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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。
3 {, i9 V G# A- y0 ]0 s9 ?0 c3 b. Z6 r) V: b- H3 j5 S
1、欧姆定律电功率
+ [" b! s7 ?9 V$ T. X6 O) }2 H9 E3 h: {9 m: m
2、阻抗
; ]3 u" @. a4 x+ D/ H1 b0 Y V' `! b3 u$ H
3、复合负载
) { r& \& t* F( B. q* Y" B4 N
5 f. f9 _, R& y J; D+ I0 g5 ? 4、共振(谐振)% z0 h/ b2 N7 Q7 T
b: i8 r" o/ T P7 A7 s8 d5 ?" v/ ?
5、扬声器负载的串联——并联
. P# N3 X8 E% v9 ^" M
- }' u8 U Y% Y2 | 6、电阻、电感和电容器的串联——并联
6 V* V: W5 O e: N3 a( z# \! V/ [' k5 m4 ]
7、分贝
$ j7 |9 j$ F! T; s3 E x0 u% E+ l+ u3 W" I4 @9 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。
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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。5 A1 g' k& t8 f; i9 m: E
$ D* b8 z; B# A! j# a6 ^
电学中分贝与放大倍数的转换关系为：. H6 B7 I* r1 j. N' A4 s' }7 c
* X3 A# r( f, c4 K: t j: U
AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po/Pi)2 T) y+ b' s, [3 h3 m2 S& k7 v; B
" y1 {: ?" g# K% ^: a3 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：
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, ^* n# b- W0 [. G 10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)
( W( y* {/ ^3 F/ b0 g
5 o/ [. f2 b3 d: p 使用分贝做单位主要有3大好处。4 w) f2 ]* o# b' U& P% X2 _
: A. k3 a# k- q 1、数值变小，读写方便
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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 |5 H& M4 H$ i9 M$ F
4 C4 B0 c: m, y: \) D+ X+ U5 K: ^ 放大倍数与增益的对应关系! A" t( D7 X: d" o8 i& ^
; v2 Y; T+ M4 [1 ]7 ?/ W( h 电压(电流)放大倍数 1/10 1/
4 x5 b3 k' u: ?: T9 [" t
7 ~1 ]! ^2 _( @( r) E0 S 1/2 1
8 U2 Z- i% o, J H2 D f! { Y+ m3 {2 v9 \2 I6 H
2 10 100 103 104 105' m t, q2 s% } N
. o! D+ J) G* e 增益(dB) -20 -6 -3 0 3 6 20 40 60 80 100
3 n0 D. T4 \* Z" ? c
7 g6 a# j. V% W7 x7 U- y3 h: Z" n 功率放大倍数 1/10 1/" Z' E& o. w# l6 B
, C2 e2 V$ x/ A2 F& q8 d 1/2 1" G. p+ I# n d0 N6 d1 k
7 n$ }+ a, `% {! T2 |3 e4 c Z# F& B# m' d 2 10 100 103 104 105
* W7 w/ [5 ~, `1 w$ E2 S; }
% `7 k! I$ e: B8 j 功率增益(dB) -10 -3 -1.5 0 1.5 3 10 20 30 40 50
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2、运算方便- `' h" ^- E* n
2 w# h+ K( m! t2 y. n
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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$ [) a7 B% c$ w 3、符合听感，估算方便* {( ?$ u( `& ~' t: g7 n3 u
1 a# o& X) C1 U5 ]/ p5 A: i1 p 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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/ d, D( O3 w! ?' z 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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5 E5 \: y' f& i 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。7 g, E& o5 j0 o' e) T! Z" ~
|# [- t% W) d! q ~# q6 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。
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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。
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. l0 n: O% M0 F& o8 g 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!1 L: [4 N7 @% S4 o8 C" D" w
3 y! x* E7 ^! a1 ? 在电声系统中采用分贝的几种表达式：$ B |4 c* i5 @& u; T
, g( O( H1 P+ u. t- @' p
1)、功率增益分贝值=10lg(P1/Po)dB 基准功率Po=1W& K; d& G) l- j5 a4 g- W# V7 I" l
0 H1 T( R1 x* T 2)、电压增益分贝值=20lg(U1/ Uo)dB 基准电压Uo=775(dBmV)或Uo=1 (dBV)6 e: l9 B0 k3 w1 |' x, x* Y' J6 D
$ t& x- y* Q( ]& ~ 3)、电流增益分贝值=20lg(I1 / Io)dB 基准电流Io=1(dBmA)或Io=1 (dBA)# Y9 w( q+ k) l) D* ]3 h ^) {
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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
# N' [5 T# R, Q# I6 b8 l) `/ U s3 Q* m7 G$ l: H7 Z
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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3 q/ E% T# ~; m6 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。* a9 ^/ Q* B1 A/ X9 H* n1 ^0 Q
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8、变压器
O) h. |( R W1 L, `4 M$ S4 q8 e5 z% J
实际变压器有一些条件限制：) z' [8 P$ ~1 f
c+ ?. u7 I7 d 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 c! A( A* l' X; @' y8 R
: B& W, f+ d g/ ^* Y$ z9 \ 2) 带宽8 O3 P: Z2 W; P6 A9 k. b5 n# Q, z4 x
5 R# T2 ]' z& V: J' Q 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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/ z2 ?& M3 j6 x! B3 ], r' M 9、功率传输的线路损耗- U' k4 e0 b9 m- e
7 _4 o3 s. |7 u; S( R( l
一般说来，良好的工程，要求导线不大于0.5个dB(10%); g- i/ P l' I; q
! }4 ]6 ~' W7 M; F+ E 1)低阻抗传输线路功率损耗计算% J2 |' b1 d/ e) O$ P7 {
! H& q5 t6 Z, T! @
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。
+ y/ ]; S5 [( O& c
, V& y: r- m! E9 [( | 功率损耗(dB)=20 lg(RL/ 2R1+ RL)
; j! K$ J) V0 e8 f/ Z+ m/ n. ^/ ~1 a: u& d$ Z2 Y) b+ i
R1=ΡL/S
6 S, o8 C! h, W$ [5 ]! z' V/ H0 Z" j: d' H4 i4 Q2 v( r" t9 G
20度密度 银=0.0159 铜=0.0172 铝=0.0282
& r1 G' H0 u- A# e9 B7 d; B2 _. Q/ b% d! W( u( U% Y
2)高阻抗(定电压)传输线路功率损耗的计算
% A9 v, `, P( n0 k7 O2 R6 S0 [! S: k, C% L; _
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。* |" i! w+ x% t8 K$ O7 @; a
3 K g8 |/ q$ R! U/ e+ Q" y 线路损耗为10%时：
5 Z4 @! J: V6 @6 L1 V' [4 W* Q: T A0 ?3 O, D
高阻抗至少需要的截面积S为：- r# a B$ Z! z, l3 c5 }
; l/ \! V8 |# [; S! s S≧(0.37×L×P)/U25 l$ w' V7 W" T
6 `/ o4 _2 [! z7 T+ x X( |3 X- T% W 低阻抗至少需要的截面积S为：+ \7 B' H4 p0 F7 R8 c; {
% H- g8 H- d8 c( N
S≧(0.37×L)/Z |
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