Intermodulačné deformácie: koncepcia, vlastnosti merania a metódy redukcie

Neskúsená osoba pri výbere zosilňovačov, monitorov a podobných zariadení sa často riadi takými indikátormi, ako je výkon a amplitúdovo-frekvenčná odozva. Viac zdatných ľudí sa zaujíma o hodnotu koeficientu harmonických reprezentácií. A len tie najznámejšie zmienky o intermodulačných deformáciách. Hoci ich škodlivé účinky sú najrozšírenejšie medzi všetkými týmito. Okrem toho je veľmi ťažké ich zmerať a určiť.

Úvodné informácie

Spočiatku začnime s definíciou. Keď je signál vytvorený z dvoch frekvencií privádzaný na vstup zosilňovača, ktorý má nie príliš lineárnu charakteristiku, vedie to k generovaniu harmonických (podtextov). Okrem toho sa na tom podieľajú nielen tieto dva ukazovatele, ale aj ich matematický súčet a rozdiel. Ten sa nazýva intermodulačné skreslenie.

Malý príklad

Povedzme, že máme signál. Skladá sa z dvoch frekvencií - 1000 a 1100 Hz. To znamená, že výstup zosilňovača bude tiež generovať signály s frekvenciou 2100 Hz (1000+1100) a 100 Hz (1100-1000). A to sú iba harmonické deriváty prvého rádu!

Ďalší príklad. , berú 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 tretí-3000 Hz a 4500 Hz. Vo vzťahu k 1 000 Hz sú hodnoty v 2 000 Hz, 3 000 Hz a 4 500 Hz oktávové, duodecimálne a iné. Pri 1500 Hz je situácia trochu iná. Vo vzťahu k tomu je harmonická frekvencia v 2000 Hz, 3000 Hz a 4500 Hz kvartová, oktávová a duodecimálna.

Je potrebné poznamenať, že produkované podtóny oboch uvažovaných frekvencií korelujú s hlavnými tónmi. To však nie je prekvapujúce, vzhľadom na to, že všetky hudobné nástroje , pri použití vytvorte prirodzené harmonické.

Aké sú vlastnosti intermodulačného skreslenia?

Ich špecifickosť spočíva v tom, že sa generujú signály, ktorých frekvencie sú súčtom a rozdielom podtextov. Je potrebné poznamenať, že vyrobené kombinácie nie vždy korelujú s hodnotami hlavných ukazovateľov. Navyše pri komplexnom spektrálnom rozdelení výsledkov to nielenže nevedie k obohateniu harmonickej štruktúry (ako je to možné pri podtexte nižších rádov), ale tiež sa začína podobať obvyklému pridávaniu hluku.

Platí to najmä pri vytváraní alebo prehrávaní komplexného hudobného signálu. Meranie intermodulačných deformácií znamená pokus o určenie stupňa nelinearity systému. Napríklad v reproduktoroch sa podobné účinky vyskytujú v dôsledku rôznych hodnôt pružnosti pohyblivého difúzorového systému. Vzťahuje sa tiež na správanie magnetických polí za rôznych excitačných podmienok. Mimochodom, reproduktor je dobrým príkladom systému, ktorý má asymetrické správanie pri rôznych úrovniach hlasitosti.

V skutočnosti to vedie k vzniku nelineárnych javov na akustickom výstupe z neho. Keby bol reproduktor systémom so symetrickým správaním, potom by neexistovali možné predpoklady na to, aby došlo k intermodulačnému skresleniu. Z toho, mimochodom, sa ukazuje, že ak je na výstupe systému harmonická, potom musí vždy existovať určitá nelinearita.

Aký prechodný záver možno z toho vyvodiť?

Ak zhrnieme vyššie uvedené, treba poznamenať, že harmonické deformácie nepreukazujú vznik procesov vedúcich k nehudobnosti systémov. Priame porovnanie rôznych zariadení podľa tohto parametra môže navyše viesť k významným mylným predstavám o kvalite generovaných signálov.

Jedným veľmi názorným príkladom je intermodulačné skreslenie v zosilňovačoch. Tam mnohí veria, že elektrónky majú lepší zvuk ako tranzistorové. Aj keď tieto generujú rádovo menšie skreslenie.

O meraní a skreslení

Už teraz je zrejmé, že intermodulačné deformácie sú problémom-skutočným a zároveň skrytým. Ak existuje úloha na jej zníženie, musíte na to tvrdo pracovať a pracovať, keď ste predtým študovali. Dobré výsledky dosiahol ruský elektroakustický Alexander Voishvillo. Jeho diela sa odporúčajú na štúdium každému, kto chce rozšíriť svoje vlastné vedomosti v tejto oblasti. Najskôr je potrebné poznamenať, že deformácie sa prejavujú v závislosti od generovanej frekvencie.

Zároveň sa zaznamená prekročenie prahovej úrovne. Toto sa pozoruje v prípadoch, keď sa zaznamenávajú intermodulačné deformácie tretieho rádu, ako aj druhého. Pri akejkoľvek danej frekvencii možno harmonickú úroveň nájsť odpočítaním skreslenia od úrovne odozvy, ktorá sa pozoruje v axiálnom smere.

Aké metódy merania intermodulačných deformácií existujú?

Ako základ sa používajú teórie komunikácie a pravdepodobnosti, ako aj matematická štatistika. Dopĺňajú ich spektrálna analýza, metódy aproximácie nelineárnych charakteristík a počítačové modelovanie viaccestných diagramov. Ak hovoríme o konkrétnejších riešeniach, potom je to:

1. Počítačovo orientovaná metóda analýzy a výpočtu spektra výstupného signálu s aproximáciou prenosových charakteristík pomocou Besselových funkcií. Vyznačuje sa vysokou presnosťou, ktorá sa pohybuje od 0,1...0,2 dB.
2. Skupina numerických a analytických metód na modelovanie viaccestných diagramov. Vďaka svojej novosti sa nerozšírili, ale ich kapacita bola potvrdená experimentálnymi štúdiami.
3. Použitie radu parametrov a modelov parazitických a hlavných lalokov vzorov polárneho a spektrálneho žiarenia. Toto je široko používané pri práci so satelitnými komunikačnými systémami, pre ktoré sa poskytuje zónová služba.

Nie sú to všetky metódy merania intermodulačného skreslenia. Rádiová cesta môže byť charakterizovaná prítomnosťou špecifických vlastností, ktoré sa musia brať do úvahy pri vykonávaní práce aj pri riešení problému znižovania vplyvu.

Praktické riešenia ochrany

Na túto výzvu neexistuje jediná univerzálna odpoveď. Preto sa obracajú na:

1. Softvérový a hardvérový korektor prenosových charakteristík. Umožňuje vám zvýšiť účinnosť o 10-15% a zároveň znížiť spotrebu energie o 15-20 %. Okrem toho sa prenosová kapacita systému zvyšuje o 5 %.
2. Algoritmy a programy teoretického výpočtu, ktoré umožňujú riadiť Kombinované spektrum a parazitické žiarenie. Umožňujú dosiahnuť zvýšenie účinnosti prenosových ciest o rovnakých 10-15%, čím sa zníži spotreba energie o 15-20 %.
3. Použitie počítačovo orientovanej metódy na analýzu kombinačného spektra pomocou aproximácie Besselovými funkciami. Toto riešenie vám umožňuje vypočítať teoretické ukazovatele, riadiť a znižovať parazitické žiarenie vo funkčných systémoch.

Rovnako ako niekoľko ďalších. Vyberá sa niečo konkrétne v závislosti od toho, aké ciele sa sledujú, ako aj od zamerania sa na aktuálne problémy.

Trochu o praktickej práci

Ako počúvať intermodulačné skreslenia, aby ste na ne reagovali? Prečo ich vôbec merať? Treba poznamenať, že to nie je taká ľahká záležitosť, ako sa to môže zdať na prvý pohľad. Veľkosť hodnôt intermodulačného skreslenia závisí od frekvenčného rozsahu signálu, jeho absolútnej úrovne, zložitosti, pomeru medzi špičkovými a priemernými hodnotami, tvaru vlny, interakcie medzi uvedenými faktormi a mnohých ďalších dôvodov. Preto je ťažké merať hodnoty. Koniec koncov, existujú procesy, pri ktorých niektoré frekvencie ovplyvňujú generovanie iných. A počet variácií, čisto teoreticky, sa môže priblížiť k nekonečnu.

Dôležitú úlohu pri hodnotení zohráva koeficient intermodulačného skreslenia. Je to indikátor prebiehajúceho nelineárneho skreslenia zosilňovača. Koeficient intermodulačného skreslenia sa používa na zobrazenie toho, ktorá časť hlavného signálu je dodatočná generácia. Predpokladá sa, že hodnota tohto ukazovateľa nemôže presiahnuť 1 %. Čím je menší, tým vernejší je zvuk charakterizovaný zdrojom. Špičkové zosilňovače sa môžu pochváliť koeficientom, ktorý sa rovná stotinám percenta alebo dokonca menej.

Nielen jednotlivé zdroje

Výskyt deformácií nie je obmedzený na jeden bod ich vzniku. Určité problémy vznikajú aj pri pokuse o zachytenie signálov. Takto sa v prijímačoch objavujú intermodulačné skreslenia. To platí najmä pre rôzne rádiové zariadenia. Koniec koncov, je pre ňu veľmi dôležité znížiť úroveň užitočného signálu, ako aj zhoršiť jeho pomer so šumom. Je potrebné poznamenať, že silné rušenie môže dokonca interferovať s prácou na susedných signáloch. V tomto prípade hovoria o prítomnosti krížových deformácií.

Tento jav sa vyskytuje, keď sa signál a rádiové rušenie nezhodujú s frekvenciami hlavných a podobných kanálov. Aká je povaha tohto javu? Krížové skreslenie sa prejavuje ako konkrétny výsledok interakcie spektrálnych zložiek modulovaného rušenia a užitočného signálu na nelinearitách prijímača. Zároveň sa zhoršuje odlišnosť a pri významných problémoch sa normálny príjem stáva nemožným.

Majte na pamäti dôležité body

Intermodulačné skreslenie má tendenciu meniť sa na modulovaný šum. Aby sme pochopili podstatu tohto javu, stačí si predstaviť situáciu, keď niekto chce doma počúvať dobrý hudobný systém a za oknom je človek, ktorý plne ovláda motorovú pílu na určený účel. Hladina hluku bude závisieť od spektrálnej hustoty a hlasitosti hudby.

Aj keď je potrebné poznamenať, že v tomto prípade neexistuje priama závislosť. V prítomnosti intermodulačných deformácií sa stratí vhľad a čistota zvuku. Pri nízkej úrovne signálu , detail zmizne a stratí sa charakteristická ľahkosť. To je obzvlášť problematické pre dychové kapely a zbory. Ak je človek zvyknutý počúvať ich naživo, potom pri pokuse počuť rovnaké skladby cez reproduktor môžete byť veľmi sklamaní.

Je to spôsobené tým, že keď je všetko zmiešané a prehrávané cez dva akustické systémy, skreslenie je veľmi zrejmé. Zatiaľ čo ak umiestnite objekty do rôznych miest priestoru, počet problémov bude rádovo menší.

Zaujímavý výskum

Chcel by som spomenúť výsledky výskumu, ktoré je možné získať viacfrekvenčnou metódou. Existuje podstata v tom, že systémom prechádza niekoľko signálov súčasne, ktoré majú iný tón. Zároveň sa volia frekvencie, aby sa zabezpečilo maximálne oddelenie intermodulačných zložiek. To vám umožní presnejšie pochopiť problémovú oblasť.

Viacfrekvenčná metóda nám umožnila zistiť, že v mnohých prípadoch celkový počet zaznamenaných intermodulačných skreslení prekračuje celkovú hodnotu nelineárneho koeficientu skreslenia štyrikrát. Z toho sa vyvodzuje jednoduchý záver. Konkrétne to, čo sa často považuje za harmonické skreslenie, v skutočnosti vo väčšej miere pozostáva z javov intermodulačnej povahy. V tomto prípade je veľmi ľahké vysvetliť, prečo hodnota koeficientu nekoreluje dobre so skutočným zvukom, ktorý je vnímaný uchom.

Záver

To je v podstate všetko, čo obyčajný človek potrebuje vedieť o intermodulačných deformáciách. Je potrebné poznamenať, že táto téma je veľmi široká a pokrýva mnoho oblastí, dokonca aj priestor! Ale veľké množstvo vedomostí, s ktorými sa môžete zoznámiť, bude zaujímavé len pre špecializovaných odborníkov, ktorí sa zaoberajú serióznym výskumom a výskumom.