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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、欧姆定律电功率
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/ D4 t% l7 v& ? 2、阻抗( X0 E9 |9 ]0 O7 p
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3、复合负载
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4、共振(谐振)
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/ H: U2 _: Z$ g& N$ s/ a' U8 R% `1 N5 Q 5、扬声器负载的串联——并联
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4 j! n4 L8 A1 T9 L" s1 L 6、电阻、电感和电容器的串联——并联
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- @% N7 `. v" C7 f% t0 O% G 7、分贝
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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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# r* D" j7 |, y' 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。# Z. x3 ]- ]% O/ P! D
" V# @/ ~# v( f! q/ W- E2 r/ B0 \ 电学中分贝与放大倍数的转换关系为：# n* F9 _' \5 _+ K2 G8 s+ _
0 L" f7 v0 O0 x( \! x AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po/Pi)
* }4 g6 P; K# h0 x: B: c8 P, _/ T1 A) m6 f1 O! I8 V
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：6 L. m- L" Y' u# s% }$ l
( z+ z" p- ]8 E& ]4 ? 10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)- S3 \" Y: }( K) E f
' D; |9 ^- m4 M8 L4 @, D+ ^ 使用分贝做单位主要有3大好处。1 A& J% S3 _: W, V. o/ q* Y
E' ]$ R v' J1 W3 ^* G) w1 o 1、数值变小，读写方便
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) h" Q- m b; q) ~- Y$ X 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。
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放大倍数与增益的对应关系
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: t$ L% p8 g1 T* v1 ]. A+ Z5 A4 K 电压(电流)放大倍数 1/10 1/
0 s- k' h7 ]/ v/ H% x5 w# [5 z p
5 J1 U* x U1 k1 ?9 L" V 1/2 1
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" w) B1 [2 p: _$ S# N! k 2 10 100 103 104 105" N: F8 `% I/ `! i, R& b3 v
) W8 M# ^6 W$ L: b* Q* K! p 增益(dB) -20 -6 -3 0 3 6 20 40 60 80 100; A1 o- ^) `, L$ |$ X* o+ j% `* V
R4 w: K4 i1 y9 D
功率放大倍数 1/10 1/
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5 }0 M; v+ `* P; C8 Q! Y% P 1/2 1
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2 10 100 103 104 105( c9 e0 w% N; }8 F2 g% X- c( y
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功率增益(dB) -10 -3 -1.5 0 1.5 3 10 20 30 40 50, y/ S' @/ K" @9 ^
) b2 X- s ]# D1 }5 c) ? 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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; a3 T- p" N/ x" L1 z" _ 3、符合听感，估算方便5 ]3 a& [/ Y0 V) @/ N& ]- J5 q3 _2 \
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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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' H2 r& Y/ n' X$ X" k- K 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。6 f4 f# q- w+ z, V
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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。, \$ ~3 i1 g6 ]) o& L* v
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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。/ E$ y3 W8 k# z! T% O0 [
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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。8 P" [5 `: E6 J9 Q
4 p: E) w7 J# i/ x3 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!
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7 a- W2 Z4 {; f: P# l 在电声系统中采用分贝的几种表达式：
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1)、功率增益分贝值=10lg(P1/Po)dB 基准功率Po=1W! v% l0 r4 v7 _7 T4 ?: l# `
* p) H: M' s0 L( U2 ~ 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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8 C+ r+ E2 I2 |+ P 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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3 i; B: E# f9 Y+ z5 S# [ 5)、声压级在自由空间中衰减=20lg(R1 / Ro)dB 基准距离Ro=1m' E7 Q8 Z; P' N
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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
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2 p: T) w5 |1 B k 实际变压器有一些条件限制：& f6 [9 i8 P7 }- v7 }. ~/ I
- Z( M7 ^6 C. v5 b' X, \% U 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。- v8 \7 v0 b# u
b) a# D" H$ T! ~! K1 o- o; @& E 2) 带宽3 t3 j6 g' ]4 ?& a7 M+ I( P
3 ]0 ~2 q, P, ~9 s 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。2 h& Q9 _: F9 ~6 y( k F
7 T, a& }+ q4 Q4 q 9、功率传输的线路损耗: k: K3 V3 K" |$ o/ Z
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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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: O% @, j8 p* ?3 x2 }+ |; _' J5 q 1)低阻抗传输线路功率损耗计算- N0 l0 x5 t, A+ F( \; T
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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。
0 m: g# T5 O2 B4 s; ?; }8 h) M
' G& ]% y' m2 c$ k: c 功率损耗(dB)=20 lg(RL/ 2R1+ RL) Q9 G& v) x6 \0 B$ [
" @$ N+ Y3 j( ^! o( v! t R1=ΡL/S6 m f$ j1 B0 D1 u
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20度密度 银=0.0159 铜=0.0172 铝=0.0282
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2 B/ \9 v7 y8 K n% x# a 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。
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线路损耗为10%时：6 H4 y9 c% ~2 @+ y7 Z
0 r8 Z7 @" ~$ X2 M, C8 y
高阻抗至少需要的截面积S为：
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S≧(0.37×L×P)/U21 z% x# @ `1 c2 f! f, _
* s6 w, g9 |% b5 L
低阻抗至少需要的截面积S为：
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1 l$ ]' m* [& x8 e7 F! l S≧(0.37×L)/Z |
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