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演播厅音箱功率的计算

发布日期:2018-09-12 浏览量:516次
演播厅扩声同其他任何室内扩声一样,都存在着一个根据扩声场所的声压级确定所用音箱的功率容量即通常所说的电功率的问题。虽然对于一个给定的房间来说,设计者可以根据经验,确定自己所熟悉的音箱的电功率,但对于一个任意的房间、一个随意的音箱品牌来说,只凭经验估计不靠科学计算,是不足取的。因为功率过小,就会达不到应有的响度和清晰度;而功率过大,又会造成不必要的浪费。毕竟满足扩声场所和清晰茺;而功率过大,又会造成不必要的浪费。毕竟满足扩声场所声压级要求的音箱的电功率不仅与音箱的灵敏度级、指向性因数、指向性系数等参数有关,还与扩声场所的峰值因数、房间常数有交。所以,在建立一套新的演播厅扩声系统之前,必须进行应有的计算。  
    应指出,下列有关音箱电功率的计算方法同样适于室外扩声,只不过不再计入房间常数的影响。  
    一、几个基本概念。  
    在进行具体的计算之前,让我们先做以下讨论:  
    1、音箱的指向性因数、指向性系数和灵敏度级。  
    (1)、指向性因数Q(d):它表示的是音箱在空间某点所产生的声强比理论上的无指向音箱所产生声强增加的倍数。实际计算中,它由音箱垂直方向的辐射角V和水平方向的辐射角h来表征:  
    Q(d)=180°÷sin-1[sin(v/2)?sin(h/2)]  
    式中,V与h的单位都是度(°),Q(d)无量纲。  
    (2)、指向性系数Q(θ):它表示的是音箱的偏离其辐射轴向0角度产生的电压,比其轴向同距离点的声压衰减的倍数。Q(θ)由下式参照音箱的指向特性图案(或称指向性图形)给出:  
    20lgQ(θ)=L(θ)-l(a),即:Q(θ)=100.5[L(θ)-L(a)]式中,L(θ)为偏离音箱轴向0角的测量点的声压级,L(a)为轴向上同等距离处的声压级。  
    音箱的指向特性图案,是厂家在不同测试频点下给出的音箱垂直辐射夹角与水平辐射夹角内的等效声压级曲线,如图所示。  
    我们以图1为例,说明偏离轴向0角度B点的指向系数Q(θ)的求得:  
    由指向特性图的等效声压级曲线可知,B点与A点的声压级是相同的,而与B点等距离的C点的声压级却比B点大6dB。若设B点的声压级L(θ)-0dB,则C点的声压级L(a)=+6dB。  
    由20lgQ(θ)=L(θ)-L(a)=-6dB∴Q(θ)=0.5  
    (3)、灵敏度级Ls:音箱在1W基准电功率驱动下(声源为粉红噪声),在其轴向1m处产生的声压级。单位为:dBspl.  
    由该定义可以看出,如果已知Ls,当您想要在音箱的轴向上r(m)处有90dB的声压级Lr时,若欲求得此时音箱的电功率We,只要将Lr折合成为轴向1m处的声压级Lr'(当只考虑室内的直达声能、忽略混响声能时,可有:Lr'-Lr+20lgr),例可由Lr'与Ls的声压级差,求出待求电功率We与其准电功率(1w)的功率电平差,继而得出We。 
也就是说,由于Lr'与Ls之差就是We产生的声压级与基准电功率产生的声压级之差,所以在计算上(注意不是物理概念上)存在着如下的数量关系:Lr'-Ls=10lg(We/1w)  
    即10lgWe=Lr'-Ls或We=100.1(Lr'-Ls)  
    须知,由于实际的听音区不可能只有一条轴向上,所以We肯定不得与Q(d)、Q(θ)及下面即要谈到的峰值因数、房间常数有关,上式只不过给出了We在量值上的一个表达式。  
    2、峰值因数及房间常数。  
    (1)、峰值因数Lp:峰值声压级与有效值声压级之差就是峰值因数,单位为dBSPL。  
    通常情况下,只要不是特指,人们所说的声压级均是有效值声压级。由于未经扩声实际存在的声源大都有8-18dB的峰值(人类语言信号的峰值声压级约比有效值高12dB,音乐信号的峰值约比有效值高10-18dB),因此在根据听音区的有效值声愿望级确定音箱的电功率时,必须将这个峰值累计进去。然而,声压级每提高3dB,音箱电功率就较前有一倍的增大,18dB的峰值意味着电功率将比有效值声压级时的设计有64倍的扩大(比如原本100W电功率的设计,此时将扩大为6400W!),这虽然可使整个系统无动态失真之虞地进行扩声,但从实用角度讲,这些在大多数时间里使用不着的过多的功率储备无疑是一种巨大的浪费。所以实际设计中,通常是根据使用用途在峰值因数与动态际限幅之间寻求折中。
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