Вимірювання нелінійних спотворень на шумовому сигналі. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

 Коментарі до статті

У статті автор звертає увагу читачів на один практично не використовуваний метод виміру нелінійності підсилювачів. Результати об'єктивних вимірювань нелінійних спотворень УМЗЧ за цим методом дивовижно збігаються з результатами їх суб'єктивних оцінок при експертному прослуховуванні.

Відомі методи вимірювання нелінійних спотворень у трактах звукопередачі відрізняються великою різноманітністю [1, 2]. Широке поширення набув метод гармонік як найпростіший при експериментах та зручний для розрахунків. Менш поширені інші методи: різницевого тону, модульованого тону, взаємної модуляції (інтермодуляції). Вимірюють і перехідні інтермодуляційні спотворення.

Для перерахованих методів існують свої сфери застосування. При цьому кожен із них використовує спеціальні сигнали, що забезпечують найбільшу ефективність виявлення продуктів спотворень. Однак саме це і є причиною їхньої малої інформативності щодо інтегральної оцінки спотворень, що вносяться до звукового тракту, які значно впливають на суб'єктивну (експертну) оцінку якості передачі реальних звукових сигналів.

Помітність нелінійних спотворень реального сигналу пов'язана з тим, як часто, якщо розглядати процес у часі, або з якою ймовірністю, якщо застосувати до нього статистичну міру, його миттєві значення потрапляють в область істотної нелінійності тракту звукопередачі. Багатьом, напевно, доводилося спостерігати, як із зменшенні рівня сигналу в перевантаженому каналі зникає хрипкість звучання. Вона тим менша, чим рідше викиди сигналу потрапляють в область навантаження.

Типова характеристика функції передачі сигналу s тракті звукопередачі представлена ​​на рис. 1,а. Тут: sвх, sвих - вхідний та вихідний нормовані за потужністю сигнали; W(s) - густина ймовірності миттєвих значень сигналу sвх. Ділянка А відповідає щодо малої нелінійності, а ділянки Б – великий. Для зручності аналізу на рис. 1,б зображені графіки розподілу густини ймовірності W(s) миттєвих значень двох сигналів однакової потужності: білого (гаусівського) шуму (крива 2) і гармонійного (крива 1). Як випливає з рис. 1,а всі значення вхідного сигналу, обмежені функцією W(s) для синусоїди, припадають на ділянку характеристики передачі з меншою нелінійністю, в той час як для шумового сигналу 16 % часу його значення знаходяться на ділянках характеристики передачі з великою нелінійністю. Зрозуміло, що шумовий сигнал піддається значно більшим спотворенням, ніж синусоїдальний.

[3] наведено результати досліджень щільності ймовірності миттєвих значень сигналів натуральних звучань (мовленнєвих та музичних). Вони виявилися за своїм розподілом рівнів набагато ближчими до шумового сигналу, ніж до гармонійного. Отже, оцінка нелінійних спотворень, заснована на перерахованих вище методах, дає невірні уявлення про дійсні нелінійні спотворення реальних сигналів.

Значно більшу інформативність мають менш відомі методи вимірювань, що використовують шумові сигнали [1, 2, 4 - 9].

Один із методів [4] застосовується в кінематографії та телебаченні для вимірювання нелінійних спотворень фотографічної фонограми [5]. Структурна схема вимірювання та спектральні діаграми для цього методу наведені на рис.2.

Вимірювальний сигнал створюється генератором білого шуму ГБШ, обмежений за допомогою смугового фільтра ПФ смугою частот 3...12 кГц, який подається на вхід об'єкта вимірювань ОІ. Продукти нелінійних спотворень ПНІ (інтермодуляції) шумового сигналу вимірюють вольтметром V після ФНЧ із зважуванням у смузі частот 30 Гц... 1,2 кГц. Числовий показник нелінійності - це виражене в децибелах відношення середньоквадратичної напруги продуктів спотворень (UС) до напруги опорного сигналу (UВ), що виробляється вбудованим генератором у прилад з частотою 1 кГц:

КИШ = 20 lg (UС/UВ). (1)

Описаний метод вимірювань реалізований у приладі 7Е-67 та з успіхом застосовується на кіностудіях. На телебаченні подібним пристроєм вимірник ІНІФ.

Вимірювання спотворень проводяться і методом гармонік з використанням вимірювального сигналу у вигляді третьоктавної смуги шуму [5-9]. Структурна схема та спектральні діаграми наведені на рис. 3.

З рожевого шуму, що виробляється генератором ГРШ блоком смугових фільтрів БПФ для дослідження об'єкта вимірювань ОІ по черзі виділяють смуги, причому спад рівня 3 дБ на октаву зі зростанням частоти забезпечує постійну потужність вимірювального сигналу в будь-якій третьоктавної смузі. З продуктів спотворень напруги сигналу U1 до уваги приймаються лише розташовані в третьоктавних смугах його гармоніки U2, U3 із середніми частотами nf1, де n = 2, 3...,f1 - середня частота смуги вимірювального сигналу. Вимірювання проводять аналізатором спектру АС, підключеним до виходу об'єкта вимірів. Числовий показник коефіцієнта гармонік шумового сигналу визначається за такою формулою:

Слід враховувати, що достовірність вимірів у цьому методі значно залежить від обмеження смуги пропускання об'єкта вимірів.

Існують і інші, складніші методи вимірювань з використанням шумових сигналів. Широкому застосуванню таких сигналів при вимірюваннях в звуковій апаратурі, на думку автора, перешкоджає ряд факторів: дефіцитність та висока вартість обладнання для аналізу випадкових сигналів, необхідність перегляду стандартів (наприклад, вихідної потужності в підсилювачах), та й інерційність мислення багатьох інженерів, які звикли до синусоїдальних сигналів.

Для практичної оцінки ефективності використання шумових сигналів автором проведено порівняльні вимірювання нелінійних спотворень у кількох УМЗЧ за стандартною методикою (методом гармонік) та на шумовому сигналі з використанням приладу 7Е-67 при однакових величинах навантаження підсилювачів. Для випробувань були обрані різні за схемотехнікою та елементною базою УМЗЧ, призначені для озвучування великих приміщень (потужність 100 Вт і більше, у всіх моделях були індикатори навантаження). Крім того, були проведені і суб'єктивні оцінки якості (СІК) звуковідтворення за десятибальною шкалою.

Результати випробувань нелінійності підсилювачів наведено у таблиці. Підсилювачі потужності 1 – 4 – транзисторні з різною глибиною зворотного зв'язку (А), підсилювач 5 – ламповий. У таблиці наведено значення коефіцієнта гармонік КГ на частоті 1 кГц та коефіцієнта шумової інтермодуляції за приладом 7Е-67.

Високий рівень спотворень у транзисторних підсилювачах з глибокої загальної ООС при вимірюванні нелінійності шумовим сигналом обумовлений тим, що вимірювальний сигнал у вигляді шуму має високий пік-фактор і містить досить широкий спектр частот, що створюють ще більш широкий спектр спотворень, а значна різниця щодо КГ /КІШ для всіх підсилювачів - збільшенням інтермодуляційних спотворень при короткочасному перевантаженні. З таблиці випливає, що УМЗЧ з більшою глибиною ООС мають велике відношення КГ/КИШ, отримуючи відповідно і невисокі бали СОК.

У результаті випробувань можна зробити такі висновки:

1. Контроль нелінійних спотворень на шумовому сигналі має значно більшу інформативність, що дозволяє наблизитися до суб'єктивної оцінки якості звуковідтворення.

2. При проектуванні всіх ланок тракту звукопередачі слід прагнути як зниження коефіцієнта гармонік, а й коефіцієнта шумової інтермодуляції.

Описаний метод спочатку запропонований для вимірювання нелінійності фотографічної фонограми кінофільмів (при контролі якості технологічного процесу їх тиражування), тому стосовно вимірювань у високоякісних трактах звукопередачі, включаючи гучномовці, доцільно скоригувати смугу вимірювального сигналу.

Вимірювання шумової інтермодуляції УМЗЧ професійного призначення відрізняються у разі тим, що цю апаратуру часто використовують на граничної потужності, допускаючи короткочасне навантаження. У порівнянні з ламповими, у транзисторних підсилювачах при перевантаженні обмеження максимального струму часто більш виражене, що відповідає різкому зростанню нелінійних спотворень. В УМЗЧ, що використовуються в домашній обстановці, режим обмеження сигналу при правильно вибраній потужності практично не досягається, тому доцільно розглянути варіант застосування методики з обмеженням граничного шумового рівня сигналу. При цьому різниця між підсилювачами з різною елементною базою, ймовірно, суттєво зменшиться. Крім того, слід враховувати, що є ще ряд критичних параметрів - смуга частот, фазова та перехідна характеристики, рівень власних шумів.

література

1. Раковський В. В. Вимірювання в апаратурі запису звуку фільмів. - М: Мистецтво, 1962, с. 336 – 353.
2. Ішуткін Ю. М., Раковський В. В. Вимірювання в апаратурі запису та відтворення звуку кінофільмів. - М: Мистецтво, 1985, с.
3. Шитов А. В., Бєлкін Б. Г. Статистичні характеристики сигналів, що представляють натуральні звучання, та їх застосування при дослідженні електроакустичних систем. - Праці НІКФД, вип. 56, 1976 р.
4. Раковський В. В. Спосіб вимірювання нелінійних спотворень у фотографічній поперечній фонограмі. Авт. свід. № 136573 (1960 р.) – БІ, 1961, № 5.
5. РТМ 19-17-72. Кінофільми 35 та 16 мм. Технологічний регламент компенсаційного методу запису негативів, фотографічної обробки, друку позитивів та контролю якості фотографічних фонограм. - М.: НІКФД, 1972.
6. Пєнков Г. В'рху виміряне на нелінійні викривлення с'с випадковий стаціонарний сигнал. Вимірювані на нелінійні викривлення з тягну стрічку від нормального шуму. - Вісті на НДІКРА, т. 6. - Софія, 1966.
7. Журавльов В. М. Метод виміру нелінійних спотворень за допомогою смуг шуму. Канд. дис. ЛІКИ, 1967.
8. Бєлкін Б. Г., Борк А. А. Співвідношення між коефіцієнтами нелінійних спотворень, виміряних на шумових та синусоїдальних сигналах. - Техніка кіно та телебачення, 1968 № 7.
9. ГОСТ 16122-78. Гучномовці. Методи електроакустичних випробувань.

Автор: А.Сириця, м.Москва

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Зовнішність дитини можна відредагувати генетично 26.07.2018 У Великій Британії вчені дійшли висновку, що втручатися у ДНК людини як можна, а й потрібно. На їхню думку, таке втручання має лише піти на користь майбутньому малюкові. На цьому етапі з генами можна робити все, що завгодно, наукові досягнення дозволяють проводити такі процедури. В основному вони використовуються для видалення генів будь-яких спадкових захворювань для того, щоб дитина ніколи не дізналася, що таке рак, хвороба Альцгеймера та інші генетичні хвороби. Багато батьків також хочуть втрутитися в ДНК не тільки для того, щоб вилікувати дитину, а й зміни зовнішності майбутнього малюка. Наприклад, зможуть змінити колір очей і волосся або його зростання. На їхню думку, деякі поправки допоможуть дитині краще адаптуватися в суспільстві, якщо вона, приміром, не буде надто низькою, оскільки діти жорстокі. Або ж щоб колір волосся був мамин, а очі тата, а не навпаки. Наука може задовольнити різні химерні бажання людей, і вчені з Ради Наффілда з біоетики вирішили, що редагувати зовнішність дитини генетично - це нормально.

Інші цікаві новини:

▪ Система зберігання даних freeze-ray на оптичних дисках 300 ГБ

▪ Спілкування із собаками підвищує імунітет

▪ Розумне ліжко Ford

▪ Камера з мікролінзами імітує орлиний зір

▪ Робот для покращення врожаю чорниці

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Параметри радіодеталей. Добірка статей

▪ стаття Що наше життя? Гра! Крилатий вислів

▪ стаття Чому клісти гніздяться взимку? Детальна відповідь

▪ стаття Економіст підприємства торгівлі. Посадова інструкція

▪ стаття Налаштування антен та контурів за допомогою генератора перешкод. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Зарядна приставка для мультиметра Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024