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定壓式公共廣播傳輸線路損耗問題
發(fā)布日期：2018-10-16   點擊次數(shù)：

IP公共廣播系統(tǒng)已經(jīng)是主流的現(xiàn)在，曾經(jīng)的定壓式公共廣播系統(tǒng)也還占了很大的市場。IP公共廣播系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸無視距離，只要能上網(wǎng)，通過光纖，網(wǎng)線，無線轉(zhuǎn)換等覆蓋面積基本不記損耗，但在網(wǎng)絡(luò)的終端、在系統(tǒng)終端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)濟的發(fā)展，大規(guī)模的公共廣播系統(tǒng)越來越多，其覆蓋尺度動輒以千米計,線路的工程量和投資額度往往“喧賓奪主”，成為工程主體。在采用IP網(wǎng)絡(luò)傳輸和定壓結(jié)合的方式，將可大大降低其線路損耗問題。

◆  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，但卻不能認為是“長線”。因為傳輸?shù)氖锹曨l信號，其理論頻帶為20Hz~20kHz（工程中實際傳輸頻率在12.5kHz以下）。以其最高分量——20kHz計，傳輸信號的最短波長為：


式中λ為波長（m），C為光速（m/s），f為頻率（Hz）。
可見波長仍然比實際線路長得多。所以這種線路仍可用集總參數(shù)來描述，分布電抗也可忽略不計，其模型見圖一。

對于工程來說，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。毫無疑問，線路截面與傳輸電壓、負載、允許衰耗等因數(shù)有關(guān)。
下面，我們就以線路截面為應(yīng)變量來建立計算模型。

1， 定壓式廣播揚聲器的等效電阻
定壓式廣播揚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兩個參數(shù)。其等效電阻為：

式中U為揚聲器額定工作電壓（V），P為揚聲器額定功率（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)驗證明，傳輸距離超過1 km時，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，也是一個重要的方面。
經(jīng)驗指出，當揚聲器不是集中在線路終端，而是沿線均勻分布時，可大體認為負載集中掛在傳輸線路的中點，這時式（4）中的L可折半估算，其推導(dǎo)過程不再贅述。
當傳輸電壓為100V、傳輸線為銅線、廣播揚聲器沿線路均勻分布、且允許傳輸損耗為3dB時，式（4）可簡化為

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


◆  線路衰耗的爭議

在編制國家標準《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。前者認為，線路允許的傳輸損耗太小，例如小至1dB，將會過分增加工程投資和增加施工困難。后者認為，線路允許的傳輸損耗太大，例如大至3dB，將會降低工程運行質(zhì)量，增加運行負擔。筆者傾向于前者。
以傳輸電壓為100V，負載揚聲器的總功率為0.5kW，傳輸里程為1.0 km，使用銅導(dǎo)線傳輸為例， 由式（4）計算出不同的允許衰耗所對應(yīng)的線路截面（及線材估價）。
由線材引起的投資，實際上還應(yīng)考慮線管和布線施工的費用。

從投資和施工的角度來看，線路衰耗不大于1dB的方案所需線徑太粗、價格太貴，是不容易接受的。


那么，根據(jù)我們的經(jīng)驗，2kW / 2 km也是常有的事。這時，如果按線損1dB計算，線路截面將達131 mm2，廣播線將比動力線還粗！
放寬對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，而且布線施工會容易很多，因而費用會節(jié)約很多。
但放寬對功率傳輸線路衰耗的限制，表面上看來，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，同時增加日常運行的成本。但是，實際情況并不完全是這樣。 

眾所周知，衰耗放寬到3dB，聽覺上不會有太大變化。而且廣播揚聲器通常備有相差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衰耗所對應(yīng)的線路終端電壓正是0.707U。當傳輸電壓為100V且廣播揚聲器沿線大體均勻分布時，如果線路有3dB衰耗，則線路末端的少數(shù)廣播揚聲器便可以使用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，改革開放以前，遍布我國大地的農(nóng)村有線廣播線路，是按終端電壓不低于0.63U計算的，運行了多少年都很正常。

接下來的問題是會不會增加日常運行的成本。因為損耗增加了，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，電費將增加一倍。其實不然。因為即使是損耗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。實際上，在正常情況下，系統(tǒng)一般會在不大于四分之一功率的狀態(tài)下運行（例如所謂“最高可用增益”狀態(tài)），而且語言和音樂信號都有許多低潮和間歇，因而電費的增加就極其有限。如上所述，以1000W容量匡算，大概每20小時增加1度耗電。由此看來，即使把所增加的運行電費當作部分“分期付款”，也是劃算的。何況，以上說的衰耗是“寬限”，不是要求一定達到3dB。不過，如果把線損進一步放寬至6dB，則功放和運行成本就會成為一個需要考慮的問題了。


定壓廣播作為曾經(jīng)的主力，占據(jù)了大部分市場，其線路損耗是不得不考慮的問題，隨著IP網(wǎng)絡(luò)廣播的興起，定壓廣播多用于小型廣播系統(tǒng)或者IP廣播系統(tǒng)的終端，由總體到局部，其線路消耗將大大減少。IP網(wǎng)絡(luò)廣播可跨網(wǎng)段，依靠校園原有網(wǎng)絡(luò)布線，距離優(yōu)勢明顯。

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