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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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