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扩声系统中电声的计算方法

2013-9-28 9:15:41点击:

1.最大功率容量与最大电压容量的计算   

    *公式一:最大电压容量V=√最大功率W×负载阻抗Ω

    *公式二:最大功率容量W=最大电压V2×负载阻抗Ω

    假如已知一个音箱的最大持续功率(AES/ANSI)和标明的负载阻抗,则可以计算出此音箱的最大电压,例如A音箱的最大功率是600WRMS(ES/ANSI),阻抗是8Ω,希望通过系统的压限器或者音箱控制器设定功放的最大输出电压值,对A音箱进行保护,把相关的数据套进公式一:

    最大电压容量V=√600W×8Ω

    =√4800

    =69.28V

    由此得出69.28V电压加在8Ω负载阻抗时,可以产生最大600WRMS的功率,所以我们要在压限器或者音箱控制器上设定功放的最大输出电压值不能超过69.28V,才能有效保护A音箱不致烧毁。

    2.功放电压增益的计算

    *公式三:电压增益=输出电压V/输入电压V

    增益由音频电路的输入和输出之间的关系决定,增益表示为倍数(×),或者用单位dB表示,若我们想知道一台功放的增益(称为电压增益),则必须知道输入信号电平和其相应的输出信号电平。例如已知从系统前级输入至A功放的信号电平是0.775V,输出信号是31V,把相关的数据套进公式三可以得知A功放的电压增益:

    电压增益=输出电压V/输入电压V

    =31V/0.775V

    =40×(倍)

    又如已知从系统前级输入至B功放的信号电平是0.5V,输出信号是20V,把相关的数据套进公式三同样可以得知B功放的电压增益:

    电压增益=输出电压V/输入电压V

    =20V/0.5V

    =40×(倍)

    注意,从以上两例可以看到A、B两台功放的电压增益一样是40×,所以电压增益大小与输入信号的大小无关。

    3.输入灵敏度与电压增益

    *公式四:输入灵敏度V=最大电压容量V/电压增益×

    与习惯的说法相反,功放不能自我产生功率。功放使输入信号电平放大某一倍数输出,输出的电平大小由放大倍数决定,标准的说法应该是:功放的输出电压驱动了音箱的负载阻抗并由此转成电声功率。一台功放能接受的最大输入电压又称为输入灵敏度,如果输入电压超过了最大输入电压,功放的输出容量也将会超出最大范围,并产生较大的频响失真。所以如果用最大电压容量除以电压增益,即可得到最大输入电压(输入灵敏度)。例如A功放与A音箱连接,二者的相关参数如下:

    A功放:FTC功率550W@8Ω,电压增益40倍;A音箱:600WRMS(AES/ANSI),阻抗8Ω(音箱的功率比功放高50W)。

*计算步骤1:A功放的最大电压容量计算

    A功放最大电压容量V=√550W×8Ω

    =√4400

    =66.33V

    *计算步骤2:A功放的输入灵敏度计算

    A功放输入灵敏度V=最大电压容量V/电压增益

    =66.33V/40×

    =1.65V(最大输入限制阀值)

    计算结果:A功放在输入有1.65V时,输出电压为66.33V,加在阻抗为8Ω负载上时,相当于产生550W的功率,意味着如果我们想避免过度驱动A功放,就应避免输入电压达到1.65V(本系统的最大输入限制阀值)。我们可以确信在A功放之前接上限制值为1.65V的限制电路之后(音箱处理器或数字分频器),A功放的输入就不会超过1.65V放。因此,当音箱处理器或数字分频器输出1.65V至A功放时,A功放会输出66.33V至音箱(66.33V=550W@8Ω),如果音箱处理器或数字分频器输出大于1.65V的电压至功放,将导致功放产生失真和输出更大的电压,并会转化成更大的功率和线圈热量,极有可能会对音箱产生破坏。为了保护音箱,需要将音箱处理器或数字分频器的限制阀值定在1.65V(6.5dBu)。

    又如A功放与B音箱连接,二者的相关参数如下:

    A功放:FTC功率550W@8Ω,电压增益40倍;A音箱:400WRMS(AES/ANSI),阻抗8Ω(音箱的功率比功放低150W)。

    *计算步骤1:B音箱的最大电压容量计算

    B音箱最大电压容量V=√400W×8Ω

    =√3200

    =56.56V 

    *计算步骤2:A功放的输入灵敏度计算

    A功放输入灵敏度V=最大电压容量V/电压增益

    =56.56V/40×

    =1.41V(最大输入限制阀值)

    计算结果:A功放在输入有1.41V时,输出电压为56.56V,加在阻抗为8Ω负载上时,相当于产生400W的功率,意味着如果我们想避免超过音箱的最大承受功率,就应避免功放输入电压达到1.41V(本系统的最大输入限制阀值)。我们可以确信在A功放之前接上限制值为1.41V的限制电路之后(音箱处理器或数字分频器),A功放的输入就不会超过1.41V放。因此,当音箱处理器或数字分频器输出1.41V至A功放时,A功放会输出56.56V至音箱(56.56V=400W@8Ω),如果音箱处理器或数字分频器输出大于1.41V的电压至功放,将导致功放输出更大的电压到音箱,并会转化成音箱更大的失真和线圈热量,极有可能会对音箱产生破坏。为了保护音箱,需要将音箱处理器或数字分频器的限制阀值定在1.41V(5.19dBu)。

 4.功放的电平控制

    在上述的示例里,所有功放的电平控制音量都假设在最大的位置(0dB衰减),当功放电平调节钮变化时,功放的输入灵敏度和电压增益也将会变化。当功放的电平控制减低时,其电压增益降低,输入灵敏度将增加。

   

    

    上图表示了一台功放的电压控制,观察到在不同电压控制位置的增益(用倍数和dB表示)变化和输入灵敏度的变化。

    5.功率容量的匹配

    一个音箱的AES/ANSI短期峰值功率容量允许超过连续功率容量的6dB,也就是说峰值功率是连续功率的四倍。例如一个音箱的连续功率为100W,则它的峰值功率为400W。

    同样,一台功放的连续FTC功率容量,允许其峰值超过连续功率的3dB,也就是说一台功放允许其峰值功率为连续功率的两倍。例如如果连续功率为100W,其峰值功率为200W。

    因此,如果一台功放能够提供400W的峰值功率,则要求它的连续FTC功率为200W。换言之,如果功放要达到音箱的峰值功率容量,则要求功放的连续FTC功率两倍于音箱的连续功率。

    例如:C音箱的ASE/ANSI连续功率为300W,则它的峰值功率为1200W(300W×4),如果功放要求提供1200W的峰值功率,则这台功放要求其连续FTC功率为600W(600W×2),由此得出:ASE/ANSI连续功率容量为300W的音箱,需要FTC连续功率为600W的功放来驱动。