Недосвідчена людина при виборі підсилювачів, моніторів та подібної техніки часто керується такими показниками, як потужність і амплітудно-частотна характеристика. Більш підковані люди цікавляться значенням коефіцієнта гармонійних викладів. І тільки найбільш обізнані згадують інтермодуляційні спотворення. Хоча їх згубний вплив найбільш масштабне серед усіх перерахованих. До того ж, вони дуже важко вимірюються і визначаються.
Вступна інформація
Спочатку давайте почнемо з визначення. Коли сигнал, що формується з двох частот, подається на вхід підсилювача, який володіє не дуже лінійною характеристикою, то це веде до генерування гармонік (обертонів). Причому в цьому беруть участь не тільки два цих показника, але і їх математична сума і різниця. Ось останнє і називають интермодуляционными спотвореннями.
Невеликий приклад
Припустимо, що у нас є сигнал. Він складається з двох частот – 1000 і 1100 Гц. Це означає, що на виході підсилювача будуть генеруватися також сигнали з частотою 2100 Гц (1000+1100) і 100 Гц (1100-1000). І це лише похідні гармоніки першого порядку!
Ще один приклад. Беруться дві частоти, що відрізняються на квінту. Як-то 1000 Гц і 1500 Гц. В даному випадку гармоніки другого порядку будуть становити 2000 Гц і 3000 Гц, а третього – 3000 Гц і 4500 Гц. Щодо 1000 Гц, значення в 2000 Гц, 3000 Гц і 4500 Гц є октавою, дуодецимой і нону. З 1500 Гц справа йде трохи інакше. По відношенню до нього гармоніка частот у 2000 Гц, 3000 Гц і 4500 Гц є квартою, октавою і дуодецимой.
Слід зазначити, що вироблені обертони обох розглянутих частот співвідносяться з основними тонами. Втім, це не дивно, враховуючи, що всі музичні інструменти при використанні створюють природні гармоніки.
Які особливості мають інтермодуляційні спотворення?
Їх специфіка полягає в тому, що здійснюється генерування сигналів, частоти яких є сумою і різницею обертонів. Слід зазначити, що вироблені комбінації не завжди співвідносяться зі значеннями основних показників. Більш того, при складному спектральному розподілі результатів це не тільки не призводить до збагачення гармонійної структури (як це можливо з обертонами нижчих порядків), але і починає нагадувати звичайне додавання шуму.
Це особливо актуально при створенні або відтворення комплексного музичного сигналу. Вимірювання інтермодуляціонних спотворень увазі під собою спробу визначити ступінь нелінійності системи. Наприклад, у гучномовцях подібні ефекти виникають завдяки різним значенням пружності рухомої системи дифузора. Також відноситься і до поведінки магнітних полів в різних умовах збудження. До речі, гучномовець – це хороший приклад системи, у якій спостерігається несимметрическое поведінка на різних рівнях гучності.
Власне, це і призводить до виникнення нелінійних явищ на акустичному виході з нього. Якби гучномовець була б системою з симетричним поведінкою, то у неї були б відсутні можливі передумови для того, щоб виникали інтермодуляційні спотворення. З цього, до речі, виходить, що якщо на виході системи є гармоніка, то завжди повинна бути визначена нелінійність.
Який проміжний висновок з цього можна зробити?
Підводячи підсумок вищесказаного, слід зазначити, що гармонійні спотворення не демонструють виникнення процесів, що ведуть до не музикальності систем. Більш того, пряме порівняння різних пристроїв з цього параметру може ввести в суттєві помилки щодо якості генерованих сигналів.
Один дуже показовий приклад – це інтермодуляційні спотворення в підсилювачах. Там, багато вважають, що лампові володіють кращим звуком ніж транзисторні. Хоча другі генерують на порядок менше спотворень.
Про вимір і спотворенні
Вже зрозуміло, що інтермодуляційні спотворення є проблемою – реальної і при цьому прихованою. Якщо ж стоїть завдання її зменшення, то для цього доводиться напружитися і попрацювати, попередньо вивчивши. Хороших результатів домігся російська электроакустик Олександр Войшвилло. Його роботи рекомендовані для вивчення всім, хто хоче розширити власні знання в цій області. В першу чергу слід зазначити, що спотворення виявляються залежно від генерується частоти.
При цьому фіксується перевищення порогового рівня. Це спостерігається в тих випадках, коли фіксуються інтермодуляційні спотворення третього порядку, так само як і другого. На будь-якій окремо взятій частоті рівень гармоніки можна знайти завдяки вирахуванню спотворення від рівня відгуку, який спостерігається в осьовій спрямованості.
Які методи вимірювання інтермодуляціонних спотворень існують?
В якості основи використовуються теорії зв’язку і ймовірностей, а також математична статистика. Їх доповнює спектральний аналіз, методи апроксимації нелінійних характеристик та комп’ютерне моделювання багатопроменевих діаграм. Якщо ж говорити про більш конкретних рішеннях, то це:
Це не всі методики вимірювань інтермодуляціонних спотворень. Радіотракт може характеризуватися наявністю специфічних особливостей, які необхідно враховувати при веденні роботи, так і при рішенні задачі зниження впливу.
Практичні рішення щодо захисту
Єдиного універсального відповіді на цей виклик не існує. Тому, спрямовуються на:
А також ряд інших. Щось конкретне підбирається в залежності від того, які цілі переслідуються, а також орієнтуючись на актуальні проблеми.
Трохи про практичній роботі
Як прослухати інтермодуляційні спотворення, щоб зреагувати на них? Навіщо їх взагалі вимірювати? Слід зазначити, що це не така вже й легка справа, як може здатися на перший погляд. Величина значень інтермодуляціонних спотворень залежить від частотного діапазону сигналу, його абсолютного рівня, складності, співвідношення між піковим і усередненим значенням, від форми хвилі, взаємодії між згаданими факторами і ще від ряду причин. Тому, виміряти значення складно. Адже йдуть процеси, де одні частоти впливають на генерацію інших. І кількість варіацій, суто теоретично, може наближатися до нескінченності.
Важливу роль в оцінці грає коефіцієнт інтермодуляціонних спотворень. Він є показником йдуть нелінійних спотворень підсилювача. Використовується коефіцієнт інтермодуляціонних спотворень для відображення того, яку частину від основного сигналу становлять додаткові генерації. Вважається, що значення цього показника не може перевищувати 1 %. Чим він менше, тим більшою вірністю звучання характеризується джерело. Підсилювачі високого класу можуть похвалитися коефіцієнтом, який дорівнює сотим часткам відсотка або навіть ще менше.
Не тільки єдиними джерелами
Виникнення спотворень не обмежується однією точкою їх формувань. Певні проблеми виникають і при спробі вловити сигнали. Так з’являються інтермодуляційні спотворення в приймачах. Особливо це достовірно для різної радіоапаратури. Адже для неї дуже актуальним є зменшення рівня корисного сигналу, а також погіршення його співвідношення з шумом. Слід зазначити, що потужні перешкоди можуть навіть заважати працювати на сусідніх сигналах. У такому випадку говорять про наявність перехресних спотворень.
Це явище виникає в тих випадках, коли сигнал і радіоперешкоди не збігаються з частотами основного і подібних каналів. Яка природа цього явища? Перехресні спотворення виявляються як приватний результат взаємодії спектральних складових модульованої перешкоди і корисного сигналу на нелинейностях приймача. Розрізнення при цьому погіршується, а при значних проблемах нормальний прийом стає неможливим.
Пам’ятаємо про важливі моменти
Інтермодуляційні спотворення схильні до перетворення в модульований шум. Щоб зрозуміти суть явища досить уявити ситуації, коли вдома хтось хоче послухати хорошу музичну систему, а за вікном знаходиться людина, у всю орудующий бензопилою за своїм прямим призначенням. Рівень шуму буде залежати від спектральної щільності і гучності музики.
Хоча слід зазначити, що прямої залежності в даному випадку немає. При наявності інтермодуляціонних спотворень буде губитися проникливість і чистота звучання. На низьких рівнях сигналу пропадає деталювання, а також втрачається характерна легкість. Особливо проблематично це для духових оркестрів і хорів. Якщо людина звикла слухати їх вживу, то при спробі почути ті ж самі композиції через гучномовець можна залишитися сильно розчарованим.
Це пов’язано з тим, що, коли все перемішано і відтворюється через дві акустичні системи, спотворення стають очевидними. Тоді як якщо розмістити об’єкти в різних точках простору, то кількість проблем буде на порядок менше.
Цікаві дослідження
Хочеться згадати про результати досліджень, які можна отримати мультичастотним методом. Є суть в тому, що через систему пропускають одночасно кілька сигналів, які у різний тон. При цьому вибираються частоти виходять з того, щоб забезпечити максимальне розділення інтермодуляціонних складових. Це дозволяє більш точно зрозуміти проблемну область.
Мультичастотний метод дозволив дізнатися, що у багатьох випадках загальна кількість записуваних інтермодуляціонних спотворень перевищує сумарне значення коефіцієнта нелінійних спотворень в чотири рази. З цього робиться простий висновок. А саме те, що часто вважається гармонійними спотвореннями, насправді більшою мірою складається з явищ интермодуляционной природи. В такому разі дуже легко пояснити, чому ж значення коефіцієнта погано співвідноситься з реальним звучанням, яке сприймається на слух.
Висновок
Ось загалом і все, що необхідно знати про інтермодуляційні спотворення звичайній людині. Слід зазначити, що дана тема є дуже широкою і охоплює багато сфер, навіть космос! Але той великий обсяг знань, з якими можна познайомитися, буде цікавий хіба що для профільних фахівців, які займаються серйозними дослідженнями і дослідженнями.
