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定压式公共广播传输线路的衰耗问题

中国视听网资讯 更新时间:2009-9-15 13:20:08  编辑:白云  [ ]     手机访问

  《公共广播系统工程技术规范(草案)》的有关规定,探讨了定压式公共广播系统传输线路的有关问题,并根据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了讨论。


一、前言

定压式公共广播系统是目前公共广播工程的主流。尽管有些规模很大的公共广播系统使用了网络传输,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:天安门广场:南北长880m,东西宽500m(44公顷);广州动物园:400m×1100m(约43公顷);华南植物园300公顷;浙江大学:136公顷;北京火车站每个站台长度:约600m;北京奥林匹克公园: 680公顷森林公园,405公顷场馆中心区….。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。本文仅针对后者。


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[1],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。

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[1] 有线广播基本知识 安徽省广播管理局编,安徽人民出版社,1960年

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