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基礎(chǔ)知識(shí)分貝概念:通常,在各種物理分析中,需要把兩個(gè)數(shù)值的比較進(jìn)行“級(jí)”的劃分。一般情況下,在電子、 聲學(xué)技術(shù)中,把兩個(gè)具有功率含義的量之比的對(duì)數(shù)值劃分為“級(jí)”,得出的這個(gè)物理量叫做“貝爾”(bel),它是一個(gè)無(wú)量綱的物理量。其簡(jiǎn)單表達(dá)式為lg A /B(A、B 為任意兩個(gè)功率單位) 但是,由于“貝爾”這個(gè)單位比較大,使用起來(lái)仍有不便,所以就起用了“貝爾”的 1/10 的概念:分貝,即 dB。意義:物理量: 分貝(dB)=10 lg A/B在電子技術(shù)和聲學(xué)知識(shí)中,分貝的概念經(jīng)常用到。從信號(hào)電平到增益量,從聲壓級(jí)到聲強(qiáng)級(jí),“分貝”這個(gè)詞是一個(gè)中心,只有擁有了分貝這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),各種物理量的比較和計(jì)算才比較 方便和準(zhǔn)確。從數(shù)學(xué)方法上看,分貝這個(gè)物理量的意義就在:將變化很大的相對(duì)值,用變化量 很小的值來(lái)表達(dá)。尤其是在電聲領(lǐng)域中,分貝這個(gè)量的變化關(guān)系恰恰和人耳的聽覺強(qiáng)弱感受非常吻合,這也 給聲學(xué)計(jì)算打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。表達(dá)式:分貝這個(gè)概念可以表達(dá)多個(gè)物理量,就是說(shuō)它是多個(gè)物理量的單位。常見的有下面幾種表達(dá)方式1 電壓增益分貝值=20 lg U2 / U1(dB)2 電流增益分貝值20 lg I2 / I1(dB)3 功率增益分貝值10 lgW2 / W1(dB)從該式中我們可以看出,若 W2 = 2W1,那么 W2 和 W1 的功率比就是 3dB。這就是平常所說(shuō)的: 音響系統(tǒng)的功率增加一倍,換來(lái)的聲壓級(jí)增加是 3dB。e4 聲壓級(jí)分貝值=20 lg P / Pe5 聲強(qiáng)級(jí)分貝值=10 lg I / I(dB) (Pe 為基準(zhǔn)聲壓)(dB) (Ie 為基準(zhǔn)聲強(qiáng))由這些物理量引申出的多個(gè)量也用 dB 為單位,主要有: 電平(dB)、信噪比(dB)、靈敏度(dB)、隔離度(dB)、濾波器衰減率(dB/oct)、動(dòng)態(tài)范圍(dB)分類說(shuō)明:由于分貝概念非常重要,使用場(chǎng)所也很多,為了計(jì)算方便,下面直接將電壓、電流比、聲級(jí)比、 功率比的分貝值列表如下:電壓、電流、功率比的分貝值阻抗概念:阻抗是一個(gè)比較復(fù)雜的概念,在直流電路中,由于信號(hào)和電路特性都是線性的,所以只有電阻 的概念;但是在交流電路中,由于存在信號(hào)頻率的原因,電感和電容對(duì)信號(hào)就起了一定的作用,一 般就把感抗、容抗、電阻的綜合作用參數(shù)叫阻抗。通??梢詫⒆杩贡磉_(dá)為:放大電路中,感抗、容抗、電阻信號(hào)的綜合作用下表現(xiàn)出的一種電阻 特性。一般用電阻的單位歐姆 表示。意義:阻抗和意義很重要,在幾乎所有的設(shè)備中,很多重要的參數(shù)和配置都與阻抗有關(guān)。比如:功放 的輸出功率、輸入輸出形式等。如果相連的兩個(gè)設(shè)備阻抗不匹配,就有可能產(chǎn)生電氣指標(biāo)下降、音 質(zhì)變劣甚至設(shè)備受損的故障。表達(dá)式:在電氣設(shè)備中,阻抗表現(xiàn)形式有很多種。對(duì)于象話筒、耳機(jī)、音箱等電聲類設(shè)備,由于它們都 是單純的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備,所以通常它們涉及的阻抗只有一種,即通常所指的交流阻抗。不過,話筒、 耳機(jī)、音箱的類型不同,其阻抗的成分也不同。對(duì)于純電阻特性的設(shè)備,比如:早期的碳粒式話筒, 它的直流電阻就是它的阻抗。而現(xiàn)代的電聲器材都存在感抗和容抗特性,這種特性在交變電流中呈 現(xiàn)的電阻是完全不同的,所以只有用交流電阻才能正確表達(dá)它們的阻抗(通常,這類設(shè)備的額定阻 抗是用頻率為 1KHZ 的信號(hào)測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)值)的特性。1、 像電磁式、動(dòng)圈式話筒和音箱這類感抗性設(shè)備,它們的交流阻抗可表達(dá)為:Z=R2+式中R 為直流電阻()L 為線圈電感(H)為圓頻率=2( 為頻率 HZ) 從式中可以知道,音箱和動(dòng)圈話筒和阻抗特性曲線是隨著頻率變化的。2、 像電容式話筒這類容抗性設(shè)備,其交流阻抗可表達(dá)為:Z=式中C 為電容(F)為圓頻率=2( 為頻率 HZ)但是由于一般電容式器件的電容量很小,相應(yīng)它們的交流阻抗就很高,這在電聲設(shè)備雖很適用的。 為了更方便地和其它設(shè)備達(dá)到阻抗匹配,一般都在電容話筒里設(shè)置阻抗變換器,將其阻抗變換到適 當(dāng)?shù)臄?shù)值。3、 對(duì)于像調(diào)音臺(tái)、周邊設(shè)備、功放等電電設(shè)備,它們的阻抗主要涉及其輸出、輸入阻抗。 根據(jù)多級(jí)放大器的等效電路分析方法(許多電聲設(shè)備內(nèi)部都是由各種類型的放大電路組成 的)。其輸入電阻可以表達(dá)為:Ri = hie + (1 + hfe )RL式中RL 為發(fā)射極電阻與負(fù)載電阻并聯(lián)后的等效電阻hfe 為放大器的短路放大系數(shù)hie 為放大器的短路輸入電阻 輸出電阻可以表達(dá)為:式中hie 為放大器的短路輸入電阻 hfe 為放大器的短路放大系數(shù) RS 為信號(hào)源內(nèi)阻由此可見,電聲設(shè)備的阻抗是一個(gè)比較復(fù)雜的參數(shù),它在具體的應(yīng)用中很重要。通常,阻抗參 數(shù)由廠家直接給出,它是一定條件下測(cè)得的具體值。分類介紹:在音響設(shè)備中,除電聲轉(zhuǎn)換設(shè)備外,一般都存在輸入和輸出阻抗,它們和設(shè)備內(nèi)部放大器 的特性有關(guān)。由放大器電路分析可知:為了盡量充分利用輸入信號(hào),設(shè)備和輸入電阻都很高;而為了提高設(shè) 備的驅(qū)動(dòng)能力,其輸出阻抗都比較低。對(duì)于話筒,一般我們都把它看成一個(gè)電壓源,所以為了保證話筒信號(hào)能長(zhǎng)距離、高質(zhì)量、高效 率地傳輸,通常話筒都是低阻抗型的,一般其阻抗在 200左右。相應(yīng)地,要求與其相連設(shè)備的輸 入阻抗至少應(yīng)該在 1K以上。對(duì)于音箱,它的阻抗可以看成是在其工作頻帶內(nèi)對(duì)放大器呈現(xiàn)出的最低歐姆數(shù)。所以一般所指 的 8 、4 、2 僅僅是它的特性曲線上平坦部分的某一個(gè)數(shù)值(在諧振峰之后)。對(duì)于功放和其它周邊設(shè)備,經(jīng)常涉及它們的輸出阻抗。通常要求其輸入阻抗要高,以便充分、 高效地利用上級(jí)設(shè)備提供的信號(hào)?,F(xiàn)代音響設(shè)備的輸入阻抗都在幾 K幾十 K 之間;而輸出阻 抗要盡量低,以便盡量地將信號(hào)更好地提供給下級(jí)設(shè)備使用,現(xiàn)代音響設(shè)備的輸出阻抗都在幾十 以下。由于功放驅(qū)動(dòng)的下級(jí)設(shè)備音箱的阻抗很低,所以功放的輸出阻抗就更低了,一般在百分 之幾歐以下,否則它很難驅(qū)動(dòng) 8 甚至 2 的音箱。靈 敏 度概念:在音響設(shè)備中,器材的電聲或聲電轉(zhuǎn)換能力的大小稱為器材的靈敏度。在實(shí)際使用中, 設(shè)備的靈敏度是在一定的聲場(chǎng)中,該設(shè)備產(chǎn)生的開路輸出電壓或?qū)σ欢ㄘ?fù)載的輸出功率,或者在一 定的輸入電平(功率)下,該設(shè)備在一定位置上所產(chǎn)生的聲壓級(jí)。意義:音響設(shè)備的靈敏度是一個(gè)非常有用的指標(biāo),音響師和工程技術(shù)人員經(jīng)常需要它來(lái)計(jì)算錄音或擴(kuò) 聲增益、電平、選擇話筒、確定系統(tǒng)的功率配置和擴(kuò)聲聲壓級(jí)以及系統(tǒng)的連接方式、端口設(shè)置等等。 如果靈敏度的概念在音響技術(shù)中被忽視,可能出現(xiàn)設(shè)備失真、動(dòng)態(tài)不足、聲壓級(jí)不能滿足要求、設(shè) 備負(fù)荷過重以及其它聲音指標(biāo)受到影響。表達(dá)式:在音響設(shè)備中,狹義的靈敏度概念主要涉及的電聲設(shè)備有話筒、音箱;涉及的電氣設(shè)備有功放、 調(diào)音臺(tái)及周邊設(shè)備。1 根據(jù)采用的單位和連接負(fù)載的不同情況,常見的話筒靈敏度有開路靈敏度和有載靈敏度。a、 開路靈敏度規(guī)定:在單位聲壓作用下,話筒的開路輸出電壓:其中E 為開路靈敏度,單位可以是 mv/u pa 或 mv/p,也可以是 v/paV 是開路電壓,單位是 v 或 mvP 是話筒振膜上的聲壓,單位是 u bar 或 pa0如果以 dB 的形式表示,開路靈敏度可以表示為:E = 20 lg V/P20 lg V0/P其中V0 和 P0 為基準(zhǔn)值,即 V0/P0 = 1v/u bar 或 1v/pa(dB)基準(zhǔn)值的單位不同,所得到的開路靈敏度的計(jì)算結(jié)果也不同,我國(guó)一般采用 mv/pa 或 v/pa 為單位??梢娪?dB 表示的靈敏度必須注明基準(zhǔn)值(即 0dB 值是以 v/u bar 還是以 v/pa 為單位),否則靈 敏度標(biāo)注將沒有參照價(jià)值。 B、有載靈敏度是靈敏度的功率表示法。它是指在單位聲壓下話筒輸出端在額定負(fù)載上的輸出功率, 單位是 mw/u bar,一般取額定負(fù)載為 600。通常還可以采用 dBm 來(lái)表示電功率靈敏度,這時(shí)候的基準(zhǔn)值是 1mv/u bar。 同時(shí)話筒的靈敏度還和測(cè)取的頻率點(diǎn)有關(guān)系(一般取 1KHZ),這種靈敏度稱為某頻率靈敏度;如果在一定頻率范圍內(nèi)取平均值,就稱為平均靈敏度。 話筒靈敏度概念還涉及聲壓的問題,如果是利用聲場(chǎng)中某點(diǎn)的聲壓值計(jì)算的,就稱為聲場(chǎng)靈敏度;如果是直接利用話筒振膜上的聲壓計(jì)算的靈敏度,就稱為聲壓靈敏度。通常我們使用的聲場(chǎng)靈 敏度,這時(shí)話筒靈敏度標(biāo)注為:dB 或mv/u bar(空載、自由場(chǎng)、1KHZ)。2 音箱的靈敏度類似于話筒,最早的定義中,它被定義為:?jiǎn)挝浑妷鹤饔孟乱粝洚a(chǎn)生的聲壓值。 即E = P / V但是這個(gè)定義沒有將輸入電壓結(jié)合揚(yáng)聲器的阻抗來(lái)考慮,也就使得靈敏度失去了參照價(jià)值;同時(shí),音箱的靈敏度需要反映出它對(duì)具體功率的信號(hào)轉(zhuǎn)換能力,而不是電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換能力,所以為 了更好地表征音箱的機(jī)電轉(zhuǎn)換能力,一般規(guī)定在音箱上施加一定功率的信號(hào)后,在一定距離上測(cè)得 的聲壓級(jí),稱為音箱的靈敏度,即 dB/m/W。通常將音箱在 1W 輸入功率下在其軸向正前方 1 m 處產(chǎn)生的聲壓級(jí),稱為其靈敏度。 同樣,音箱的靈敏度與信號(hào)頻率有直接關(guān)系,而且還與信號(hào)的類型有關(guān)系。是 1KHZ 還是 500HZ的靈敏度,是粉紅色信號(hào)還是正弦波信號(hào),音箱的靈敏度值都有不同的標(biāo)注。輸入輸出電平音響設(shè)備的輸入輸出接口一般都有電平值標(biāo)記或選擇鍵,比如:0dBm、0.775v、+4dB、0dBu 等 等。其中,設(shè)備輸入接口處的電平值一般就是該設(shè)備的輸入靈敏度,所以某些時(shí)候輸入輸出電平標(biāo) 注可以歸為靈敏度范疇。但并非所有接口電平都具有靈敏度的含義。設(shè)備的輸入電平值表示該設(shè)備允許輸入的信號(hào)電平值(多數(shù)時(shí)候有額定值和最大值)。一般情況 下,在額定電平值(0dB)輸入信號(hào)時(shí),該設(shè)備具有額定的輸出值(可能是功率,也可能是電平)。一般情況下,規(guī)定:輸入電平基準(zhǔn)為 0.775v = 0dB 有時(shí)又標(biāo)注為 0dBu 和 0dBm(見后)。通常,設(shè)備的輸入電平一般都與其輸入靈敏度有密切的聯(lián)系。各個(gè)設(shè)備和輸入電平或某種模式 下的額定輸入電平范圍可能不同(即靈敏度不同),有的只標(biāo)注 0dB,有的有-10dB 和+4dB 或+10dB 供選擇。通常要根據(jù)設(shè)備或系統(tǒng)的情況來(lái)統(tǒng)一設(shè)定,否則如果輸入信號(hào)電平值低于輸入靈敏度,就 會(huì)造成該設(shè)備輸出功率或電平不足;如果輸入信號(hào)電平值超出該設(shè)備輸入電平范圍,就會(huì)造成設(shè)備 輸出失真。設(shè)備的輸出電平與輸入電平情況類似,但是設(shè)備輸出電平對(duì)連接的負(fù)載阻抗要求更具體。 一般情況下,輸出電平規(guī)定的 0.775v = 0dB 是以一定阻抗的負(fù)載為前提的(一般取 600)。如果負(fù)載阻抗增加,輸出電平值還有可能提高。同樣,設(shè)備的輸出電平值也有幾種,有 0dB 的,有+4dB 的、還有+10dB 的,但這和靈敏度沒有 聯(lián)系。至于 0dB 和 0dBu 有什么不同,一般情況下規(guī)定:0dBm 是在 600負(fù)載上得到的電平值為 0.775v,即在該負(fù)載上得到的功率是 1mW。 這就是一般所說(shuō)的靈敏度的功率表示法,這里的 m 是指毫瓦級(jí)的功率電平。0dBu 是在開路情況下,該設(shè)備輸出口得到的電平值為 0.775V。 另外,還有一些輸入輸出電平是以 DBV 和 DBU 的形式表示的,一般規(guī)定:0dBv=1.0V0dBu=1.0uV 從上面關(guān)于靈敏度和電平的分析、比較可以看出:各類設(shè)備的靈敏度在數(shù)值上有所區(qū)別,含義也有不同,同時(shí)基準(zhǔn)參照值也不相同。即使是同一類型的設(shè)備,它們的靈敏度在數(shù)值上可能也有很 大差別。話筒方面:一般動(dòng)圈話筒的靈敏度要低些,通常情況下為:0.2 mv/pa 幾個(gè) mv/pa 而電容話筒的靈敏度要高些,通常情況下為: 幾個(gè) mv/pa 十幾 mv/pa 甚至幾十 mv/pa 但是鋁帶式電容話筒的靈敏度要低些。音箱方面:一般高音揚(yáng)聲器的靈敏度高些,有的可以達(dá)到 100dB/m/W 以上(這就是為什么音箱中要增加高 音衰減網(wǎng)絡(luò)的原因);通常低音揚(yáng)聲器的靈敏度要低些,低的可能只有 80 dB/m/W 左右。 對(duì)于其它設(shè)備,一般輸入靈敏度都是以 0dB 為基準(zhǔn)的,但少數(shù)設(shè)備有-10dB 和+4dB 可以選擇。而最大輸入輸出電平的情況就差別很大了,在不失真的情況下,有的可能是+10dB,+15dB,也有可 能是+24dB,+32dB 甚至更高。增 益概念:在電子技術(shù)中,放大器的輸出信號(hào)比輸入信號(hào)增高的倍數(shù)叫做放大器的放大倍數(shù),通常稱為增 益。它是放大器對(duì)信號(hào)放大能力的主要指標(biāo)。通常,由于放大器的放大倍數(shù)較高,用線性數(shù)字表示不太方便,所以常常用對(duì)數(shù)值表示增益, 這樣可以在變化較小的對(duì)數(shù)值表達(dá)出較大范圍內(nèi)的線性值變化;使用對(duì)數(shù)值表示增益的原因還在于:聲音信號(hào)的放大倍數(shù)和人耳的聽覺變化感受是符合對(duì)數(shù)關(guān)系的,所以在通信和音響技術(shù)中,增益用 放大倍數(shù)的對(duì)數(shù)值來(lái)表示。意義:增益的意義在于,它明確地表達(dá)了放大器對(duì)信號(hào)的放大能力,無(wú)論該放大器是功率放大器還是 電壓放大器(前置放大器)。表達(dá)式:各種增益的表達(dá)式有所區(qū)別,具體表示為:11功率增益 GP = 10 lg P2/P 電壓增益 GV = 20 lg U2/U 電流增益GI = 20 lg I2/I(dB)(dB)(dB)1另外,以下概念也類似于增益:2聲壓級(jí)L = 20 lg P1/P0 (dB)P0 為基準(zhǔn)聲壓 0.0002dN/cm靈敏度=20 lg U1/U0(dB)U0 為基準(zhǔn)電平 0.775v說(shuō)明:由增益的概念我們很容易聯(lián)想到了聲壓級(jí)、靈敏度等概念。確實(shí),像聲壓級(jí)、靈敏度等涉及到 信號(hào)變化倍數(shù)的概念都可以看成是一種增益,只不過聲壓級(jí)是任意聲壓相對(duì)于基準(zhǔn)聲壓的變化倍數(shù); 而靈敏度是相對(duì)于基準(zhǔn)是平而言,設(shè)備的電聲或聲電轉(zhuǎn)換(放大)能力,所以聲壓級(jí)、靈 敏度等許多參數(shù)的單位也都是分貝 dB(有的設(shè)備的靈敏度直接用電平表示)。對(duì)比增益和分貝:增益是主要表示同一個(gè)信號(hào)的經(jīng)過處理、放大后,與原信號(hào)形成的一種變化 量(級(jí)差);而分貝反映的是任意兩物理相比較后形成的一種變化量(級(jí)差),所以從這點(diǎn)來(lái)看增益 和分貝的含義是相似的。頻 響概念:無(wú)論任何用途的電聲設(shè)備,都需要對(duì)其工作頻段進(jìn)行限定。在規(guī)定的頻率范圍內(nèi),設(shè)備對(duì)不同 頻率信號(hào)具有相應(yīng)的放大(處理)能力,這種范圍就叫設(shè)備的頻率響應(yīng),簡(jiǎn)稱頻響。意義:頻響的概念規(guī)定了設(shè)備的有效工作范圍,超出這個(gè)范圍,設(shè)備就會(huì)失真或損壞??梢?,頻響是對(duì)設(shè)備有效工作條件的限定。表達(dá):在頻響的概念里,頻率是中心,而放大處理能力是限定(增益),所以在電聲設(shè)備中,頻響一般 表示為:(dB) 這里的d是控制頻響范圍的關(guān)鍵標(biāo)注由此可以看出頻響是受增益范圍的限制而有所變化的,增益限制越寬,頻響也越寬;增益限制越小,頻響也越窄。如圖所示:2dB4dB80 10015k20k頻率(Hz)由圖示可以看出:原來(lái) 100 15kHz(2dB)的頻響標(biāo)注,很容易標(biāo)注為 8020kHz(4dB),所以說(shuō)頻響的標(biāo)注如果沒有增益的限定是不科學(xué)的,也是沒有意義的。說(shuō)明:對(duì)于電電設(shè)備,一般優(yōu)質(zhì)的功放、調(diào)音臺(tái)和周邊處理設(shè)備的頻響都可以達(dá)到:2020kHz(0.5dB或1.0dB) 對(duì)于電聲設(shè)備,一般話筒和音箱的頻響可以達(dá)到:幾十 Hz 幾、十幾或幾十 kHz(1.5dB 或3dB) 顯然,某些設(shè)備上標(biāo)注的頻響范圍太寬,以至于完美無(wú)比時(shí),這時(shí)它的dB 數(shù)都不標(biāo),或者有的標(biāo)注成10dB 等,這樣的參數(shù)顯然是沒有意義的。失真概念:在電氣設(shè)備中,信號(hào)的傳輸過程使得信號(hào)的輸出特性與輸入特性相比發(fā)生變化和差異,這種變化和差異總稱為失真。意義:在電聲領(lǐng)域里,失真的概念具有重要的意義,失真參數(shù)能在很大程度上反映設(shè)備性能的優(yōu)劣; 也在很大程度上規(guī)定了設(shè)備的使用環(huán)境和條件,甚至可以這樣說(shuō):超出了規(guī)定的環(huán)境和條件,設(shè)備 的失真會(huì)迅速增大,這種增大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出技術(shù)參數(shù)規(guī)定的范疇,帶來(lái)的設(shè)備性能惡化也是無(wú)法預(yù)料 的。表達(dá)式:通常設(shè)輸入電壓頻率為 f1,輸入信號(hào)電壓為 Ui,輸出電壓中 f1 的分量 UO1,高次諧波失真分 量為 UO2,UO3 Uon ,則n 次諧波失真系數(shù) Dn = Uon/U01100% 而總諧波非線性失真為 由于采用優(yōu)良的負(fù)反饋電路,在現(xiàn)代電聲設(shè)備中,除了話筒的諧波失真可能在百分之幾的數(shù)量級(jí)以外,其它設(shè)備的諧波失真都可以做到千分之幾,甚至萬(wàn)分之幾的水平。 在一般的電聲設(shè)備中,比較有價(jià)值的失真指標(biāo)是諧波失真(非線性夫真),頻率失真(線性失真)。 頻率失真是指:由于放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的增益不同而引起的失真,它與輸入信號(hào)的幅度無(wú)關(guān),主要表現(xiàn)在隨輸入信號(hào)的頻率變化而呈現(xiàn)出的不均勻性。頻率失真較重的設(shè)備明顯表現(xiàn)出在某 些頻率段的信號(hào)走樣。一般情況下,音箱具有幾個(gè) dB 的失真,人耳是聽不出來(lái)的;而其它現(xiàn)代電聲 設(shè)備在普通聽音頻率范圍內(nèi)的頻率失真已經(jīng)非常小了。通常所指的線性失真就是頻率失真。非線性失真是指:放大器的輸出信號(hào)中產(chǎn)生了輸入信號(hào)中所沒有的諧波成分。也就是說(shuō)失真產(chǎn) 生時(shí),放大器的輸出特性不是線性的,它的斜率不是固定不變的,而是變化的(增益不是常數(shù)),這 種失真就是非線性失真,一般用來(lái)表示。通常,在輸出信號(hào)中,除了具有輸入信號(hào)頻率的分量信 號(hào)外,失真還產(chǎn)生高次諧波分量,這就是諧波非線性失真。非線性失真包括振幅非線性失真,相位非線性失真以及同步信號(hào)非線性失真(視頻電路)。功 率在電聲調(diào)和中,幾乎每件設(shè)備都會(huì)涉及功率的概念,但是除了功放和音箱以外,其它設(shè)備主要 是電壓放大類或信號(hào)分配類設(shè)備,功率指標(biāo)在它們的電聲指標(biāo)里不是很重要,這里指的功率主要是 與功放和音箱有關(guān)的功率功率概念。功放和音箱和各種功率概念對(duì)于正確選擇、使用設(shè)備十分重要,清楚各種功率概念后才能正確 根據(jù)設(shè)計(jì)要求(聲壓級(jí)、靈敏度、阻抗等指標(biāo)),來(lái)決定功放和音箱的搭配;也只有清楚各種功率概念后才能正確操作,使設(shè)備在正常的狀態(tài)下穩(wěn)定工作;功率的配置合理性還對(duì)系統(tǒng)音質(zhì)有一定影響。表達(dá)式:一般情況下,功放和音箱和功率都可以簡(jiǎn)單表達(dá)為:P = U22/R或P = I R其中,U 為有效輸入或輸出電壓,I 為負(fù)載上的有效電流,R 為負(fù)載的阻抗由此可見,功率與電壓(電流)和阻抗是密不可分的。在功放中,功放的增益決定了信號(hào)的放 大倍數(shù),也就影響了其輸出的電壓值,從而決定了該增益下功放的額定輸出功率。這里所指的額定, 指的是在一定阻抗、一定失真限制下,功放的輸出值;而音箱是一個(gè)電聲轉(zhuǎn)換設(shè)備,是被動(dòng)地 接收信號(hào),功率概念是與它的阻抗和流地音圈上面的電流有關(guān)的,所以音箱的功率應(yīng)該稱其為功率 承受力,即在一定阻抗下,音箱(音箱)對(duì)流過其內(nèi)部的電流的承受能力。特別需要注意的是:功率指標(biāo)是一個(gè)標(biāo)定值,是測(cè)試后得到的結(jié)果,顯然,測(cè)試條件、測(cè)試信 號(hào)的類型也決定功率的標(biāo)注。分類說(shuō)明:對(duì)功放和音箱來(lái)講,它們的輸出功率和功率承受力是它們的電聲指標(biāo)中的重要參數(shù)。但是由于 規(guī)定的條件不同、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不同,這些功率的稱呼也有所不同,甚至數(shù)值上有很大差異。1 功放 功放的輸出功率標(biāo)定值一方面受額定值影響,一方面受失真的影響,另一方面還受測(cè)試信號(hào)的峰值系數(shù)影響。 在額定值下,如果不考慮失真和測(cè)試信號(hào)的類型,功放在最大增益處的輸出功率就是軾放的標(biāo)稱功率。比如:一般標(biāo)注為 200、 400或橋接 350的功放,就是指在某阻抗下, 該功放一個(gè)聲道的最大額定功率。增益衰減后,在同樣阻抗下,功放的輸出功率也會(huì)降低,這就是 為什么標(biāo)稱 200的功放推 100的音箱,原則上不存在什么問題的原因。在失真率因影響下的輸出功率可能發(fā)生很大的變化,所以一般對(duì)功放輸出功率的標(biāo)注都要強(qiáng)調(diào) 失真。比如:標(biāo)稱為不失真功率為 200的功放(其實(shí)是在規(guī)定的失真范圍內(nèi)),如果失真率上升, 超過規(guī)定值后,功放的輸出功率可以達(dá)到一個(gè)較高值(尤其是高頻諧波功率會(huì)迅速增大)。這就是為 什么功放和音箱搭配不當(dāng),容易產(chǎn)生失真,導(dǎo)致設(shè)備損壞的原因。在測(cè)試信號(hào)因素作用下,功放的輸出功率將直接受信號(hào)的峰值系數(shù)影響。比如:標(biāo)稱為 200的功放(正弦波信號(hào)),如果用峰值系數(shù)很高的粉紅色信號(hào)來(lái)測(cè)試,在不產(chǎn)生信號(hào)失真的前提下, 它的有效輸出電平將降低,顯然它的輸出功率值也將降低。這里的峰值系數(shù)是指:信號(hào)的峰值電平與有效電平值的差或比值,如圖所示:電平峰值有效值頻率正弦波信號(hào)的峰值與有效值關(guān)系電平峰值粉紅色噪聲的峰值與有效值關(guān)系顯然粉紅色噪聲信號(hào)的峰值系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高與正弦波信號(hào)。這就是為什么相對(duì)于無(wú)源分頻來(lái)講, 使用同樣的高低音音箱,要達(dá)到同樣聲壓級(jí)的要求,電子分頻系統(tǒng)對(duì)功放的輸出功率要求要低于普 通的無(wú)源分頻擴(kuò)聲系統(tǒng),也就是說(shuō),電子分頻方式相當(dāng)于降低了功放的輸入信號(hào)的峰值系數(shù),使得 功放沒有必要具有很高的不失真電壓輸出能力。比如:同樣是高、低音分別需要 100W 的功率信號(hào),無(wú)源分頻和有源分頻對(duì)功放的功率要求就有 所區(qū)別,如下圖所示:無(wú)源分頻方式+56V+28V-28V-56V400W功放 音箱分頻8歐100W100W功放輸出 P = 56 2/8 = 400W+28V-28V在無(wú)源分頻時(shí),輸入功放的信號(hào)是低音和高音的混合調(diào)制信號(hào),具有較大的峰值系數(shù),因此功放就必須能容納這種峰值系數(shù)較高的信號(hào)(增益足夠,且輸出信號(hào)不削波),當(dāng)然它應(yīng)該具有較高的 電壓輸出能力(56V),也就是說(shuō)功放的功率必須選大一些的。有源分頻方式+28V-28V有源分頻低音信號(hào)100W功放100W功放高音信號(hào)-28V在有源電子分頻時(shí),由于前級(jí)分頻器已經(jīng)將輸入功放的信號(hào)分成單獨(dú)的高、低音信號(hào),它們各自的峰值系數(shù)比高低音復(fù)合信號(hào)都要低,這樣高、低功放就不需要具有較高的電壓輸出能力(只需 分別具有 28V 輸出),當(dāng)然功率也可以選擇小一些的了。2 音箱 音箱的功率承受能力(或功率消耗)一方面受阻抗影響,一方面受音圈的載流能力的影響,另一方面受測(cè)試信號(hào)類型的影響。同時(shí)由于音圈運(yùn)動(dòng)位置、機(jī)械動(dòng)作(行程)的限制,音箱的功率力 還受信號(hào)帶寬的影響。在阻抗因素中,音箱的功率消耗大小將直接由阻抗大小來(lái)體現(xiàn)。比如:一個(gè)標(biāo)稱 8下額定輸 出為 200W 的功放配接阻抗為 8的音箱,那么在音箱上得到(消耗)的功率應(yīng)該在 200W 左右,但 如果將音箱換成 16的,那么音箱上得到(消耗)的功率將成倍下降了,顯然音箱(負(fù)載)的阻抗 限制了功放的輸出功率,從而間接決定了音箱自身的功率消耗。在音圈載流能力因素中,音圈本身在正常條件工作狀況下的電流通過能力直接關(guān)系到音箱的功 率承受能力。比如:同樣是 8的兩只音箱,如果其它條件完全相同,而一只音圈線圈粗,一只音圈線圈細(xì) 些,這兩只音箱的電流承受能力就會(huì)不同,當(dāng)然音圈線圈粗的音箱電流承受能力強(qiáng),那么這只音箱 的功率承受能力就大些,這就是一般說(shuō)的這只音箱的功率大些,那只音箱的功率小些。通過上面兩點(diǎn),我們可以看出:阻抗指標(biāo)在音箱參數(shù)中的重要性要強(qiáng)于單純的功率指標(biāo)?;蛘?可以這樣講:僅從安全合理性上看,只要阻抗匹配得當(dāng),相同阻抗不同功率的音箱是可以在連接上互換的;而功率相同阻抗不同的音箱是不能隨便互換的。當(dāng)然,阻抗和音圈載流能力指標(biāo)不是理論 上那么簡(jiǎn)單,因?yàn)橐粋€(gè)音圈要達(dá)到很低的阻抗(比如 4)、很大的電流承受力(比如能承受到1200W),理論上可以做到,但是在如此大的功率下,音盆的位移會(huì)很大、音圈的發(fā)熱會(huì)很嚴(yán)重、振 動(dòng)也很大等等,這時(shí),既要想音箱單元能承受這樣的工作條件,又要達(dá)到較高的音質(zhì),就不是那么 容易做到的了。比如音圈材料,比如散熱技術(shù),比如音圈與骨架的粘接材料性能等等,這些都與材 料科學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。在測(cè)試信號(hào)因素中,音箱的功率承受能力會(huì)因?yàn)樾盘?hào)的不同,而達(dá)到的額定值和最大值有所不 同。在這點(diǎn)上,各國(guó)之間,甚至同一國(guó)家不同廠家之間的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都可能不一致,稱呼也五花八門, 有額定功率、最大功率、峰值功率、最大峰值功率等等。所以,迄今為止,國(guó)際上對(duì)音箱的功率承 受力會(huì)有很多不同的標(biāo)注方式,同一只音箱按照不同的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)標(biāo)注,得到的結(jié)果會(huì)有很大差別。一般情況下,音箱的測(cè)試信號(hào)都采用正弦波信號(hào)或者粉紅色信號(hào),顯然,由于正弦波信號(hào)的峰 值系數(shù)要小于或粉紅色信號(hào),那么同一只音箱對(duì)正弦波信號(hào)的功率承受力肯定要高于粉紅色信號(hào)。 比如:一個(gè)高音單元能承受 40 瓦的正弦波信號(hào),但它也許只能承受 20 瓦的粉紅色信號(hào),所以,看 音箱的功率標(biāo)注,一定要看測(cè)試信號(hào)的種類。通常情況下:正弦波測(cè)試信號(hào)的峰值系數(shù)為 3dB,該信號(hào)下的峰值功率 = 2 倍額定功率; 粉紅色噪聲測(cè)試信號(hào)的峰值系數(shù)在 6dB 以上,該信號(hào)下的峰值功率 = 4 倍額定功率; 而沒有注明信號(hào)類型的所謂 RMS 連續(xù)功率(rootmeansquare 均方根功率),是在音箱(揚(yáng)聲器)上加上 1 小時(shí)的正弦波測(cè)試信號(hào)得出的功率值,顯然這樣的功率測(cè)試標(biāo)注法可靠性就差些。 為了進(jìn)一步規(guī)范音箱(揚(yáng)聲器)的測(cè)試條件,使得標(biāo)注結(jié)果更加客觀更加可靠,一些電工組織規(guī)定了音箱功率承受力的測(cè)試時(shí)間、信號(hào)加注方式等條件,這些規(guī)定就成為各個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。 比如:EIA(美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì))RS426A 標(biāo)準(zhǔn)中,規(guī)定一種類似粉紅色噪聲的測(cè)試信號(hào)加到音箱(揚(yáng)聲器),要求被測(cè)試的音箱能承受該信號(hào)很長(zhǎng)時(shí)間,并且還要求該音箱(揚(yáng)聲器)能瞬間承 受幾倍于該信號(hào)功率的瞬時(shí)峰值而值不損壞,這樣得出的值才是額定標(biāo)稱功率和峰值功率值。雖然 測(cè)試出的結(jié)果要比用正弦波信號(hào)短時(shí)間測(cè)試后得出的值要低不少,但是實(shí)際使用中,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試 出的值要可靠、安全得多,也更接近實(shí)際節(jié)目信號(hào)擴(kuò)聲的狀況,這種測(cè)試結(jié)果得到的標(biāo)注值,對(duì)設(shè) 備的選型、功放與音箱的合理配置以及實(shí)際調(diào)音操作都具有非常重要的參考價(jià)值。下面是常見的一 些測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)稱及它們之間的關(guān)系。EIARS426A 標(biāo)準(zhǔn):信號(hào)類型:成型的隨機(jī)噪聲信號(hào)(連續(xù)粉紅色噪聲),具有 4 倍于平均功率的峰值,同時(shí)信號(hào)頻率需要根據(jù)揚(yáng)聲器的工作頻帶來(lái)選取。 測(cè)試時(shí)間:8 小時(shí)標(biāo)稱額定承受功率:在該信號(hào)作用下 8 小時(shí)后,揚(yáng)聲器不損壞的功率,稱為長(zhǎng)時(shí)間平均功率。 瞬時(shí)功率:4 倍于長(zhǎng)時(shí)間平均功率。AES21984 標(biāo)準(zhǔn):信號(hào)類型:連續(xù)粉紅色信號(hào),具有 6dB(4 倍)的峰值系數(shù) 測(cè)試時(shí)間:2 小時(shí)標(biāo)稱額定承受功率:在該信號(hào)作用下 2 小時(shí)后,揚(yáng)聲器的機(jī)電性能永久變化不大于 10%的功率。 峰值承受功率:4 倍于標(biāo)稱功率。傳統(tǒng)測(cè)試法:傳統(tǒng)測(cè)試法得出的 RMS 值就是以平穩(wěn)變化的正弦波信號(hào)作為測(cè)試信號(hào),它的峰值系數(shù)只有 3dB, 所以同樣的音箱(揚(yáng)聲器),如果用正弦波信號(hào)來(lái)測(cè)試功率容量,那么得到的平均功率承受力就要高 許多,(傳統(tǒng)測(cè)試法得出的最大功率值是 RMS 值的 2 倍)。另外,在傳統(tǒng)的測(cè)試方法中,正弦波信號(hào)只要求加在音箱(揚(yáng)聲器)上 1 小時(shí)即可。下面有圖形表示出這幾種測(cè)試信號(hào)的區(qū)別:峰值峰值6dB3dB平均值平均值傳統(tǒng)測(cè)試法EIA和AES測(cè)試法在信號(hào)帶寬因素中,音箱(揚(yáng)聲器)的功率承受力在很大程度上受信號(hào)頻率范圍的限制。比如:額定標(biāo)稱為 200W,有效工作頻率為 40 18kHz 的音箱,在輸入一個(gè) 50W 20 30Hz 的 信號(hào)時(shí)就有可能損壞;或者一個(gè)額定標(biāo)稱功率為 50W 有效工作頻率為 1k 20kHz 的高音單元,輸入 一個(gè) 20W 300Hz 以下的中低音信號(hào)也有可能損壞它。因?yàn)閾P(yáng)聲器紙盆(膜片)的位移與頻率高低成反比,所以,標(biāo)注具有較高截止頻率的音箱(揚(yáng)聲器),比同樣一只標(biāo)注具有較低截止頻率的音箱的 功率承受力可能要大些。例如:標(biāo)注為 20W,工作頻帶為 500 20kHz 的高音單元,完全可能標(biāo)注 為 40W,工作頻帶為 1k 15kHz。因此,看音箱(揚(yáng)聲器)的功率承受力,一定要看它的有效工作 頻帶的標(biāo)注。通常,對(duì)同一只音箱而言, 標(biāo)注具有寬帶工作頻率的功率承受力工作頻率范圍以外的功率承受力 由以上功率的敘述可以看出:要仔細(xì)準(zhǔn)確地進(jìn)行功率的評(píng)價(jià)和標(biāo)注是很難統(tǒng)一的,這里有傳統(tǒng)測(cè)量方法的原因。不過要想明確功率的概念,如果大家都準(zhǔn)確地把功放的功率稱為功放的功率輸出 能力,把音箱的功率稱為音箱的功率承受能力,那么那些國(guó)外著名廠家通用的嚴(yán)格測(cè)試、標(biāo)注方法 就容易統(tǒng)一了。而那些不太正規(guī)的標(biāo)注就只能作為形式上的參考了。比如:某些所謂的音箱長(zhǎng)期最大功率,只是模擬連續(xù)節(jié)目信號(hào),持續(xù) 1 分鐘,間隔 2 分鐘,先 后重復(fù) 10 次作用于音箱上,而不至于使之產(chǎn)生永久性損壞的最大輸入功率。顯然,這種脈沖式的信 號(hào)測(cè)試方法不足以說(shuō)明音箱的功率參數(shù)。又比如:所謂功放的峰值音樂功率,僅僅是功放在處理短暫節(jié)目信號(hào)時(shí)的輸出能力而已,不僅 這個(gè)短暫信號(hào)沒有量的概念,而且峰值系數(shù)也無(wú)法確定,所以峰值音樂功率和額定功率沒有固定的 關(guān)系,可以是 4 倍,也可以是 6 倍,也可能是 10 倍,當(dāng)然這種標(biāo)注方法也沒有多大的實(shí)際意義。信噪比概念:在電氣設(shè)備中,通常以放大器輸出的信號(hào)功率與噪聲功率的比值來(lái)衡量放大器的放大性能,這 種比值叫信噪比,一般用 dB 作單位。意義:在音響系統(tǒng)中,信噪比的概念很重要,它直接反映出設(shè)備的內(nèi)部本底噪聲情況或輸出信號(hào)的質(zhì) 量,尤其是對(duì)微弱信號(hào)的放大情況,因此信噪比是設(shè)備的一個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)。表達(dá)式:一般情況下,信噪比是以功率比的形式來(lái)表達(dá)的,即:S/N = 10 lg S0 / N0(dB)其中S0 和 N0 是設(shè)備的輸出信號(hào)功率 信噪比還可以用電壓比的形式表達(dá):即S / N = 20 lg S0 / N0(dB)其中S0 和 N0 是設(shè)備的輸出信號(hào)電平 在某些設(shè)備的標(biāo)注中,有時(shí)也采用等效噪聲電平的方式間接表達(dá)出設(shè)備的信噪比情況。 等效噪聲電平表示的是:要達(dá)到輸出端一定的噪聲電平,相當(dāng)于在輸入端加入了多大的激勵(lì)信號(hào),比如:等效噪聲標(biāo)注為:-124dB、-128dB。分類說(shuō)明: 由于元件質(zhì)量的提高以及線路設(shè)計(jì)更加合理,現(xiàn)代專業(yè)音響設(shè)備的信噪比指標(biāo)已經(jīng)非常的高。 一般高檔優(yōu)質(zhì)的周邊設(shè)備的信噪比可以達(dá)到 80 100dB 之間; 而調(diào)音臺(tái)和功放等重要設(shè)備,以及 CD、LD、DVD 等音源設(shè)備的信噪比還可以達(dá)到 100dB 甚至更高; 對(duì)于象普通卡式錄音機(jī)、電唱機(jī)以及電容話筒、無(wú)線話筒這類弱信號(hào)放大電路的設(shè)備,其信噪比指標(biāo)就要低一些,一般在 60 80 之間。動(dòng)態(tài)范圍概念:動(dòng)態(tài)范圍是描述音響設(shè)備在規(guī)定信噪比、失真等條件下,輸出的最小有用信號(hào)和最大不失真信 號(hào)之間的電平差,即信號(hào)的幅度變化范圍,單位通常用分貝(dB)表示。說(shuō)明:動(dòng)態(tài)范圍是一個(gè)很好的衡量音響設(shè)備性能優(yōu)劣的指標(biāo)。動(dòng)態(tài)范圍大,說(shuō)明該設(shè)備能有效處理的 信號(hào)的強(qiáng)弱范圍大;動(dòng)態(tài)范圍小,說(shuō)明該設(shè)備本身噪聲大或?qū)?xì)節(jié)表現(xiàn)差或不能承受強(qiáng)烈信號(hào)的沖 擊。顯然,動(dòng)態(tài)范圍是一個(gè)上下限范圍,它的上限主要受設(shè)備的輸出電平和失真的影響,而下限受 設(shè)備的本底噪聲和輸入噪聲影響。一般來(lái)講,優(yōu)質(zhì)功放、話筒、周邊設(shè)備、CD 唱機(jī)、LD 機(jī)等,它 們的動(dòng)態(tài)范圍都較大,可以達(dá)到 100dB 以上,甚至可以達(dá)到 140dB,而早期電唱機(jī)、調(diào)諧器、低檔 話筒的動(dòng)態(tài)范圍一般在 70dB 左右。幾種常見設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍設(shè)備名CD 唱機(jī)高檔唱機(jī)功放效果器高級(jí)話筒MD 機(jī)普通卡座DAT 卡座優(yōu)質(zhì)無(wú)線話筒動(dòng)態(tài)范 圍(dB)110左右75左右100左右80以上110以上95左右70左右95左右95以上指向特性概念:在電聲設(shè)備中,指向特性是指話筒的靈敏度或音箱的聲壓分布隨聲波的入射或發(fā)射方向而變化 的特性,一般用指向特性曲線表示。1 話筒指向性 對(duì)話筒來(lái)說(shuō),指向性表明,在一定角度內(nèi),聲波轉(zhuǎn)化為信號(hào)的頻響和靈敏度都是良好的,而在該角度外,頻響變化,電平衰減。這個(gè)方向角通常是以極坐標(biāo)的形式表達(dá)的,稱為指向性函數(shù)。表達(dá)式為:其中為聲波入射角,是聲波方向與話筒振膜法線間的夾角 E(0)為聲波沿軸向(=0 )入射時(shí)的靈敏度 E()為聲波沿 角入射時(shí)的靈敏度同時(shí) D()函數(shù)與入射聲波的頻率有關(guān) 顯然,用數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)計(jì)算話筒的指向特性比較抽象、繁瑣,所以通常用極坐標(biāo)圖來(lái)表示,有時(shí)也采用不同入射角時(shí)的話筒的頻響曲線表示指向特性,如圖所示:-60dB-70dB-80dB-90dB-100dB30060090030002700240033000030060090012002100180015001kHz125Hz8kHz顯然使用極坐標(biāo)圖和頻響曲線相對(duì)比較直觀。通常為了簡(jiǎn)單地表明話筒的指向特性,人們根據(jù)極坐標(biāo)圖的輪廓形狀,將話筒特性分成:全方 向性、心形、8 字形、強(qiáng)指向型、超指向型等。在錄音和擴(kuò)聲技術(shù)中,怎樣利用話筒的指向性的其 他技術(shù)指標(biāo),對(duì)信號(hào)拾取質(zhì)量和反饋的抑制是專業(yè)音響工作的重點(diǎn)。2 音箱指向性 對(duì)音箱來(lái)講,指向特性表明它的產(chǎn)生的聲壓在周圍空間的分布情況,通常它也是用方向角的極坐標(biāo)函數(shù)來(lái)表達(dá)的。這個(gè)角是觀察點(diǎn)的矢徑與揚(yáng)聲器振膜法線之間的夾角。在數(shù)學(xué)表達(dá)式中,可以有下面兩個(gè)公式:指向性因素Q( f ) = I1 / I2其中 I1 為在自由聲場(chǎng)中沿?fù)P聲器振膜法線的指定距離 r 處的聲強(qiáng)I2 為在與 I1 同一條件下,在同一位置,由總輻射功率相等的點(diǎn)聲源所產(chǎn)生的聲強(qiáng)。或者指向性指數(shù) D1( f ) = 10 lg Q( f ) 同話筒指向特性一樣,揚(yáng)聲器的指向特性也與聲音頻率有關(guān)。 顯然,用數(shù)學(xué)公式來(lái)表達(dá)揚(yáng)聲器的指向特性也比較抽象和繁瑣,所以通常直觀地用水平和垂直方向上偏離揚(yáng)聲器正面軸向的規(guī)定角度內(nèi),其聲壓級(jí)下降的最大分貝數(shù)表示。 比如:某揚(yáng)聲器水平400 600 8kHz,降低6dB,說(shuō)明該揚(yáng)聲器在水平方向的400 范圍內(nèi),600 8kHz 的聲波,聲壓級(jí)下降小于 6dB。如果用極坐標(biāo)圖來(lái)表示,也可以得到像話筒指向特性一樣的指向圖,比如:某音箱在幾個(gè)主要頻點(diǎn)的指向特性圖3300003003300003003000270024006009001200300024006009001200210018001500210018001500500Hz1000Hz3000330000300600900300033000030060090024002100180015001200240021001800150012004000Hz8000Hz這種表示方法就是某些技術(shù)資料上所說(shuō)的波瓣圖,有些技術(shù)資料將音箱的指向性直接簡(jiǎn)稱為:覆蓋角度,表示為:A0B0(水平/垂直)。音箱的指向特性在實(shí)際擴(kuò)聲中也很重要,但是它僅僅是一個(gè)供擴(kuò)聲或工程計(jì)算的技術(shù)參數(shù),指 向性并不是越

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