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定压式公共广播系统传输线路的衰耗详解
来源:中国航天广电-校园广播系统设备|智能广播系统|智能公共广播系统设备|背景音乐系统|广播音响系统厂家 时间:2018/11/17 关键词:线路 线路损耗 线路传输

       凡是公共广播系统工程莫不设计到线路与传输问题,不论是网络公共广播系统,还是定压公共广播系统,不论是网线、光纤,还是电源线、双绞线都会涉及到传输距离问题。在此我们仅仅讨论探讨定压式公共广播系统传输线路的有关问题,并根据公共广播系统工程实际建立起一个线路计算模型,进而对线路截面、传输电压和传输损耗等问题进行讨论。

一、前言

       定压式公共广播系统一直都是公共广播系统工程的主流。随着社会经济的快速发展,信息化、智能化的也在快速发展,数字化、网络化的突飞猛进,数字IP广播系统目前也是公共广播系统中一个大规模发展的系统。尽管大规模使用了IP公共广播系统,但是大部分网络公共广播系统主架构采用用了网络传输,但在网络的终端、在系统分控中心所属的广播服务区内,大多数仍然是使用定压式功率线路传输。

       随着经济的发展,大规模的共广播系统越来越多,其覆盖尺度动辄以千米计。例如:大型的公园、动物园、车站、大学校园广播、大型超市、大型商场、机场动辄就是几千米的线路传输….。即便是在室内,一些大型场馆如机场、会展中心、科技展览馆、大型超市,其尺度也非常大。因此,传输线路成为不可忽视的问题,其工程量和投资额度往往“喧宾夺主”,成为工程主体。

       定压式公共广播传输线路的工程问题有两个方面。一个是线路的路由及其拓扑结构;另一个是线路的实体,包括传输电压、线路截面和线路损耗等问题。

网络公共广播系统图



二、定压式公共广播的传输线路模型


        虽然现在很多定压式公共广播的传输线路可能很长,但却不能认为是“长线”。因为传输的是声频信号,其理论频带为20Hz~20kHz(工程中实际传输频率在12.5kHz以下)。以其最高分量——20kHz计,传输信号的最短波长为:

式中λ为波长(m),C为光速(m/s),f为频率(Hz)。

可见波长仍然比实际线路长得多。所以这种线路仍可用集总参数来描述,分布电抗也可忽略不计,其模型见图一。


 

对于工程来说,大家关心的是如何选择传输线,特别是如何确定传输线路的截面。毫无疑问,线路截面与传输电压、负载、允许衰耗等因数有关。

下面,我们就以线路截面为应变量来建立计算模型。



1, 定压式广播扬声器的等效电阻

        定压式广播扬声器通常有额定工作电压U(该电压必须与线路传输电压相容,因此也即是传输电压)、额定功率P两个参数。其等效电阻为:

式中U为扬声器额定工作电压(V),P为扬声器额定功率(W)。


2, 传输线路的增益和衰耗


根据增益的定义:

式(4)表明,如果传输距离、负载功率已定,则为了减小线路截面以节约投资,最有效的办法是提高线路传输电压U。线路传输电压每提高1倍,线路截面即可减小4倍。经验证明,传输距离超过1 km时,就应考虑使用120V~200V的传输电压,尤其是在室外。此外,合理地确定允许的传输损耗,也是一个重要的方面。


经验指出,当扬声器不是集中在线路终端,而是沿线均匀分布时,可大体认为负载集中挂在传输线路的中点,这时式(4)中的L可折半估算,其推导过程不再赘述。


当传输电压为100V、传输线为铜线、广播扬声器沿线路均匀分布、且允许传输损耗为3dB时,式(4)可简化为


式(5)十分便于工程应用。请注意:式中传输里程L的单位是km,功率P的单位是kW。


三、线路衰耗的争议

        在编制国家标准《公共广播系统工程技术规范》的过程中,有关传输线路允许的传输损耗有不同的看法。主要是3dB与1dB之争。前者认为,线路允许的传输损耗太小,例如小至1dB,将会过分增加工程投资和增加施工困难。后者认为,线路允许的传输损耗太大,例如大至3dB,将会降低工程运行质量,增加运行负担。笔者倾向于前者。

        以传输电压为100V,负载扬声器的总功率为0.5kW,传输里程为1.0 km,使用铜导线传输为例, 由式(4)计算出不同的允许衰耗所对应的线路截面(及线材估价)见表2。

表2 100V/0.5kW/1.0 km 对应的线路截面及线材估价

*以RVV 双芯线约2.5元 / m · mm2估算。

由线材引起的投资,实际上还应考虑线管和布线施工的费用,表2未计及这些考虑。

由表2可见,从投资和施工的角度来看,线路衰耗不大于1dB的方案所需线径太粗、价格太贵,是不容易接受的。

那么,表2所对应的规模是否过分夸张?不是的。根据我们的经验,2kW / 2 km也是常有的事。这时,如果按线损1dB计算,线路截面将达131 mm2,广播线将比动力线还粗!

       放宽对功率传输线路衰耗的限制,如上例,将线路衰耗由1dB放宽到3dB,则不仅节省近3倍的线材,而且布线施工会容易很多,因而费用会节约很多。

       但放宽对功率传输线路衰耗的限制,表面上看来,将有大量功率耗散于线路,从而须额外增加功率放大器的输出功率,同时增加日常运行的成本。但是,实际情况并不完全是这样。

       众所周知,衰耗放宽到3dB,听觉上不会有太大变化。而且广播扬声器通常备有相差3dB的端子(例如100V端子和70V端子),其用意之一,就是为了便于适应衰耗较大的线路末端——3dB衰耗所对应的线路终端电压正是0.707U。当传输电压为100V且广播扬声器沿线大体均匀分布时,如果线路有3dB衰耗,则线路末端的少数广播扬声器便可以使用70V端子以求改善。所以原则上不必为此而增大功放的容量。其实,改革开放以前,遍布我国大地的农村有线广播线路,是按终端电压不低于0.63U计算的,运行了多少年都很正常。

      接下来的问题是会不会增加日常运行的成本。因为损耗增加了,必须开大音量。如果损耗为3dB,则意味着有半数功率损耗在线路上。乍看起来,电费将增加一倍。其实不然。因为即使是损耗1dB,线路上也有功耗,大约是21%。满打满算,损耗3dB也只是增加了30%的功耗。实际上,在正常情况下,系统一般会在不大于四分之一功率的状态下运行而且语言和音乐信号都有许多低潮和间歇,因而电费的增加就极其有限。如上所述,以1000W容量匡算,大概每20小时增加1度耗电来看,所增加的运行电费是有限的,也是划算的。何况,以上说的衰耗是“宽限”,不是要求一定达到3dB。不过,如果把线损进一步放宽至6dB,则功放和运行成本就会成为一个需要考虑的问题了。

     目前配置公共广播系统,不是很远的距离,一般功放的功率是所有线路回路音箱加起来总和的1.3倍。对于大型公共广播系统采用定压公共广播系统传输的功放会大于扬声器总和的1.5倍,还有的做到了2倍。当然有些工程我们仅仅增加功放功率,也还是有所欠缺的。目前的网络公共广播系统网络构建采用的是光纤,其实光纤早在好多年以前在公共广播系统中就已经大量使用了。

      城市马路、高速公路、覆盖整个地区的农村广播系统,都采用的是光纤传输方式,只是定压公共广播系统光信号转化为电的转换设备叫“光端机”通常叫。而采网络公共广播系统将模拟信号转换为数字信号的设备叫“光电收发器”。

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