När man väljer förstärkare, monitorer och liknande utrustning, vägleds en oerfaren person ofta av sådana indikatorer som effekt och frekvensrespons. Mer kunniga människor är intresserade av värdet av koefficienten för harmoniska presentationer. Och bara de mest kunniga nämner intermodulationsdistorsion. Även om deras skadliga effekt är störst bland alla listade. Dessutom är de mycket svåra att mäta och definiera.
Introduktion
Låt oss börja med en definition. När en signal bildad av två frekvenser appliceras på ingången på en förstärkare som inte har en mycket linjär respons, leder detta till generering av övertoner (övertoner). Dessutom deltar inte bara dessa två indikatorer i detta, utan också deras matematiska summa och skillnad. Den sista kallas intermodulationsdistorsion.
Litenexempel
Låt oss säga att vi har en signal. Den består av två frekvenser - 1000 och 1100 Hz. Detta innebär att signaler med en frekvens på 2100 Hz (1000 + 1100) och 100 Hz (1100-1000) även genereras vid förstärkarutgången. Och dessa är bara derivator av första ordningens övertoner!
Ännu ett exempel. Två frekvenser tas som skiljer sig med en femtedel. På något sätt 1000 Hz och 1500 Hz. I det här fallet kommer andra ordningens övertoner att vara 2000 Hz och 3000 Hz, och den tredje - 3000 Hz och 4500 Hz. I förhållande till 1000 Hz är värdena vid 2000 Hz, 3000 Hz och 4500 Hz oktav, duodecim och ingen. Med 1500 Hz är det lite annorlunda. I förhållande till det är övertonen av frekvenser vid 2000 Hz, 3000 Hz och 4500 Hz den fjärde, oktav och duodecim.
Det bör noteras att de producerade övertonerna för båda betraktade frekvenserna motsvarar grundtonerna. Detta är dock inte förvånande med tanke på att alla musikinstrument producerar naturliga övertoner när de används.
Vilka egenskaper har intermodulationsdistorsion?
Deras specificitet ligger i det faktum att signaler genereras, vars frekvenser är summan och skillnaden av övertoner. Det bör noteras att de producerade kombinationerna inte alltid korrelerar med värdena för huvudindikatorerna. Dessutom, med en komplex spektral fördelning av resultaten leder detta inte bara till en berikning av den harmoniska strukturen (som är möjligt med övertoner av låg ordning), utan börjar också attliknar det vanliga tillägget av brus.
Detta gäller särskilt när man skapar eller återger en komplex musikalisk signal. Mätning av intermodulationsdistorsion innebär ett försök att bestämma graden av olinjäritet hos systemet. Till exempel i högtalare uppstår liknande effekter på grund av olika elasticitetsvärden för det rörliga diffusorsystemet. Detta gäller även magnetfältens beteende under olika excitationsförhållanden. För övrigt är högtalaren ett bra exempel på ett system som uppvisar obalanserat beteende vid olika volymnivåer.
Detta leder faktiskt till uppkomsten av icke-linjära fenomen vid den akustiska utsignalen från den. Om högtalaren vore ett system med symmetriskt beteende, skulle det inte finnas några möjliga förutsättningar för att intermodulationsdistorsion skulle uppstå. Av detta visar det sig förresten att om det finns en överton vid systemets utgång så måste det alltid finnas en viss icke-linjäritet.
Vilken mellanliggande slutsats kan dras av detta?
I sammanfattning av ovanstående bör det noteras att harmonisk distorsion inte visar förekomsten av processer som leder till icke-musikaliska system. Dessutom kan en direkt jämförelse av olika enheter med denna parameter leda till betydande missuppfattningar om kvaliteten på de genererade signalerna.
Ett mycket talande exempel är intermodulationsdistorsion i förstärkare. Där menar många att tube har bättre ljud än transistor. Även om de senare genererar en storleksordning mindre distorsion.
Ommätning och distorsion
Det är redan klart att intermodulationsdistorsion är ett problem - verkligt och dold. Om uppgiften är att minska det, måste du för detta anstränga dig och arbeta efter att ha studerat det tidigare. Goda resultat uppnåddes av den ryske elektroakustikern Alexander Voishvillo. Hans verk rekommenderas för studier av alla som vill utöka sina egna kunskaper inom detta område. Först och främst bör det noteras att distorsioner uppstår beroende på den genererade frekvensen.
I det här fallet är överskridandet av tröskelnivån fast. Detta observeras i de fall då intermodulationsförvrängningar av tredje ordningen, såväl som andra, är fixerade. Vid varje given frekvens kan nivån av övertoner hittas genom att subtrahera distorsionen från nivån på responsen, som observeras i axiell riktning.
Vilka är metoderna för att mäta intermodulationsdistorsion?
Teorier om samband och sannolikhet, samt matematisk statistik, används som grund. De kompletteras med spektralanalys, metoder för att approximera olinjära egenskaper och datorsimulering av flervägsdiagram. Om vi pratar om mer specifika lösningar så är dessa:
- Datorbaserad metod för att analysera och beräkna utsignalens spektrum med approximation av överföringsegenskaper med hjälp av Bessel-funktioner. Den kännetecknas av hög noggrannhet, som sträcker sig från 0,1 till 0,2dB.
- Grupp av numeriskt-analytiska metoder för modellering av flervägsdiagram. På grund av deras nyhet har de inte blivit utbredda, men deras livskraft har bekräftats av experimentella studier.
- Användning av en rad parametrar och modeller av parasit- och huvudlober av polära och spektrala strålningsmönster. Detta används ofta med satellitkommunikationssystem som tillhandahåller områdesservice.
Dessa är inte alla metoder för att mäta intermodulationsdistorsion. Radiovägen kan kännetecknas av närvaron av specifika egenskaper som måste beaktas både när man utför arbete och när man löser problemet med att minska påverkan.
Praktiska skyddslösningar
Det finns inget universellt svar på denna utmaning. Se därför:
- Hårdvaru-programvarukorrigerare för överföringsegenskaper. Det låter dig öka effektiviteten med 10-15%, samtidigt som du minskar energiförbrukningen med 15-20%. Dessutom ökas systembandbredden med 5%.
- Algorithmer och program för teoretiska beräkningar, som gör det möjligt att kontrollera Raman-spektrumet och falsk strålning. De gör det möjligt att uppnå en ökning av överföringsvägarnas effektivitet med samma 10-15 %, vilket minskar energiförbrukningen med 15-20%.
- Användning av en datorbaserad metod för att analysera kombinationsspektrumet med hjälp av approximation av Bessel-funktioner. Denna lösning låter dig beräkna teoretiska indikatorer, kontrollera och minskaparasitiska utsläpp i fungerande system.
Och ett antal andra. Något specifikt väljs beroende på vilka mål som eftersträvas, samt fokus på aktuella problem.
Lite om praktiskt arbete
Hur lyssnar man på intermodulationsdistorsion för att reagera på den? Varför mäta dem överhuvudtaget? Det bör noteras att detta inte är en så lätt uppgift som det kan tyckas vid första anblicken. Storleken på intermodulationsdistorsionsvärden beror på signalens frekvensområde, dess absoluta nivå, komplexitet, förhållandet mellan topp- och medelvärde, på vågformen, interaktionen mellan de nämnda faktorerna och ett antal andra orsaker. Därför är det svårt att mäta värden. Det finns trots allt processer där vissa frekvenser påverkar genereringen av andra. Och antalet varianter, rent teoretiskt, kan närma sig oändligheten.
En viktig roll i bedömningen spelas av koefficienten för intermodulationsdistorsion. Det är en indikator på den pågående harmoniska distorsionen hos förstärkaren. Intermodulationsdistorsionsfaktorn används för att visa hur mycket av huvudsignalen som består av ytterligare generationer. Man tror att värdet på denna indikator inte kan överstiga 1%. Ju mindre det är, desto större trohet kännetecknas ljudet av källan. Avancerade förstärkare har förhållanden som är hundradelar av en procent eller ännu mindre.
Inte bara enskilda källor
Förekomsten av distorsion är inte begränsad till enpunkten för deras bildande. Vissa problem uppstår när man försöker fånga signaler. Det är så intermodulationsdistorsion uppträder i mottagare. Detta gäller särskilt för olika radioutrustningar. När allt kommer omkring är det mycket relevant för det att minska nivån på den användbara signalen, såväl som försämringen av dess förhållande med brus. Det bör noteras att kraftfulla störningar till och med kan störa arbetet på närliggande signaler. I det här fallet talar de om förekomsten av överhörning.
Det här fenomenet uppstår när signalen och radiostörningarna inte matchar frekvenserna för huvudkanalerna och liknande. Vad är karaktären av detta fenomen? Överhörning manifesterar sig som ett speciellt resultat av interaktionen mellan de spektrala komponenterna i den modulerade interferensen och den användbara signalen på mottagarens olinjäriteter. Skillnaden försämras och vid betydande problem blir normal mottagning omöjlig.
Kom ihåg viktiga ögonblick
Intermodulationsdistorsion tenderar att förvandlas till modulerat brus. För att förstå essensen av fenomenet räcker det med att föreställa sig situationer när någon vill lyssna på ett bra musiksystem hemma, och utanför fönstret finns en person som helt och fullt använder en motorsåg för sitt avsedda syfte. Ljudnivån beror på musikens spektrala täthet och ljudstyrka.
Även om det bör noteras att det inte finns något direkt samband i det här fallet. I närvaro av intermodulationsdistorsion kommer insikt och klarhet i ljudet att gå förlorad. Vid låga signalnivåer går detaljer förlorade och även förloradekarakteristisk lätthet. Detta är särskilt problematiskt för blåsorkestrar och körer. Om en person är van vid att lyssna på dem live, då kan du bli mycket besviken när du försöker höra samma låtar genom högtalaren.
Detta beror på att när allt mixas och spelas genom två högtalare blir distorsionen väldigt uppenbar. Om du placerar föremål på olika punkter i rymden, kommer antalet problem att vara en storleksordning mindre.
Intressant forskning
Jag skulle vilja nämna de forskningsresultat som kan erhållas med multifrekvensmetoden. Det finns en essens att flera signaler passerar genom systemet samtidigt, som har en annan ton. I detta fall väljs frekvenserna baserat på det faktum att för att säkerställa maximal separation av intermodulationskomponenterna. Detta gör att du kan förstå problemområdet mer exakt.
Multifrekvensmetoden gjorde det möjligt att ta reda på att den totala mängden inspelad intermodulationsdistorsion i många fall överstiger det totala värdet av den olinjära distorsionsfaktorn med fyra gånger. Av detta dras en enkel slutsats. Det som ofta anses vara harmonisk distorsion består nämligen i större utsträckning av fenomen av intermodulationskaraktär. I det här fallet är det mycket lätt att förklara varför värdet på koefficienten inte korrelerar bra med det verkliga ljudet, som uppfattas med gehör.
Slutsats
Det är i princip allt du behöver veta om intermodulationsdistorsion för den genomsnittliga personen. Det bör noteras att detta ämne är mycket brett och täcker många områden, även utrymme! Men den stora mängd kunskap som du kan bekanta dig med kommer endast att vara av intresse för specialiserade specialister som är engagerade i seriös forskning och forskning.
