定压式公共广播|线路损耗|公共广播系统

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定压式公共广播传输线路损耗问题

发布日期：2018-10-16 点击次数：

IP公共广播系统已经是主流的现在，曾经的定压式公共广播系统也还占了很大的市场。IP公共广播系统通过网络传输无视距离，只要能上网，通过光纤，网线，无线转换等覆盖面积基本不记损耗，但在网络的终端、在系统终端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，大规模的公共广播系统越来越多，其覆盖尺度动辄以千米计,线路的工程量和投资额度往往“喧宾夺主”，成为工程主体。在采用IP网络传输和定压结合的方式，将可大大降低其线路损耗问题。

◆ 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。

◆ 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）。
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。

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，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％。所以，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（例如所谓“最高可用增益”状态），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。由此看来，即使把所增加的运行电费当作部分“分期付款”，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。

定压广播作为曾经的主力，占据了大部分市场，其线路损耗是不得不考虑的问题，随着IP网络广播的兴起，定压广播多用于小型广播系统或者IP广播系统的终端，由总体到局部，其线路消耗将大大减少。IP网络广播可跨网段，依靠校园原有网络布线，距离优势明显。

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