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音响师必知的电子学基础知识
源自:公司新闻     发布日期:2018/9/22 17:06:53     阅读: 701 次

音响师必知的电子学基础知识

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。
1、欧姆定律电功率
2、阻抗
3、复合负载
4、共振(谐振)
5、扬声器负载的串联——并联
6、电阻、电感和电容器的串联——并联
7、分贝

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。

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。

电学中分贝与放大倍数的转换关系为:

AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po/Pi)

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:

10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)

使用分贝做单位主要有3大好处。

1、数值变小,读写方便
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。

放大倍数与增益的对应关系
电压(电流)放大倍数 1/10 1/
1/2 1
2 10 100 103 104 105
增益(dB) -20 -6 -3 0 3 6 20 40 60 80 100
功率放大倍数 1/10 1/
1/2 1
2 10 100 103 104 105
功率增益(dB) -10 -3 -1.5 0 1.5 3 10 20 30 40 50

2、运算方便
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。

3、符合听感,估算方便
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。

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。

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。

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。

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。

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!

在电声系统中采用分贝的几种表达式:
1)、功率增益分贝值=10lg(P1/Po)dB 基准功率Po=1W
2)、电压增益分贝值=20lg(U1/ Uo)dB 基准电压Uo=775(dBmV)或Uo=1 (dBV)
3)、电流增益分贝值=20lg(I1 / Io)dB 基准电流Io=1(dBmA)或Io=1 (dBA)
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
5)、声压级在自由空间中衰减=20lg(R1 / Ro)dB 基准距离Ro=1m

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。

变压器
实际变压器有一些条件限制:
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。
2) 带宽
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。

功率传输的线路损耗
一般说来,良好的工程,要求导线不大于0.5个dB(10%)

1)低阻抗传输线路功率损耗计算
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。
功率损耗(dB)=20 lg(RL/ 2R1+ RL)
R1=ΡL/S
20度密度 银=0.0159 铜=0.0172 铝=0.0282

2)高阻抗(定电压)传输线路功率损耗的计算
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。
线路损耗为10%时:
高阻抗至少需要的截面积S为:
S≧(0.37×L×P)/U2
低阻抗至少需要的截面积S为:
S≧(0.37×L)/Z
L导线长度
P传输功率
U传输线两端的电压
Z扬声器的负载阻抗

 



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