论坛数据统计           欢迎到【弱电论坛】来学习和讨论问题!

★电工电气产品供求、电气展会、人才、电气技术文章、图库、电气技术论坛等相关内容,请跳转至【电气之家网】--- 可直接使用本站会员名和密码登陆!(首次使用需要激活账户)
标王 热搜: 网络监控  弱电  机房及机柜内部的理线方法  楼宇对讲  CAD  门禁  综合布线  ar800-hn  工资  面板 
 
 
当前位置: 首页 » 技术 » 影视音响 » 方案设计 » 正文

确定扬声器需要的电功率

放大字体  缩小字体 发布日期:2009-04-22  来源:互联网  作者:manage  浏览次数:1227
核心提示:扬声器的选型与布局是卡拉OK厅音响设计中较重要的一环,几项重要的声学指标都与此直接相关。 1、声学上的理论计算 确定卡拉OK系统所需要的电功率主要要考虑声压级和清晰度两个因素。我们知道,在室内除了直达声场外,往往还要叠加由于室内众多反射而形成的混响声场。其中
 
 

扬声器的选型与布局是卡拉OK厅音响设计中较重要的一环,几项重要的声学指标都与此直接相关。
1、声学上的理论计算
确定卡拉OK系统所需要的电功率主要要考虑声压级和清晰度两个因素。我们知道,在室内除了直达声场外,往往还要叠加由于室内众多反射而形成的混响声场。其中混响声场可以减小室内声场的不均匀度,当然同时它又会降低语言的清晰度。
当用无指向性声源(扬声器)激发声场时,室内距离声源距离为r处的声压级:
Lp = Lw + 10 lg(1/4πr2 + 4/R)       (1)
式中:R = S a /(1-a)称为房间常数;Lw = 10 lg Wa + 120为声源的声功率级。
S为房间总的内表面积,a为房间总的吸声系数,Wa为所需的声源总功率。
当指向性声源(扬声器)激发声场时,室内距离声源距离为r处的声压级为:
Lp = Lw + 10 lg(Q / 4πr2 + 4 / R)       (2)
式中:Q为扬声器的指向性因素,它不仅与声源的指向性有关,还随声源的位置而变化;
从(1)、(2)式中我们可以看出,室内声场是由直达声(Q/4πr2)和混响声(4/R)两部分组成的,其中直达声随距离的平方成反比衰减,而混响声则是与距离无关的常数;声源的指向性只影响直达声,对混响声的影响不大。
在室内,为了保证一定的清晰度,扬声器的有效服务距离通常受指向性、混响时间和房间大小的限制。常取3~4倍的临界距离,即:
Rmax =(3~4)Dc =(0.3~0.4)(QV /πT)1/2   (3)
显然,如果卡拉OK厅中要求距离声源r处的声压级为Lp,则可利用(2)式求出声源所需的声功率Wa:
      Wa = 1/(Q /4πr2 + 4/R)?10(0.1Lp-12)       (4)
如果忽略混响声能的贡献,则上式可以进一步简化为:
      Wa = 4πr2 /Q?10 (0.1Lp-12)             (5)
然后再根据扬声器的电声转换效率,即可算出扬声器所需的电功率:
          We = Wa /η                   (6)
事实上,在自由声场中,如果不考虑扬声器的指向性,也可以将(5)式和(6)式合在一起,直接由下式求出扬声器所需的电功率。
          10 lg We = Lp + 20 lgr - Lp9         (7)
式中:We为扬声器的需的电功率,(单位:瓦)
Lp为指定位置(距离扬声器r米)上所需的声压级,(单位:分贝)
Lp9是扬声器的轴向灵敏度,即它1瓦1米条件下所产生的声压级,(单位:dB)
注:1)如果扬声器的有效服务距离小于听众距离声源的最远距离,就必须选用指向性更强的声源或减小房间的混响时间,以增加扬声器的有效服务距离。当然也可以增加中、后场辅助音箱以提高中、后场的声压级和清晰度,即采用一种集散式的扩音系统。2)如果听众距离声源最远距离小于扬声器的有效服务距离,就应以实际距离来取代Rmax来进行计算。
下面我们以一个例子来说明,比如有一个长、宽、高分别为30米、20米和5米的大厅,要求的平均声压级为80分贝,如果选用指向性因数为5、电声效率为20%的扬声器,试计算一下所要求的电功率。
首先,我们来看一下要保证后排(Rmax = 30米)有足够的清晰度(允许直达声比混响声低12分贝)时所允许的混响时间。由(2)式可以算出房间允许的混响时间为:
          T = 0.09(Q /4πr2)= 0.48秒
显然,通过吸声处理的方法将混响时间降到这一水平是比较困难的。这时我们可以考虑选用指向性更强的扬声器,或增加一对辅助音箱,而让主音箱的服务范围适当减小。通过计算可知 ,如果将指向性因数提高到12而其它条件不变,则允许的混响时间为1.1秒。如果我们采用后一种方案,要求主音箱的服务距离达到20米,后10米再由另一对辅助音箱来满足。显然,如果只将服务范围减小到20米,而其它条件不变,则允许的混响时间也是1.1秒。
下面我们再以指向性因数为12,服务范围为30米,平均声压级为80分贝来计算所需的电功率:
            Wa = Q /4πr2?10 (0.1Lp-12) = 0.0942(W)
                We = Wa / η= 4.71(W)
此时所需的电功率才不过4.71W!但实际上远非如此简单,因为以下因素是不可忽视的。
○1对于迪斯科等强劲的音乐来说,80分贝的平均声压级是远远满足不了听音要求的。一般应以90~100分贝的声压级为基准。
○2对于普通扩音系统而言,达到10分贝的功率余音应视为起码要求,而高保真系统则应达到20分贝。
综合上述的两个因素,设计时的参考声压级必须为:100~110分贝(尽管实际使用中不可能用到,只是以一种余量的形式来储备的),即再提高20~30分贝。从(3)式中可以看出,声压每提高10分贝,所要求的电功率(或说声功率)就必须增加10倍,这样一来上述厅堂所要求的电功率就必须达到470~4700瓦。当然对于立体声系统而言,它是指两个声道所需电功率的总和。
虽然理论上的计算过于复杂和繁琐,在工程设计中的实用价值不大,但是从中得出的几条结论对我们却是很有启示的。即:
○1对于较大的厅堂,单纯依靠提高扬声器功率的方法虽然可以提高声压级,却不一定能提高后场的清晰度。
○2确定扬声器的电功率不仅与房间的大小有关,还与所要求到达的声压级、扬声器的指向因素、房间的混响强度、扬声器的电声效率等因素有关。
○3实际上扬声器的电功率在相当大的一个范围内都能满足使用的需要,因为功率每增加一倍,声压才提高3分贝,功率增加十倍,声压才提高10分贝。
○4为了应付高潮来到时峰值,考虑扬声器的功率时留必要的功率余量是十分必要的,但是,音乐的动态范围很宽,高出平均声压级10~20分贝的峰值,就要有10~100倍的功率余量。使用中可以根据实际需要适当减小音量,在音质损失不大的情况下,能明显降低成本。
2、工程上的简单估算
实际中,我们还可以利用一种简单的方法来推算扬声器所需的电功率,它主要依据以下的两条规律:
○1在不考虑房间的混响和声源指向性等因素的前提下,声压随距离声源距离的平方按反比规律下降,即距离再增加一倍,声压级下降6分贝。
○2扬声器辐射声压的大小与输入功率的对数成正比,即功率每增加一倍,其声压级提高3分贝。
在扬声器的技术指标中,通常都会给出灵敏度这一参数。它定义为在自由声场中,即没有室内的各种反射声,扬声器轴几距离1米处的有效声压级和输入电功率之比,即:
                Ma = P / W
在工程中,我们通常都是利用灵敏度这一参数运用“逆推”的办法来估算出扬声器所需的电功率。
比如:如果考虑迪斯科等强劲的功率输出和必要的功率余量,我们要求在距扬声器16米处达到107分贝的平均声压级,则逆推回去在1米处则应有107+4×6 = 131分贝的声压级;如果选用灵敏度为101分贝(1瓦,1米)的扬声器,由101分贝增加到131分贝总共还需要增加30分贝,其输入功率必须达到1024瓦。实际上这一功率可以由两只或四只扬声器来分担。
由此可见,扬声器的灵敏度也是非常重要的指标,要达到相同的声压级,如果扬声器的灵敏度相差3分贝,则要求的输入功率就相差一倍。
还有一种更简单的估算方法也十分实用,具体算法是这样的:先求出室内装修完成后的有效容积,对于只用于语言扩音的房间,所需扬声器的电功率,可按每立方米0。3瓦的平均功率来计算;而对于卡拉OK厅、夜总会等音乐系统,则按每立方米0。5瓦的平均功率来计算。
确定扬声器系统的功率后,就可以据此选定功率放大器的输出功率。
3、确定功率放大器的输出功率
从原则上讲,音箱的额定功率与功率放大器的额定功率并不一致。对于功率放大器而言,它的实际输出功率只与音箱的阻抗有关,而与音箱的额定功率无关。无论音箱的额定功率与功率放大器的额定功率是否相同,音箱的额定功率对功率放大器的工作都无甚影响,只是对音箱的安全或音质有不良影响。如果音箱的输入阻抗太小,则可能导致功率放大器的实际输出功率大于它的额定输出功率或最大输出,从而增加失真或损坏功率放大器,当然音箱也不一定十分安全。
现在我们只讨论在阻抗匹配的情况下,应如何匹配功放和扬声器:如果音箱的阻抗符合要求,而额定功率又比功率放大器的额定功率小,则推动功率充足,听起来感觉声音饱满,显然这时功率放大器的功率余量大、失真小,尤其能表现音乐的低频成分。那么,功率放大器的额定输出功率比音箱的额定功率到底要大多少才好呢?这完全取决于我们设计音箱时所留的功率余量,如果选定音箱时其功率余量十分充足,则功率放大器的输出功率可以比扬声器系统大30%,即在工作过程中音箱和功放都低于额定工作状态。如果选定音箱时其功率余量较小,那么功率放大器的额定功率可以比音箱的额定功率大两到三倍,这时工作过程中音箱可能达到额定状态,而功率放大器则始终低于额定工作状态。这是一种较好的匹配情况,对于表现音乐中的峰值信号十分有利,但是使用中必须分外小心,否则可能会损坏音箱。
如果音箱的额定功率比功率放大器的额定功率大,虽然两者都能安全地工作,但这时功率放大器往往工作在极限状态,失真较大,甚至有时还会觉得推动不足,难以表现出强劲有力的重低音效果。
 
 
 
[ 技术搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
点击排行
 
 
 
弱电基础 | 常用软件 | 信息发布规则 | 积分规则 | VIP会员注册 | 广告投放 | 弱电培训 | 联系我们 | 版权声明 | 帮助中心 | 网站地图 | 排名推广 | 京ICP备11008917号-3 | RSS订阅
★本站手机app客户端已上线! 点击下载