Pri výbere zosilňovačov, monitorov a podobných zariadení sa neskúsený človek často riadi takými ukazovateľmi, ako je výkon a frekvenčná odozva. Znalejších ľudí zaujíma hodnota koeficientu harmonických prednesov. A len tí najznalejší spomínajú intermodulačné skreslenie. Hoci ich škodlivý účinok je najväčší spomedzi všetkých uvedených. Navyše sa veľmi ťažko merajú a definujú.
Úvod
Na úvod začnime s definíciou. Keď je signál vytvorený z dvoch frekvencií privedený na vstup zosilňovača, ktorý nemá veľmi lineárnu odozvu, vedie to ku generovaniu harmonických (podtónov). Navyše sa na tom podieľajú nielen tieto dva ukazovatele, ale aj ich matematický súčet a rozdiel. Toto posledné sa nazýva intermodulačné skreslenie.
Malépríklad
Povedzme, že máme signál. Skladá sa z dvoch frekvencií – 1000 a 1100 Hz. To znamená, že na výstupe zosilňovača budú generované aj signály s frekvenciou 2100 Hz (1000 + 1100) a 100 Hz (1100-1000). A to sú len deriváty harmonických prvého rádu!
Ešte jeden príklad. Zoberú sa dve frekvencie, ktoré sa líšia o pätinu. Nejako 1000 Hz a 1500 Hz. V tomto prípade budú harmonické druhého rádu 2000 Hz a 3000 Hz a tretie - 3000 Hz a 4500 Hz. Vo vzťahu k 1000 Hz sú hodnoty pri 2000 Hz, 3000 Hz a 4500 Hz oktáva, duodecim a žiadna. S frekvenciou 1500 Hz sú veci trochu iné. Vo vzťahu k nej je harmonická frekvencia pri 2000 Hz, 3000 Hz a 4500 Hz štvrtá, oktáva a duodecim.
Treba poznamenať, že produkované podtóny oboch uvažovaných frekvencií zodpovedajú základným tónom. To však nie je prekvapujúce vzhľadom na to, že všetky hudobné nástroje vytvárajú pri použití prirodzené harmonické tóny.
Aké sú vlastnosti intermodulačného skreslenia?
Ich špecifikum spočíva v tom, že vznikajú signály, ktorých frekvencie sú súčtom a rozdielom podtónov. Je potrebné poznamenať, že vytvorené kombinácie nie vždy korelujú s hodnotami hlavných ukazovateľov. Navyše pri komplexnom spektrálnom rozložení výsledkov to nielenže nevedie k obohateniu harmonickej štruktúry (ako je to možné pri podtónoch nízkeho rádu), ale začína sapripomínajú obvyklé pridávanie hluku.
To platí najmä pri vytváraní alebo reprodukcii zložitého hudobného signálu. Meranie intermodulačného skreslenia znamená pokus o určenie stupňa nelinearity systému. Napríklad v reproduktoroch vznikajú podobné efekty v dôsledku rôznych hodnôt pružnosti systému pohyblivého difúzora. To platí aj pre správanie sa magnetických polí za rôznych podmienok budenia. Mimochodom, reproduktor je dobrým príkladom systému, ktorý vykazuje nevyvážené správanie pri rôznych úrovniach hlasitosti.
V skutočnosti to vedie k výskytu nelineárnych javov na akustickom výstupe z neho. Ak by bol reproduktor systémom so symetrickým správaním, potom by neexistovali žiadne možné predpoklady pre vznik intermodulačného skreslenia. Z toho, mimochodom, vyplýva, že ak je na výstupe systému harmonická, potom musí vždy existovať určitá nelinearita.
Aký prechodný záver z toho možno vyvodiť?
Zhrnutím vyššie uvedeného je potrebné poznamenať, že harmonické skreslenie nepreukazuje výskyt procesov vedúcich k nehudobným systémom. Navyše priame porovnanie rôznych zariadení podľa tohto parametra môže viesť k významným mylným predstavám o kvalite generovaných signálov.
Veľmi výrečným príkladom je intermodulačné skreslenie v zosilňovačoch. Tam mnohí veria, že lampové majú lepší zvuk ako tranzistorové. Hoci tieto generujú rádovo menšie skreslenie.
Omeranie a skreslenie
Už je jasné, že intermodulačné skreslenie je problém – skutočný a skrytý. Ak je úlohou ho znížiť, musíte sa na to namáhať a pracovať, keď ste to predtým študovali. Dobré výsledky dosiahol ruský elektroakustik Alexander Voishvillo. Jeho diela odporúčajú na štúdium každému, kto si chce v tejto oblasti rozšíriť vlastné vedomosti. V prvom rade treba poznamenať, že skreslenia sa objavujú v závislosti od generovanej frekvencie.
V tomto prípade je prekročenie prahovej úrovne pevne dané. Toto sa pozoruje v prípadoch, keď sú pevné intermodulačné skreslenia tretieho aj druhého rádu. Pri akejkoľvek danej frekvencii možno úroveň harmonických nájsť odčítaním skreslenia od úrovne odozvy, ktorá sa pozoruje v axiálnom smere.
Aké sú metódy merania intermodulačného skreslenia?
Ako základ sa používajú teórie súvislostí a pravdepodobnosti, ako aj matematické štatistiky. Sú doplnené o spektrálnu analýzu, metódy na aproximáciu nelineárnych charakteristík a počítačovú simuláciu viaccestných diagramov. Ak hovoríme o špecifickejších riešeniach, potom sú tieto:
- Počítačová metóda na analýzu a výpočet spektra výstupného signálu s aproximáciou prenosových charakteristík pomocou Besselových funkcií. Vyznačuje sa vysokou presnosťou, ktorá sa pohybuje od 0,1 do 0,2dB.
- Skupina numericko-analytických metód na modelovanie viaccestných diagramov. Vďaka svojej novosti sa nerozšírili, ale ich životaschopnosť bola potvrdená experimentálnymi štúdiami.
- Pomocou radu parametrov a modelov parazitných a hlavných lalokov polárnych a spektrálnych vzorov žiarenia. Toto je široko používané so satelitnými komunikačnými systémami, ktoré poskytujú plošnú službu.
Toto nie sú všetky metódy na meranie intermodulačného skreslenia. Rádiová cesta môže byť charakterizovaná prítomnosťou špecifických vlastností, ktoré je potrebné vziať do úvahy pri vykonávaní práce aj pri riešení problému zníženia vplyvu.
Praktické riešenia ochrany
Na túto výzvu neexistuje jediná univerzálna odpoveď. Preto si pozrite:
- Hardvérovo-softvérový korektor prenosových charakteristík. Umožňuje zvýšiť účinnosť o 10-15% a zároveň znížiť spotrebu energie o 15-20%. Okrem toho sa systémová šírka pásma zvýšila o 5 %.
- Algoritmy a programy teoretických výpočtov umožňujúce kontrolovať Ramanovo spektrum a falošné žiarenie. Umožňujú dosiahnuť zvýšenie účinnosti prenosových ciest o rovnakých 10-15%, čím sa znižuje spotreba energie o 15-20%.
- Používanie počítačovej metódy na analýzu kombinovaného spektra pomocou aproximácie pomocou Besselových funkcií. Toto riešenie umožňuje vypočítať teoretické ukazovatele, kontrolovať a znižovaťparazitné emisie vo fungujúcich systémoch.
A množstvo ďalších. Vyberá sa niečo konkrétne v závislosti od toho, aké ciele sa sledujú, ako aj od zamerania sa na aktuálne problémy.
Niečo o praktickej práci
Ako počúvať intermodulačné skreslenie, aby ste naň reagovali? Prečo ich vôbec merať? Treba si uvedomiť, že to nie je taká ľahká úloha, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. Veľkosť hodnôt intermodulačného skreslenia závisí od frekvenčného rozsahu signálu, jeho absolútnej úrovne, zložitosti, pomeru medzi špičkovou a priemernou hodnotou, od tvaru vlny, interakcie medzi uvedenými faktormi a mnohých ďalších dôvodov. Preto je ťažké merať hodnoty. Sú totiž procesy, kde niektoré frekvencie ovplyvňujú tvorbu iných. A počet variácií, čisto teoreticky, sa môže priblížiť k nekonečnu.
Dôležitú úlohu pri hodnotení zohráva koeficient intermodulačného skreslenia. Je indikátorom prebiehajúceho harmonického skreslenia zosilňovača. Faktor intermodulačného skreslenia sa používa na zobrazenie toho, koľko hlavného signálu tvoria ďalšie generácie. Predpokladá sa, že hodnota tohto ukazovateľa nemôže prekročiť 1%. Čím je menší, tým väčšiu vernosť zvuku charakterizuje zdroj. Špičkové zosilňovače sa môžu pochváliť pomermi, ktoré sú stotiny percenta alebo ešte menej.
Nielen jednotlivé zdroje
Výskyt skreslenia nie je obmedzený na jednobod ich formovania. Určité problémy vznikajú pri pokuse zachytiť signály. Takto sa objavuje intermodulačné skreslenie v prijímačoch. To platí najmä pre rôzne rádiové zariadenia. Koniec koncov, je veľmi dôležité, aby sa znížila úroveň užitočného signálu, ako aj zhoršenie jeho pomeru k šumu. Treba poznamenať, že silné rušenie môže dokonca rušiť prácu na susedných signáloch. V tomto prípade hovoria o prítomnosti presluchov.
Tento jav sa vyskytuje, keď sa signál a rádiové rušenie nezhodujú s frekvenciami hlavných a podobných kanálov. Aká je povaha tohto javu? Presluchy sa prejavujú ako konkrétny výsledok interakcie spektrálnych zložiek modulovaného rušenia a užitočného signálu na nelinearitach prijímača. Rozlišovanie sa zhoršuje a v prípade závažných problémov je normálny príjem nemožný.
Pamätajte si dôležité momenty
Intermodulačné skreslenie má tendenciu prechádzať do modulovaného šumu. Aby sme pochopili podstatu tohto javu, stačí si predstaviť situácie, keď chce niekto doma počúvať dobrý hudobný systém a za oknom je človek, ktorý naplno ovláda motorovú pílu na zamýšľaný účel. Úroveň hluku bude závisieť od spektrálnej hustoty a hlasitosti hudby.
Hoci treba poznamenať, že v tomto prípade nejde o žiadny priamy vzťah. V prítomnosti intermodulačného skreslenia sa stratí prehľad a čistota zvuku. Pri nízkej úrovni signálu sa detaily strácajú a tiež strácajúcharakteristická ľahkosť. Problematické je to najmä pre dychovky a zbory. Ak je človek zvyknutý počúvať ich naživo, potom pri pokuse o počúvanie tých istých skladieb cez reproduktor môžete byť veľmi sklamaní.
Je to preto, že keď je všetko zmiešané a prehrávané cez dva reproduktory, skreslenie je veľmi zreteľné. Zatiaľ čo ak umiestnite predmety do rôznych bodov v priestore, počet problémov bude rádovo menší.
Zaujímavý výskum
Rád by som spomenul výsledky výskumu, ktoré je možné získať multifrekvenčnou metódou. Podstatou je, že systémom prechádza niekoľko signálov súčasne, ktoré majú odlišný tón. V tomto prípade sa frekvencie vyberajú na základe skutočnosti, aby sa zabezpečilo maximálne oddelenie intermodulačných zložiek. To vám umožní presnejšie pochopiť problémovú oblasť.
Multifrekvenčná metóda umožnila zistiť, že v mnohých prípadoch celková veľkosť zaznamenaného intermodulačného skreslenia štvornásobne prevyšuje celkovú hodnotu faktora nelineárneho skreslenia. Z toho vyplýva jednoduchý záver. To, čo sa často považuje za harmonické skreslenie, v skutočnosti vo väčšej miere pozostáva z javov intermodulačnej povahy. V tomto prípade je veľmi jednoduché vysvetliť, prečo hodnota koeficientu nekoreluje dobre so skutočným zvukom, ktorý je vnímaný sluchom.
Záver
To je v podstate všetko, čo potrebujete vedieť o intermodulačnom skreslení pre priemerného človeka. Treba si uvedomiť, že táto téma je veľmi široká a pokrýva mnoho oblastí, dokonca aj vesmír! Ale veľké množstvo vedomostí, s ktorými sa môžete zoznámiť, bude zaujímať iba špecializovaných odborníkov, ktorí sa venujú serióznemu výskumu a výskumu.
