Při výběru zesilovačů, monitorů a podobných zařízení se nezkušený člověk často řídí takovými ukazateli, jako je výkon a frekvenční odezva. Zběhlejší lidi zajímá hodnota koeficientu harmonických prezentací. A jen ti nejznalejší zmiňují intermodulační zkreslení. I když jejich škodlivý účinek je největší ze všech uvedených. Navíc je velmi obtížné je měřit a definovat.
Úvod
Zpočátku začněme definicí. Když je signál tvořený dvěma frekvencemi přiveden na vstup zesilovače, který nemá příliš lineární odezvu, vede to ke generování harmonických (podtónů). Navíc se na tom podílejí nejen tyto dva ukazatele, ale i jejich matematický součet a rozdíl. Toto poslední se nazývá intermodulační zkreslení.
Malýpříklad
Řekněme, že máme signál. Skládá se ze dvou frekvencí – 1000 a 1100 Hz. To znamená, že na výstupu zesilovače budou generovány také signály o frekvenci 2100 Hz (1000 + 1100) a 100 Hz (1100-1000). A to jsou pouze deriváty harmonických prvního řádu!
Ještě jeden příklad. Berou se dvě frekvence, které se liší o pětinu. Nějak 1000 Hz a 1500 Hz. V tomto případě budou harmonické druhého řádu 2000 Hz a 3000 Hz a třetí - 3000 Hz a 4500 Hz. V poměru k 1000 Hz jsou hodnoty při 2000 Hz, 3000 Hz a 4500 Hz oktáva, duodecim a žádná. S 1500 Hz je věc trochu jiná. Ve vztahu k ní je harmonická frekvence při 2000 Hz, 3000 Hz a 4500 Hz čtvrtá, oktáva a duodecim.
Je třeba poznamenat, že produkované podtóny obou uvažovaných frekvencí odpovídají základním tónům. To však není překvapivé vzhledem k tomu, že všechny hudební nástroje při použití vytvářejí přirozené harmonické.
Jaké jsou vlastnosti intermodulačního zkreslení?
Jejich specifikum spočívá v tom, že jsou generovány signály, jejichž frekvence jsou součtem a rozdílem podtónů. Je třeba poznamenat, že vytvořené kombinace ne vždy korelují s hodnotami hlavních ukazatelů. Navíc při složitém spektrálním rozložení výsledků to nejen že nevede k obohacení harmonické struktury (jak je to možné u podtónů nižšího řádu), ale také začínápřipomínají obvyklé přidání hluku.
To platí zejména při vytváření nebo reprodukci komplexního hudebního signálu. Měření intermodulačního zkreslení implikuje pokus o určení stupně nelinearity systému. Například u reproduktorů vznikají podobné efekty v důsledku různých hodnot elasticity systému pohyblivého difuzoru. To platí i pro chování magnetických polí za různých podmínek buzení. Mimochodem, reproduktor je dobrým příkladem systému, který vykazuje nevyvážené chování při různých úrovních hlasitosti.
Ve skutečnosti to vede k výskytu nelineárních jevů na akustickém výstupu z něj. Pokud by byl reproduktor systémem se symetrickým chováním, pak by neexistovaly žádné možné předpoklady pro vznik intermodulačního zkreslení. Z toho mimochodem plyne, že pokud je na výstupu systému harmonická, pak tam vždy musí být určitá nelinearita.
Jaký mezizávěr lze z toho vyvodit?
Shrneme-li výše uvedené, je třeba poznamenat, že harmonické zkreslení neprokazuje výskyt procesů vedoucích k nehudebním systémům. Navíc přímé srovnání různých zařízení pomocí tohoto parametru může vést k významným mylným představám o kvalitě generovaných signálů.
Jedním velmi názorným příkladem je intermodulační zkreslení v zesilovačích. Tam se mnozí domnívají, že lampové mají lepší zvuk než tranzistorové. Ačkoli poslední generují řádově menší zkreslení.
Oměření a zkreslení
Je již jasné, že intermodulační zkreslení je problém - skutečný a skrytý. Pokud je úkolem jej snížit, musíte se na to namáhat a pracovat poté, co jste to předtím studovali. Dobrých výsledků dosáhl ruský elektroakustik Alexander Voishvillo. Jeho díla doporučují ke studiu každému, kdo si chce rozšířit vlastní znalosti v této oblasti. Nejprve je třeba poznamenat, že se objevují zkreslení v závislosti na generované frekvenci.
V tomto případě je překročení prahové úrovně pevně dané. To je pozorováno v těch případech, kdy jsou pevné intermodulační zkreslení třetího i druhého řádu. Při jakékoli dané frekvenci lze úroveň harmonických nalézt odečtením zkreslení od úrovně odezvy, která je pozorována v axiálním směru.
Jaké jsou metody měření intermodulačního zkreslení?
Jako základ se používají teorie souvislostí a pravděpodobnosti a také matematická statistika. Jsou doplněny spektrální analýzou, metodami pro aproximaci nelineárních charakteristik a počítačovou simulací vícecestných diagramů. Pokud mluvíme o konkrétnějších řešeních, pak jsou to:
- Počítačová metoda pro analýzu a výpočet spektra výstupního signálu s aproximací přenosových charakteristik pomocí Besselových funkcí. Vyznačuje se vysokou přesností, která se pohybuje od 0,1 do 0,2dB.
- Skupina numericko-analytických metod pro modelování vícecestných diagramů. Díky své novosti se nerozšířily, ale jejich životaschopnost byla potvrzena experimentálními studiemi.
- Použití řady parametrů a modelů parazitních a hlavních laloků polárních a spektrálních vzorů záření. To je široce používáno u satelitních komunikačních systémů, které poskytují oblastní služby.
Toto nejsou všechny metody měření intermodulačního zkreslení. Rádiová cesta může být charakterizována přítomností specifických vlastností, které je třeba vzít v úvahu jak při provádění práce, tak při řešení problému snížení vlivu.
Praktická řešení ochrany
Na tuto výzvu neexistuje jediná univerzální odpověď. Proto viz:
- Hardwarově-softwarový korektor přenosových charakteristik. Umožňuje zvýšit účinnost o 10-15% a zároveň snížit spotřebu energie o 15-20%. Kromě toho je šířka pásma systému zvýšena o 5 %.
- Algoritmy a programy teoretických výpočtů, umožňující řídit Ramanovo spektrum a falešné záření. Umožňují dosáhnout zvýšení účinnosti přenosových cest o stejných 10-15%, snížení spotřeby energie o 15-20%.
- Použití počítačové metody pro analýzu kombinačního spektra pomocí aproximace pomocí Besselových funkcí. Toto řešení umožňuje vypočítat teoretické ukazatele, kontrolovat a snižovatparazitní emise ve fungujících systémech.
A řada dalších. Něco konkrétního se vybírá v závislosti na tom, jaké cíle jsou sledovány, a také se zaměřuje na aktuální problémy.
Něco málo o praktické práci
Jak poslouchat intermodulační zkreslení, abyste na něj reagovali? Proč je vůbec měřit? Nutno podotknout, že to není tak snadný úkol, jak by se na první pohled mohlo zdát. Velikost hodnot intermodulačního zkreslení závisí na frekvenčním rozsahu signálu, jeho absolutní úrovni, složitosti, poměru mezi špičkovou a průměrnou hodnotou, na tvaru vlny, interakci mezi zmíněnými faktory a řadě dalších důvodů. Proto je obtížné měřit hodnoty. Jsou přece procesy, kdy některé frekvence ovlivňují generování jiných. A počet variací, čistě teoreticky, se může blížit nekonečnu.
Důležitou roli při posuzování hraje koeficient intermodulačního zkreslení. Je indikátorem probíhajícího harmonického zkreslení zesilovače. Faktor intermodulačního zkreslení se používá k zobrazení toho, jak velká část hlavního signálu je tvořena dalšími generacemi. Předpokládá se, že hodnota tohoto ukazatele nemůže překročit 1%. Čím menší je, tím větší věrnost zvuku se vyznačuje zdrojem. Špičkové zesilovače se mohou pochlubit poměry, které jsou setiny procenta nebo dokonce méně.
Nejen jednotlivé zdroje
Výskyt zkreslení není omezen na jednobod jejich vzniku. Při pokusu o zachycení signálů vznikají určité problémy. Takto se objevuje intermodulační zkreslení v přijímačích. To platí zejména pro různá rádiová zařízení. Koneckonců je pro něj velmi důležité snížit úroveň užitečného signálu a také zhoršení jeho poměru k šumu. Je třeba poznamenat, že silné rušení může dokonce rušit práci na sousedních signálech. V tomto případě mluví o přítomnosti přeslechů.
Tento jev nastává, když signál a rádiové rušení neodpovídají frekvencím hlavních a podobných kanálů. Jaká je povaha tohoto jevu? Přeslechy se projevují jako konkrétní výsledek interakce spektrálních složek modulovaného rušení a užitečného signálu na nelinearitách přijímače. Rozlišení se zhoršuje a v případě závažných problémů je normální příjem nemožný.
Pamatujte si důležité okamžiky
Intermodulační zkreslení má tendenci přecházet v modulovaný šum. Abychom pochopili podstatu jevu, stačí si představit situace, kdy si někdo chce doma poslechnout dobrý hudební systém a za oknem je člověk, který motorovou pilu plně ovládá zamýšleným účelem. Úroveň hluku bude záviset na spektrální hustotě a hlasitosti hudby.
I když je třeba poznamenat, že v tomto případě neexistuje žádný přímý vztah. V přítomnosti intermodulačního zkreslení se ztratí vhled a jasnost zvuku. Při nízké úrovni signálu dochází ke ztrátě detailů a také ke ztrátěcharakteristická lehkost. To je problematické zejména u dechových orchestrů a sborů. Pokud je člověk zvyklý je poslouchat naživo, pak při pokusu o poslech stejných skladeb z reproduktoru můžete být velmi zklamáni.
Je to proto, že když je vše smícháno a přehráváno přes dva reproduktory, zkreslení je velmi zřejmé. Zatímco pokud umístíte předměty do různých bodů v prostoru, počet problémů bude o řád menší.
Zajímavý výzkum
Rád bych zmínil výsledky výzkumu, které lze získat multifrekvenční metodou. Podstatou je, že systémem prochází současně několik signálů, které mají jiný tón. V tomto případě jsou frekvence vybírány na základě skutečnosti, aby bylo zajištěno maximální oddělení intermodulačních složek. To vám umožní přesněji porozumět problémové oblasti.
Multifrekvenční metoda umožnila zjistit, že v mnoha případech celková velikost zaznamenaného intermodulačního zkreslení čtyřnásobně převyšuje celkovou hodnotu faktoru nelineárního zkreslení. Z toho plyne jednoduchý závěr. To, co je totiž často považováno za harmonické zkreslení, se ve skutečnosti ve větší míře skládá z jevů intermodulační povahy. V tomto případě je velmi snadné vysvětlit, proč hodnota koeficientu nekoreluje dobře se skutečným zvukem, který je vnímán sluchem.
Závěr
To je v podstatě vše, co potřebujete vědět o intermodulačním zkreslení pro průměrného člověka. Nutno podotknout, že toto téma je velmi široké a pokrývá mnoho oblastí, dokonce i vesmír! Ale velké množství znalostí, se kterými se můžete seznámit, bude zajímat pouze specializované specialisty, kteří se zabývají seriózním výzkumem a výzkumem.
