音响工程师必备知识之-电子学基础

xiaotuzi · 发表于 2006-3-24 17:48

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电子学基础 
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三大好处。 
　　(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。 
8、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。 
9、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 
3）、定电压传输系统的功率匹配和阻抗匹配 
定电压传输系统中各个扬声器负载的适应状态 
状态 
阻抗功率效果备注 
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 
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 
Z（SP）<Z（AMP）P（SP）= P（AMP）功放过载功放损害 
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 
Z（SP）= Z（AMP）P（SP）< P（AMP）扬声器过载 
Z（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 
 
100V电压传输中电压降为1 dB时最大允许溃线的长度m 
导线截面积传输功率 /mm2 4 10 20 40 100 200 400 1000 
0.3 2500 1000 500 250 100 50 25 10 
0.5 4000 1600 800 400 160 80 40 16 
0.75 6000 2400 1200 600 240 120 60 24 
1.0 8000 3200 1600 800 320 160 80 32 
1.5 12000 4800 2400 1200 480 240 120 48 
2.5 20000 8000 4000 2000 800 400 200 80 
4.0 32000 12800 6000 3200 1280 640 320 128 
6.0 48000 19200 9600 4800 1920 960 480 192

ft-06 · 发表于 2006-3-25 16:07

好帖，一定好好学习一下，顶！

哈威 · 发表于 2006-3-25 23:27

看看就有收获

recent · 发表于 2006-3-26 10:26

好贴顶下

胡说八道 · 发表于 2006-3-26 12:14

xiaotuzi · 发表于 2006-3-26 19:54

谢谢大家啊 
我正在准备发 
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ahzfjy · 发表于 2006-3-27 10:03

good

gaotiansuofeng · 发表于 2007-9-20 13:36

好贴。

spdami · 发表于 2007-10-25 20:27

学习了～谢谢楼主了～
提个小意见，公式最好要有上下标啊，要不然真的很难看懂的说……

yehro24 · 发表于 2008-8-26 17:14

很好！谢谢了！辛苦楼主了！

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re:好帖，一定好好学习一下，顶！

re:看看就有收获

re:好贴顶下

re:牛

re:谢谢大家啊我正在准备发音响工程师...

re:good

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