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声场总功率的估算

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  在音响工程中,完全采用计算的方法定量的分析音箱的特性,摆放位置,驱动音箱的电功率以及高中低频的分配比例与所产生的室内声场的关系是存在一定困难的,通常情况下,系统的设计者无法得到精确计算所必需的全部数据,音箱生产厂商对组合音响系统往往不给出完整的指向性特性参数,室内建声特性的有关参数一般也不易准确求得,因此实际工程设计往往是根据经验和一般原则,首先选择音箱布局,然后进行估算,确定所需音箱的大致参数和规格指标等,并确定具体摆位和方向,最后通过对场内各点声压的测试和实际试听,对音箱的布置进行调整,必要时还需增补一些辅助音箱。


  如前所述,由于一些重要的参数难以精确获得,但实际音响工程中很难精确定量计算室内声场,在参数不确切的情况下采用一整套复杂的计算过程,得到一些并不准确的结论并没有太多的实际价值,因此在工程设计中往往采用估算的方法,以此作为设计与系统调试的参考性依据。


  1.估算条件


  室内声场的估算方法基于混响声场完全均匀,声源指向性已知且为理想的前提,这两项基本条件满足的越好,估算结果也就越接近实际,反之误差便会较大。


  室内声场估算的基本思路是,室内任一点的声压级由两部分构成,一部分是直达声场在该点的声压级,另一部分是混声场在该点的声压级,两者叠加便得到了该点的实际声压级,直达声场符合平方反比律,可以方便的算出是那个点的直达声声压级,根据临界距离Dc的定义可知,在临界距离处直达声声压级与混响声声压级相等,因此再算出临界距离处的直达声声压级便知道了该点的混响声声压级,假设室内混响声场理想情况下是均匀分布的,因此在室内各处的混响声声压级都等于临界距离处的混响声声压级,有了室内直达声与混响声在各个位置的声压级数据,室内声场各个位置上的声压级可算出,需要注意的问题是,在具体计算中应将其换算为音箱的距离及音箱的输入电功率,便可算出直达声场声压级。


  通常,声场总电功率可由室内声场稳态声压级进行估算。


  2.声场总电功率的估算公式


  在实际工程应用中,估算升功率是可以将混响声声压忽略。将其视为功率裕量的一部分,这样只要确定了声场中某方向距离D处的声压级Lp,就可以由Lp来估算声功率值。


  声功率与一般音箱或音响系统所标志的电功率不同,其间相差音箱的转换效率n,音箱的效率与音箱所用扬声器单元的结构、形状关系极大,例如纸盆扬声器音箱的效率约为1%,号筒式扬声器的音箱的效率可达15%,目前音箱的产品说明书多数不给n值,只给灵敏度值S,为了能够通过音箱的灵敏度来估算出音箱系统的电功率,可作如下假设。


  (1)忽略混响声声压,将其作为声压裕量的一部分,此时扩散声场可以近似作为自由声场处理。


  (2)接收点距音箱为D(m),且在音箱的声辐射轴线上。


  这样可得自由声场中计算升下级公式:


  Lp=S-20lgD+101gP


  式中,Lp为声场的声压级,P为什么馈给音箱的电功率,S为音箱的轴向灵敏度。


  例如,给灵敏度为92db的音箱加3W的电功率,可求得距音箱8m处的声压级为:


  Lp=92-20g8+101g3=78.8(dB)


  假定在一个供声区内有多组(N组)灵敏度相同的音相供声,那么上式中还要增加101gN,即


  Lp=S-201gD+101gP+101gN


  求电功率P


  P=10(Lp-S-101gN+201gD)/10


  (3)假定接收点偏离音箱辐射轴线?度,那么偏离轴线供声区域声场的直达声声压级可按下式计算:


  Lp(?)=S-201gD?+101gP?+201gD(?)+101gN


  电功率P?可由下式求出:


  P(?)=10(Lp(?)-S-101gN+201gD?-201D(?))/10


  式中,Lp(?)为偏离轴线?角接收点的声压级,D?为偏离轴线?角供声点轴射的距离,D(?)为音箱的指向性函数,201gD(?)值应由音箱生产厂家提供。


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