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演播廳音箱功率的計(jì)算
發(fā)布日期:2018-09-12 瀏覽量:1706次
演播廳擴(kuò)聲同其他任何室內(nèi)擴(kuò)聲一樣,都存在著一個(gè)根據(jù)擴(kuò)聲場(chǎng)所的聲壓級(jí)確定所用音箱的功率容量即通常所說(shuō)的電功率的問(wèn)題。雖然對(duì)于一個(gè)給定的房間來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)者可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn),確定自己所熟悉的音箱的電功率,但對(duì)于一個(gè)任意的房間、一個(gè)隨意的音箱品牌來(lái)說(shuō),只憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)不靠科學(xué)計(jì)算,是不足取的。因?yàn)楣β蔬^(guò)小,就會(huì)達(dá)不到應(yīng)有的響度和清晰度;而功率過(guò)大,又會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。畢竟?jié)M足擴(kuò)聲場(chǎng)所和清晰茺;而功率過(guò)大,又會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。畢竟?jié)M足擴(kuò)聲場(chǎng)所聲壓級(jí)要求的音箱的電功率不僅與音箱的靈敏度級(jí)、指向性因數(shù)、指向性系數(shù)等參數(shù)有關(guān),還與擴(kuò)聲場(chǎng)所的峰值因數(shù)、房間常數(shù)有交。所以,在建立一套新的演播廳擴(kuò)聲系統(tǒng)之前,必須進(jìn)行應(yīng)有的計(jì)算。
應(yīng)指出,下列有關(guān)音箱電功率的計(jì)算方法同樣適于室外擴(kuò)聲,只不過(guò)不再計(jì)入房間常數(shù)的影響。
一、幾個(gè)基本概念。
在進(jìn)行具體的計(jì)算之前,讓我們先做以下討論:
1、音箱的指向性因數(shù)、指向性系數(shù)和靈敏度級(jí)。
(1)、指向性因數(shù)Q(d):它表示的是音箱在空間某點(diǎn)所產(chǎn)生的聲強(qiáng)比理論上的無(wú)指向音箱所產(chǎn)生聲強(qiáng)增加的倍數(shù)。實(shí)際計(jì)算中,它由音箱垂直方向的輻射角V和水平方向的輻射角h來(lái)表征:
Q(d)=180°÷sin-1[sin(v/2)?sin(h/2)]
式中,V與h的單位都是度(°),Q(d)無(wú)量綱。
(2)、指向性系數(shù)Q(θ):它表示的是音箱的偏離其輻射軸向0角度產(chǎn)生的電壓,比其軸向同距離點(diǎn)的聲壓衰減的倍數(shù)。Q(θ)由下式參照音箱的指向特性圖案(或稱指向性圖形)給出:
20lgQ(θ)=L(θ)-l(a),即:Q(θ)=100.5[L(θ)-L(a)]式中,L(θ)為偏離音箱軸向0角的測(cè)量點(diǎn)的聲壓級(jí),L(a)為軸向上同等距離處的聲壓級(jí)。
音箱的指向特性圖案,是廠家在不同測(cè)試頻點(diǎn)下給出的音箱垂直輻射夾角與水平輻射夾角內(nèi)的等效聲壓級(jí)曲線,如圖所示。
我們以圖1為例,說(shuō)明偏離軸向0角度B點(diǎn)的指向系數(shù)Q(θ)的求得:
由指向特性圖的等效聲壓級(jí)曲線可知,B點(diǎn)與A點(diǎn)的聲壓級(jí)是相同的,而與B點(diǎn)等距離的C點(diǎn)的聲壓級(jí)卻比B點(diǎn)大6dB。若設(shè)B點(diǎn)的聲壓級(jí)L(θ)-0dB,則C點(diǎn)的聲壓級(jí)L(a)=+6dB。
由20lgQ(θ)=L(θ)-L(a)=-6dB∴Q(θ)=0.5
(3)、靈敏度級(jí)Ls:音箱在1W基準(zhǔn)電功率驅(qū)動(dòng)下(聲源為粉紅噪聲),在其軸向1m處產(chǎn)生的聲壓級(jí)。單位為:dBspl.
由該定義可以看出,如果已知Ls,當(dāng)您想要在音箱的軸向上r(m)處有90dB的聲壓級(jí)Lr時(shí),若欲求得此時(shí)音箱的電功率We,只要將Lr折合成為軸向1m處的聲壓級(jí)Lr'(當(dāng)只考慮室內(nèi)的直達(dá)聲能、忽略混響聲能時(shí),可有:Lr'-Lr+20lgr),例可由Lr'與Ls的聲壓級(jí)差,求出待求電功率We與其準(zhǔn)電功率(1w)的功率電平差,繼而得出We。
也就是說(shuō),由于Lr'與Ls之差就是We產(chǎn)生的聲壓級(jí)與基準(zhǔn)電功率產(chǎn)生的聲壓級(jí)之差,所以在計(jì)算上(注意不是物理概念上)存在著如下的數(shù)量關(guān)系:Lr'-Ls=10lg(We/1w)
即10lgWe=Lr'-Ls或We=100.1(Lr'-Ls)
須知,由于實(shí)際的聽(tīng)音區(qū)不可能只有一條軸向上,所以We肯定不得與Q(d)、Q(θ)及下面即要談到的峰值因數(shù)、房間常數(shù)有關(guān),上式只不過(guò)給出了We在量值上的一個(gè)表達(dá)式。
2、峰值因數(shù)及房間常數(shù)。
(1)、峰值因數(shù)Lp:峰值聲壓級(jí)與有效值聲壓級(jí)之差就是峰值因數(shù),單位為dBSPL。
通常情況下,只要不是特指,人們所說(shuō)的聲壓級(jí)均是有效值聲壓級(jí)。由于未經(jīng)擴(kuò)聲實(shí)際存在的聲源大都有8-18dB的峰值(人類語(yǔ)言信號(hào)的峰值聲壓級(jí)約比有效值高12dB,音樂(lè)信號(hào)的峰值約比有效值高10-18dB),因此在根據(jù)聽(tīng)音區(qū)的有效值聲愿望級(jí)確定音箱的電功率時(shí),必須將這個(gè)峰值累計(jì)進(jìn)去。然而,聲壓級(jí)每提高3dB,音箱電功率就較前有一倍的增大,18dB的峰值意味著電功率將比有效值聲壓級(jí)時(shí)的設(shè)計(jì)有64倍的擴(kuò)大(比如原本100W電功率的設(shè)計(jì),此時(shí)將擴(kuò)大為6400W?。@雖然可使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)動(dòng)態(tài)失真之虞地進(jìn)行擴(kuò)聲,但從實(shí)用角度講,這些在大多數(shù)時(shí)間里使用不著的過(guò)多的功率儲(chǔ)備無(wú)疑是一種巨大的浪費(fèi)。所以實(shí)際設(shè)計(jì)中,通常是根據(jù)使用用途在峰值因數(shù)與動(dòng)態(tài)際限幅之間尋求折中。
應(yīng)指出,下列有關(guān)音箱電功率的計(jì)算方法同樣適于室外擴(kuò)聲,只不過(guò)不再計(jì)入房間常數(shù)的影響。
一、幾個(gè)基本概念。
在進(jìn)行具體的計(jì)算之前,讓我們先做以下討論:
1、音箱的指向性因數(shù)、指向性系數(shù)和靈敏度級(jí)。
(1)、指向性因數(shù)Q(d):它表示的是音箱在空間某點(diǎn)所產(chǎn)生的聲強(qiáng)比理論上的無(wú)指向音箱所產(chǎn)生聲強(qiáng)增加的倍數(shù)。實(shí)際計(jì)算中,它由音箱垂直方向的輻射角V和水平方向的輻射角h來(lái)表征:
Q(d)=180°÷sin-1[sin(v/2)?sin(h/2)]
式中,V與h的單位都是度(°),Q(d)無(wú)量綱。
(2)、指向性系數(shù)Q(θ):它表示的是音箱的偏離其輻射軸向0角度產(chǎn)生的電壓,比其軸向同距離點(diǎn)的聲壓衰減的倍數(shù)。Q(θ)由下式參照音箱的指向特性圖案(或稱指向性圖形)給出:
20lgQ(θ)=L(θ)-l(a),即:Q(θ)=100.5[L(θ)-L(a)]式中,L(θ)為偏離音箱軸向0角的測(cè)量點(diǎn)的聲壓級(jí),L(a)為軸向上同等距離處的聲壓級(jí)。
音箱的指向特性圖案,是廠家在不同測(cè)試頻點(diǎn)下給出的音箱垂直輻射夾角與水平輻射夾角內(nèi)的等效聲壓級(jí)曲線,如圖所示。
我們以圖1為例,說(shuō)明偏離軸向0角度B點(diǎn)的指向系數(shù)Q(θ)的求得:
由指向特性圖的等效聲壓級(jí)曲線可知,B點(diǎn)與A點(diǎn)的聲壓級(jí)是相同的,而與B點(diǎn)等距離的C點(diǎn)的聲壓級(jí)卻比B點(diǎn)大6dB。若設(shè)B點(diǎn)的聲壓級(jí)L(θ)-0dB,則C點(diǎn)的聲壓級(jí)L(a)=+6dB。
由20lgQ(θ)=L(θ)-L(a)=-6dB∴Q(θ)=0.5
(3)、靈敏度級(jí)Ls:音箱在1W基準(zhǔn)電功率驅(qū)動(dòng)下(聲源為粉紅噪聲),在其軸向1m處產(chǎn)生的聲壓級(jí)。單位為:dBspl.
由該定義可以看出,如果已知Ls,當(dāng)您想要在音箱的軸向上r(m)處有90dB的聲壓級(jí)Lr時(shí),若欲求得此時(shí)音箱的電功率We,只要將Lr折合成為軸向1m處的聲壓級(jí)Lr'(當(dāng)只考慮室內(nèi)的直達(dá)聲能、忽略混響聲能時(shí),可有:Lr'-Lr+20lgr),例可由Lr'與Ls的聲壓級(jí)差,求出待求電功率We與其準(zhǔn)電功率(1w)的功率電平差,繼而得出We。
也就是說(shuō),由于Lr'與Ls之差就是We產(chǎn)生的聲壓級(jí)與基準(zhǔn)電功率產(chǎn)生的聲壓級(jí)之差,所以在計(jì)算上(注意不是物理概念上)存在著如下的數(shù)量關(guān)系:Lr'-Ls=10lg(We/1w)
即10lgWe=Lr'-Ls或We=100.1(Lr'-Ls)
須知,由于實(shí)際的聽(tīng)音區(qū)不可能只有一條軸向上,所以We肯定不得與Q(d)、Q(θ)及下面即要談到的峰值因數(shù)、房間常數(shù)有關(guān),上式只不過(guò)給出了We在量值上的一個(gè)表達(dá)式。
2、峰值因數(shù)及房間常數(shù)。
(1)、峰值因數(shù)Lp:峰值聲壓級(jí)與有效值聲壓級(jí)之差就是峰值因數(shù),單位為dBSPL。
通常情況下,只要不是特指,人們所說(shuō)的聲壓級(jí)均是有效值聲壓級(jí)。由于未經(jīng)擴(kuò)聲實(shí)際存在的聲源大都有8-18dB的峰值(人類語(yǔ)言信號(hào)的峰值聲壓級(jí)約比有效值高12dB,音樂(lè)信號(hào)的峰值約比有效值高10-18dB),因此在根據(jù)聽(tīng)音區(qū)的有效值聲愿望級(jí)確定音箱的電功率時(shí),必須將這個(gè)峰值累計(jì)進(jìn)去。然而,聲壓級(jí)每提高3dB,音箱電功率就較前有一倍的增大,18dB的峰值意味著電功率將比有效值聲壓級(jí)時(shí)的設(shè)計(jì)有64倍的擴(kuò)大(比如原本100W電功率的設(shè)計(jì),此時(shí)將擴(kuò)大為6400W?。@雖然可使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)動(dòng)態(tài)失真之虞地進(jìn)行擴(kuò)聲,但從實(shí)用角度講,這些在大多數(shù)時(shí)間里使用不著的過(guò)多的功率儲(chǔ)備無(wú)疑是一種巨大的浪費(fèi)。所以實(shí)際設(shè)計(jì)中,通常是根據(jù)使用用途在峰值因數(shù)與動(dòng)態(tài)際限幅之間尋求折中。
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