5 t
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 f, s% J6 |8 P3 ]6 J! a) }9 N
% e, Y1 e2 ^% }) S, `4 _ 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。) ?7 `( ]% v6 r5 Z; [& ]4 o
" a3 M3 ]: f! q# e: h 电学中分贝与放大倍数的转换关系为：3 O2 ]" ]9 i; z* k9 C% @, Z" B
$ u9 }* O* w" U+ m( A2 P! x AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po/Pi)
) S& g) ?, U! |% J2 x8 t t( K5 R/ @5 Q0 Y; E- ^
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 m) k, ]) H$ v0 A' [! ^# S3 X7 [1 M7 _
10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)6 d1 G T+ N0 t* h1 h3 J
% u2 G; a7 h/ D: u9 a$ @
使用分贝做单位主要有3大好处。* E4 }+ O% V( s9 { E: C5 S
. O* j/ B- E- R: A% u$ [9 Z/ d
1、数值变小，读写方便
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# H# y% \) c- e$ Q. R5 x3 v- 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。, C% j' G% c1 [, i% |% t- B
' _* h* ?" a* R" J8 m$ `4 u* ^ 放大倍数与增益的对应关系
. m8 R* A$ v8 y2 l( ?# B1 D- v% N" B* B9 w( X( d0 G/ O
电压(电流)放大倍数 1/10 1/# Y! k# O7 {& ~+ G: G
9 H( E4 j* ~+ i
1/2 1( L2 ~3 a( _; Z0 w5 C4 C7 B
* F" s0 f! O7 Z6 h7 M 2 10 100 103 104 105 \' W4 ^- A8 H6 R3 {
' W& a- e, m& }+ Z
增益(dB) -20 -6 -3 0 3 6 20 40 60 80 100
, V3 y* b& R0 X$ V; p% i" ]$ W
8 J; o; J- n" B; F3 l- j: ? 功率放大倍数 1/10 1/
: L0 J% z. {( M' G& M0 W
( S. b( ?4 `; X% v' a 1/2 1 Z% {1 c4 M* O* s
: O" E- ]# ~) I0 P! M5 A; s 2 10 100 103 104 105" H1 v6 g& i( `4 m# r
" O+ V1 E5 ~% [+ J9 L
功率增益(dB) -10 -3 -1.5 0 1.5 3 10 20 30 40 504 g8 P2 a5 L7 b- g- }7 V# }
* j3 ]# @7 _. ~" Z# O. i$ K ]
2、运算方便
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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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. T) x0 H8 J8 S3 ?3 \9 q 3、符合听感，估算方便
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2 E. \# M% S& l 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。+ P+ j/ ]" n; a) U
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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。
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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。" E' U+ h: R. B0 q
* d4 V+ }' q) H$ k3 R4 _
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：9 [' d' `' Z/ u7 m( X
3 v' Z) w, Z' ]3 h% W) S 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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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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* D- l4 C3 r: v* @ 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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0 e8 Z+ d, p0 _$ j8 A0 J' B 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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* Y v% d. k- W5 e2 i 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。, |) B% b1 ?5 ~$ ]+ w; \. [1 i6 ~
* }& p( t& z+ g x( P0 g 8、变压器
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0 S3 Z7 P/ g. N+ s/ g; ~ 实际变压器有一些条件限制：- A$ G& ?5 P0 P! Z2 i& p
; x) K1 a z4 E, q5 p c/ w. K
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+ r& T% ^; k7 U0 K$ p
5 c1 l3 d$ ]& l: i3 ] 2) 带宽
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7 h* J5 P5 O" ?' 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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9、功率传输的线路损耗
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6 W7 g- \# G8 K4 B; h7 W 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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" B& D9 T9 A# X3 ` 1)低阻抗传输线路功率损耗计算: S; a" y" d7 j4 V) `& x# Y
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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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8 S, V& ^ A0 N$ } 功率损耗(dB)=20 lg(RL/ 2R1+ RL)8 `( v2 K3 S# I5 R
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R1=ΡL/S! \1 j& V, l ^
* q i! h3 F+ E8 U: A. [0 G
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+ v/ M- N4 B4 f- [ `2 x
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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。6 m9 O% [ _3 v! x
! E+ t( ^. i2 |% ?7 z2 c 线路损耗为10%时：
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! _7 T7 F E6 ?& Q6 ? 高阻抗至少需要的截面积S为：
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S≧(0.37×L×P)/U2, U6 @" p% z# R! Z6 U+ P
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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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