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定壓式公共廣播傳輸線路的衰耗問題

中國(guó)視聽網(wǎng)資訊 更新時(shí)間:2009-9-15 13:20:08  編輯:白云  [ ]     手機(jī)訪問

  《公共廣播系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范(草案)》的有關(guān)規(guī)定,探討了定壓式公共廣播系統(tǒng)傳輸線路的有關(guān)問題,并根據(jù)工程實(shí)際建立起一個(gè)線路計(jì)算模型,進(jìn)而對(duì)線路截面、傳輸電壓和傳輸損耗等問題進(jìn)行了討論。


一、前言

定壓式公共廣播系統(tǒng)是目前公共廣播工程的主流。盡管有些規(guī)模很大的公共廣播系統(tǒng)使用了網(wǎng)絡(luò)傳輸,但在網(wǎng)絡(luò)的終端、在系統(tǒng)分控中心所屬的廣播服務(wù)區(qū)內(nèi),大多數(shù)仍然是使用定壓式功率線路傳輸。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,大規(guī)模的共廣播系統(tǒng)越來(lái)越多,其覆蓋尺度動(dòng)輒以千米計(jì)。例如:天安門廣場(chǎng):南北長(zhǎng)880m,東西寬500m(44公頃);廣州動(dòng)物園:400m×1100m(約43公頃);華南植物園300公頃;浙江大學(xué):136公頃;北京火車站每個(gè)站臺(tái)長(zhǎng)度:約600m;北京奧林匹克公園: 680公頃森林公園,405公頃場(chǎng)館中心區(qū)….。即便是在室內(nèi),一些大型場(chǎng)館如機(jī)場(chǎng)、會(huì)展中心、科技展覽館、大型超市,其尺度也非常大。因此,傳輸線路成為不可忽視的問題,其工程量和投資額度往往“喧賓奪主”,成為工程主體。

定壓式公共廣播傳輸線路的工程問題有兩個(gè)方面。一個(gè)是線路的路由及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);另一個(gè)是線路的實(shí)體,包括傳輸電壓、線路截面和線路損耗等問題。本文僅針對(duì)后者。


二、定壓式公共廣播的傳輸線路模型

雖然現(xiàn)在很多定壓式公共廣播的傳輸線路可能很長(zhǎng),但卻不能認(rèn)為是“長(zhǎng)線”。因?yàn)閭鬏數(shù)氖锹曨l信號(hào),其理論頻帶為20Hz~20kHz(工程中實(shí)際傳輸頻率在12.5kHz以下)。以其最高分量——20kHz計(jì),傳輸信號(hào)的最短波長(zhǎng)為:


式中λ為波長(zhǎng)(m),C為光速(m/s),f為頻率(Hz)。

可見波長(zhǎng)仍然比實(shí)際線路長(zhǎng)得多。所以這種線路仍可用集總參數(shù)來(lái)描述,分布電抗也可忽略不計(jì),其模型見圖一。



對(duì)于工程來(lái)說(shuō),大家關(guān)心的是如何選擇傳輸線,特別是如何確定傳輸線路的截面。毫無(wú)疑問,線路截面與傳輸電壓、負(fù)載、允許衰耗等因數(shù)有關(guān)。

下面,我們就以線路截面為應(yīng)變量來(lái)建立計(jì)算模型。


1, 定壓式廣播揚(yáng)聲器的等效電阻

定壓式廣播揚(yáng)聲器通常有額定工作電壓U(該電壓必須與線路傳輸電壓相容,因此也即是傳輸電壓)、額定功率P兩個(gè)參數(shù)。其等效電阻為:



式中U為揚(yáng)聲器額定工作電壓(V),P為揚(yáng)聲器額定功率(W)。

2, 傳輸線路的增益和衰耗

根據(jù)增益的定義:




式(4)表明,如果傳輸距離、負(fù)載功率已定,則為了減小線路截面以節(jié)約投資,最有效的辦法是提高線路傳輸電壓U。線路傳輸電壓每提高1倍,線路截面即可減小4倍。經(jīng)驗(yàn)證明,傳輸距離超過1 km時(shí),就應(yīng)考慮使用120V~200V的傳輸電壓,尤其是在室外。此外,合理地確定允許的傳輸損耗,也是一個(gè)重要的方面。

經(jīng)驗(yàn)指出,當(dāng)揚(yáng)聲器不是集中在線路終端,而是沿線均勻分布時(shí),可大體認(rèn)為負(fù)載集中掛在傳輸線路的中點(diǎn),這時(shí)式(4)中的L可折半估算,其推導(dǎo)過程不再贅述。

當(dāng)傳輸電壓為100V、傳輸線為銅線、廣播揚(yáng)聲器沿線路均勻分布、且允許傳輸損耗為3dB時(shí),式(4)可簡(jiǎn)化為



式(5)十分便于工程應(yīng)用。請(qǐng)注意:式中傳輸里程L的單位是km,功率P的單位是kW。

三、線路衰耗的爭(zhēng)議

在編制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《公共廣播系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》的過程中,有關(guān)傳輸線路允許的傳輸損耗有不同的看法。主要是3dB與1dB之爭(zhēng)。前者認(rèn)為,線路允許的傳輸損耗太小,例如小至1dB,將會(huì)過分增加工程投資和增加施工困難。后者認(rèn)為,線路允許的傳輸損耗太大,例如大至3dB,將會(huì)降低工程運(yùn)行質(zhì)量,增加運(yùn)行負(fù)擔(dān)。筆者傾向于前者。
以傳輸電壓為100V,負(fù)載揚(yáng)聲器的總功率為0.5kW,傳輸里程為1.0 km,使用銅導(dǎo)線傳輸為例, 由式(4)計(jì)算出不同的允許衰耗所對(duì)應(yīng)的線路截面(及線材估價(jià))見表2。

表2 100V/0.5kW/1.0 km 對(duì)應(yīng)的線路截面及線材估價(jià)
*以RVV 雙芯線約2.5元 / m · mm2估算。

由線材引起的投資,實(shí)際上還應(yīng)考慮線管和布線施工的費(fèi)用,表2未計(jì)及這些考慮。


由表2可見,從投資和施工的角度來(lái)看,線路衰耗不大于1dB的方案所需線徑太粗、價(jià)格太貴,是不容易接受的。

那么,表2所對(duì)應(yīng)的規(guī)模是否過分夸張?不是的。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),2kW / 2 km也是常有的事。這時(shí),如果按線損1dB計(jì)算,線路截面將達(dá)131 mm2,廣播線將比動(dòng)力線還粗!

放寬對(duì)功率傳輸線路衰耗的限制,如上例,將線路衰耗由1dB放寬到3dB,則不僅節(jié)省近3倍的線材,而且布線施工會(huì)容易很多,因而費(fèi)用會(huì)節(jié)約很多。

但放寬對(duì)功率傳輸線路衰耗的限制,表面上看來(lái),將有大量功率耗散于線路,從而須額外增加功率放大器的輸出功率,同時(shí)增加日常運(yùn)行的成本。但是,實(shí)際情況并不完全是這樣。

眾所周知,衰耗放寬到3dB,聽覺上不會(huì)有太大變化。而且廣播揚(yáng)聲器通常備有相差3dB的端子(例如100V端子和70V端子),其用意之一,就是為了便于適應(yīng)衰耗較大的線路末端——3dB衰耗所對(duì)應(yīng)的線路終端電壓正是0.707U。當(dāng)傳輸電壓為100V且廣播揚(yáng)聲器沿線大體均勻分布時(shí),如果線路有3dB衰耗,則線路末端的少數(shù)廣播揚(yáng)聲器便可以使用70V端子以求改善。所以原則上不必為此而增大功放的容量。

其實(shí),改革開放以前,遍布我國(guó)大地的農(nóng)村有線廣播線路,是按終端電壓不低于0.63U計(jì)算的[1],運(yùn)行了多少年都很正常。

接下來(lái)的問題是會(huì)不會(huì)增加日常運(yùn)行的成本。因?yàn)閾p耗增加了,必須開大音量。如果損耗為3dB,則意味著有半數(shù)功率損耗在線路上。乍看起來(lái),電費(fèi)將增加一倍。其實(shí)不然。因?yàn)榧词故菗p耗1dB,線路上也有功耗,大約是21%。所以,滿打滿算,損耗3dB也只是增加了30%的功耗。實(shí)際上,在正常情況下,系統(tǒng)一般會(huì)在不大于四分之一功率的狀態(tài)下運(yùn)行(例如所謂“最高可用增益”狀態(tài)),而且語(yǔ)言和音樂信號(hào)都有許多低潮和間歇,因而電費(fèi)的增加就極其有限。如上所述,以1000W容量匡算,大概每20小時(shí)增加1度耗電。由此看來(lái),即使把所增加的運(yùn)行電費(fèi)當(dāng)作部分“分期付款”,也是劃算的。何況,以上說(shuō)的衰耗是“寬限”,不是要求一定達(dá)到3dB。不過,如果把線損進(jìn)一步放寬至6dB,則功放和運(yùn)行成本就會(huì)成為一個(gè)需要考慮的問題了。

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[1] 有線廣播基本知識(shí) 安徽省廣播管理局編,安徽人民出版社,1960年

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