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音箱功率計算方法
發布日期:[2017-7-25 14:36:07]    共閱[2405]次

      音箱的功率不是越大越好,適用就是最好的,對于普通家庭用戶的20平米左右的房間來說,真正意義上的60W功率(指音箱的有效輸出功率30W x 2)是足夠的了,但功放的儲備功率越大越好,最好為實際輸出功率的2倍以上。

一、 聲壓級計算式

  下式是聲場中,在r距離上,某點的聲壓級較為方便的計算公式:
  SPL=PWL+10log(Q/(4*3.14*r*r)+4/R),
  式中,SPL:在r距離點的聲壓級,單位(dB) ,聲壓級基準是0dB=20μPa。
  PWL:聲源的聲功率級,單位(dB) ,聲功率級基準為0dB=10-12W。聲功率是指在音箱上輸出的聲音功率,并非放大器輸出給音箱的電功率。聲功率級是以分貝表示的聲功率。因此,聲功率1W就是聲功率級120dB。Q:聲源的指向系數。
 ?、佼斅曉丛诜块g中央,四面不著邊,聲能以球面方式輻射,指向系數就為1。
 ?、诼曉捶旁诘孛嬷醒?,以半球面方式輻射,指向系數就為2。
 ?、壑糜趦蓧γ娼焕馍?,以1/4球面輻射,指向系數為4。
 ?、苤糜诜块g角落,以1/8球面輻射,指向系數為8。r:該點離聲源的距離,單位(m),R:房間常數,單位(m2),S:室內表面積,單位(m2),a:室內平均吸音率,無單位。
  房間常數R表示了這個房間對聲音的處理能力,與房間的墻面面積和吸音能力有關,大房間這個值較大。是平均吸音率,一個小于1的常數。象教室那樣所謂聲音比較活躍的房間,約0.25;而象寢室那樣缺少混響的房間,吸音力較好,則約為0.35。式中,括號內左邊的Q/4πr2表示直達聲的聲壓,它與距離的平方成反比。右邊的4/R是與房間有關的反射聲的聲壓。這二項之和就是聲源在該點產生的聲壓,一般用分貝來表示。
  由于通常聲源位置處定為0dB,所以其它各點都是負數。只要知道了上式中的各量,代入此式運算即可。

二、聲壓級衰減量曲線求解

  當A點為Q=4,R=100時,距離為3m處的聲壓級衰減量的求解過程:
  在指向系數處找到Q=4的水平線,向右沿伸到與3m斜線的交點,然后垂直向上找到與房間常數R=100的曲線的交點。這就是A點,再水平向左沿伸到縱座標的交點,就能讀出聲壓級的衰減量為11dB。
  再舉一個更加接近實用的例子,分別用計算式的后面部份和曲線兩種方法求解。有一長5.4m,寬3.6m,高2.5m的房間,墻面平均吸音率=0.3,若音響放在房間一面墻的前方,帶音箱架,緊貼后墻,聽眾席離音箱3m。問此時的聲壓級衰減量。
  首先不管哪一種解法都必須先計算出房間常數R。房間的六個表面積:
  首先看函數式求解過程:式中左邊一項為Q/4πr2=2/4π32=0.0177,右邊另一項4/R=4/36=0.125。所以,聲壓級的衰減量為10log(0.0177+0.125)= -8.5dB。圖解過程如下:從Q=2線→r=3線,在R=20~50的空間估算出R=36的位置,打上一點“B”, 再向左讀出縱座標上的衰減量即可,也是-8dB多一些。

三、音箱的輸出功率估算

  以上計算的衰減量還需加上聲功率級PWL就可以得到該點的聲壓級。所以還必須知道如何計算聲功率。聲功率是從音箱輸出口開始算起的,所以首先要了解清楚音箱的靈敏度或[輸出聲壓級]概念。
  音箱的靈敏度定義為1W電功率輸入,在1m處測得的聲壓級,單位為dB/W/m。這是音箱的固有特性,當這個值為92dB/W/m時,音箱的電聲變換效率為1%。即放大器需輸出100W電功率才能換得1W的聲功率。若靈敏度不到92 dB/W/m,那么100W的電功率還換不到1W的聲功率,而且差3dB就相差一倍。例如,89 dB/W/m靈敏度的音箱,需要200W電功率才能得到1W聲功率,而86 dB/W/m的音箱,需要高達400W的電功率才能獲得1W聲功率。
  用這些關系可以把電功率轉換為聲功率PWL,PWL=10log(聲功率輸出W/10-12W),聲功率1W=120dB聲功率級。對于靈敏度92dB/W/m的音箱,用100W電功率驅動時的PWL為120dB。其實在實際運用時,根本不必考慮聲功率這概念,可直接用輸入給音箱的電功率和音箱靈敏度兩項來推算出PWL。
  例如,有一單管2A3立體聲放大器,每聲道3.5W,合計7W,音箱靈敏度為92dB/W/m,那么PWL有多大?3米遠處的聲壓級有多大?此時從聲功率角度來考慮,用靈敏度92的音箱的話,兩音箱總聲功率才7/100=0.07W,用分貝表示則PWL為120+10log0.07=120-11.55=108.45dB,或直接用電功率來推算更簡單PWL=10log(7/10-12)=108.45dB,當然,這一結果也是對靈敏度92 dB/W/m的特定音箱來說的。在那個房間的3m處聽,加上上面已算出的聲壓級衰減量-8.5dB,則可得實際聲壓級SPL=108.45-8.5≈100dB。
  如果音箱的靈敏度不是92 dB/W/m,只要加上實際音箱靈敏度與92 dB/W/m的差值即可。用倍數或實際電平來算是很麻煩的,用分貝只要加加減減就可以了。例如,這時的音箱靈敏度才88 dB/W/m,那么,聲功率級就是108.45+(88-92)=104.45dB,若音箱靈敏度更高為94 dB/W/m,則PWL=108.45+(94-92)=110.45。3m處的聲壓級相應地變為96dB和102dB。
  聲壓級也可以用噪聲計或聲壓表來衡量,但測出的值是音樂平均電平,比音樂峰值電平要小10個分貝。即儀表指示的音樂電平為88dB時,實際音樂中的峰值電平有98dB。也就是說,你在音樂現場聽得正合適的聲音,用儀表測出為88dB的話,那么音響重放系統要按在聽眾席上有98dB的聲壓級來設計。
  至此,我們知道了在已明條件下,如何計算某點聲壓級的方法。其中某些參數是如何獲得或如何設定的還不清楚。另外,對音響和家庭影院愛好者來說更加重要的如何按要求的聲壓級來設計功放功率,選擇音箱靈敏度等的計算方法。
  S=2×(5.4×3.6+5.4×2.5+3.6×2.5)=83.88≈84m2 ,R=084×0.3/(1-0.3)=36。由于有音箱架,故音箱不緊貼地面墻棱,只靠一面墻可取Q=2,如果音箱架很低或無音箱架則可在2~4中間取某值,本題以2計。

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