При избора на усилватели, монитори и подобно оборудване, неопитен човек често се ръководи от такива показатели като мощност и честотна характеристика. По-съобразените хора се интересуват от стойността на коефициента на хармонично представяне. И само най-знаещите споменават интермодулационното изкривяване. Въпреки че вредният им ефект е най-голям сред всички изброени. Освен това те са много трудни за измерване и дефиниране.
Въведение
Първоначално нека започнем с определение. Когато сигнал, образуван от две честоти, се приложи към входа на усилвател, който няма много линеен отговор, това води до генериране на хармоници (обертони). Освен това в това участват не само тези два индикатора, но и тяхната математическа сума и разлика. Това последното се нарича интермодулационно изкривяване.
Малъкпример
Да кажем, че имаме сигнал. Състои се от две честоти - 1000 и 1100 Hz. Това означава, че на изхода на усилвателя също ще се генерират сигнали с честота 2100 Hz (1000 + 1100) и 100 Hz (1100-1000). И това са само производни на хармоници от първи ред!
Още един пример. Вземат се две честоти, които се различават с една пета. Някак си 1000 Hz и 1500 Hz. В този случай хармониците от втори ред ще бъдат 2000 Hz и 3000 Hz, а третият - 3000 Hz и 4500 Hz. В сравнение с 1000 Hz, стойностите при 2000 Hz, 3000 Hz и 4500 Hz са октава, дуодецим и никакви. При 1500 Hz нещата са малко по-различни. Във връзка с него, хармониката на честотите при 2000 Hz, 3000 Hz и 4500 Hz е четвърта, октава и дуодецим.
Трябва да се отбележи, че произведените обертони на двете разглеждани честоти съответстват на основните тонове. Това обаче не е изненадващо, като се има предвид, че всички музикални инструменти произвеждат естествени хармоници, когато се използват.
Какви са характеристиките на интермодулационното изкривяване?
Техната специфика се крие във факта, че се генерират сигнали, чиито честоти са сумата и разликата от обертонове. Трябва да се отбележи, че произведените комбинации не винаги корелират със стойностите на основните показатели. Освен това, при сложно спектрално разпределение на резултатите, това не само не води до обогатяване на хармоничната структура (както е възможно при обертонове от нисък порядък), но и започва даприличат на обичайното добавяне на шум.
Това е особено вярно при създаване или възпроизвеждане на сложен музикален сигнал. Измерването на интермодулационните изкривявания предполага опит да се определи степента на нелинейност на системата. Например, в високоговорителите подобни ефекти възникват поради различни стойности на еластичност на подвижната дифузьорна система. Това важи и за поведението на магнитните полета при различни условия на възбуждане. Между другото, високоговорителят е добър пример за система, която показва небалансирано поведение при различни нива на силата на звука.
Всъщност това води до появата на нелинейни явления на акустичния изход от него. Ако високоговорителят беше система със симетрично поведение, тогава нямаше да има възможни предпоставки за възникване на интермодулационно изкривяване. От това, между другото, се оказва, че ако има хармоник на изхода на системата, тогава винаги трябва да има известна нелинейност.
Какво междинно заключение може да се направи от това?
Обобщавайки горното, трябва да се отбележи, че хармоничното изкривяване не демонстрира възникването на процеси, водещи до немузикални системи. Освен това, директното сравнение на различни устройства по този параметър може да доведе до значителни погрешни схващания относно качеството на генерираните сигнали.
Един много показателен пример е интермодулационното изкривяване в усилвателите. Там мнозина смятат, че ламповите имат по-добър звук от транзисторните. Въпреки че последните генерират порядък по-малко изкривявания.
Относноизмерване и изкривяване
Вече е ясно, че интермодулационното изкривяване е проблем - реален и скрит. Ако задачата е да го намалите, тогава за това трябва да се напрягате и да работите, като преди това сте го проучили. Добри резултати постигна руският електроакустик Александър Воишвило. Неговите творби се препоръчват за изучаване от всеки, който иска да разшири собствените си познания в тази област. Преди всичко трябва да се отбележи, че се появяват изкривявания в зависимост от генерираната честота.
В този случай превишаването на праговото ниво е фиксирано. Това се наблюдава в случаите, когато са фиксирани интермодулационни изкривявания от третия ред, както и от втория. При всяка дадена честота нивото на хармониците може да се намери чрез изваждане на изкривяването от нивото на отговора, което се наблюдава в аксиална посока.
Какви са методите за измерване на интермодулационно изкривяване?
Теориите за връзката и вероятността, както и математическата статистика, се използват като основа. Те са допълнени от спектрален анализ, методи за апроксимиране на нелинейни характеристики и компютърна симулация на многопътни диаграми. Ако говорим за по-конкретни решения, то това са:
- Компютърно-базиран метод за анализиране и изчисляване на спектъра на изходния сигнал с апроксимацията на трансферните характеристики, използвайки функциите на Bessel. Характеризира се с висока точност, която варира от 0,1 до 0,2dB.
- Група числено-аналитични методи за моделиране на многопътни диаграми. Поради своята новост те не са получили широко разпространение, но тяхната жизнеспособност е потвърдена от експериментални изследвания.
- Използване на масив от параметри и модели на паразитни и главни лобове на полярните и спектрални модели на излъчване. Това се използва широко със сателитни комуникационни системи, които осигуряват местно обслужване.
Това не са всички методи за измерване на интермодулационни изкривявания. Радиопътят може да се характеризира с наличието на специфични характеристики, които трябва да се вземат предвид както при извършване на работа, така и при решаване на проблема за намаляване на влиянието.
Практически решения за защита
Няма единен универсален отговор на това предизвикателство. Затова вижте:
- Хардуерно-софтуерен коректор на трансферни характеристики. Тя ви позволява да увеличите ефективността с 10-15%, като същевременно намалите консумацията на енергия с 15-20%. В допълнение, честотната лента на системата се увеличава с 5%.
- Алгоритми и програми за теоретично изчисление, позволяващи контролиране на рамановия спектър и фалшивото излъчване. Те позволяват да се постигне повишаване на ефективността на предавателните пътища със същите 10-15%, като се намалява консумацията на енергия с 15-20%.
- Използване на компютърно базиран метод за анализиране на комбинирания спектър с помощта на апроксимация от функциите на Bessel. Това решение ви позволява да изчислявате теоретични показатели, да контролирате и намаляватепаразитни емисии във функциониращи системи.
И редица други. Избира се нещо конкретно в зависимост от това какви цели се преследват, както и фокусирането върху текущите проблеми.
Малко за практическата работа
Как да слушаме интермодулационно изкривяване, за да реагираме на него? Защо изобщо да ги измерваме? Трябва да се отбележи, че това не е толкова лесна задача, колкото може да изглежда на пръв поглед. Големината на стойностите на интермодулационните изкривявания зависи от честотния диапазон на сигнала, неговото абсолютно ниво, сложност, съотношението между пиковата и средната стойност, от формата на вълната, взаимодействието между споменатите фактори и редица други причини. Поради това е трудно да се измерят стойностите. В крайна сметка има процеси, при които едни честоти влияят върху генерирането на други. А броят на вариациите, чисто теоретично, може да се приближи до безкрайност.
Важна роля в оценката играе коефициентът на интермодулационно изкривяване. Това е индикатор за продължаващото хармонично изкривяване на усилвателя. Коефициентът на интермодулационно изкривяване се използва, за да покаже каква част от основния сигнал се състои от допълнителни поколения. Смята се, че стойността на този показател не може да надвишава 1%. Колкото по-малък е, толкова по-голяма е точността на звука от източника. Усилвателите от висок клас могат да се похвалят с коефициенти, които са стотни от процента или дори по-малко.
Не само единични източници
Възникването на изкривяване не е ограничено до едноточката на тяхното формиране. При опит за улавяне на сигнали възникват определени проблеми. Ето как се появява интермодулационно изкривяване в приемниците. Това важи особено за различно радио оборудване. В крайна сметка за него е много уместно да намали нивото на полезния сигнал, както и влошаването на съотношението му с шум. Трябва да се отбележи, че мощните смущения могат дори да попречат на работата по съседни сигнали. В този случай те говорят за наличието на кръстосани смущения.
Това явление възниква, когато сигналът и радиосмущенията не съвпадат с честотите на главния и подобни канали. Каква е природата на това явление? Кръстосаните смущения се проявяват като особен резултат от взаимодействието на спектралните компоненти на модулираната интерференция и полезния сигнал върху нелинейностите на приемника. Разграничаването се влошава и в случай на значителни проблеми нормалното приемане става невъзможно.
Запомнете важни моменти
Интермодулационното изкривяване има тенденция да се превърне в модулиран шум. За да разберете същността на явлението, достатъчно е да си представите ситуации, когато някой иска да слуша добра музикална система у дома, а извън прозореца има човек, който напълно използва верижен трион по предназначение. Нивото на шума ще зависи от спектралната плътност и силата на звука на музиката.
Въпреки че трябва да се отбележи, че в този случай няма пряка връзка. При наличие на интермодулационно изкривяване, прозрението и яснотата на звука ще бъдат загубени. При ниски нива на сигнала детайлите се губят и също се губятхарактерна лекота. Това е особено проблематично за духовите оркестри и хорове. Ако човек е свикнал да ги слуша на живо, тогава когато се опитвате да чуете едни и същи песни през високоговорителя, можете да бъдете много разочаровани.
Това е така, защото когато всичко е смесено и възпроизвеждано през два високоговорителя, изкривяването става много очевидно. Докато ако поставите обекти в различни точки в пространството, тогава броят на проблемите ще бъде с порядък по-малък.
Интересно изследване
Бих искал да спомена резултатите от изследванията, които могат да бъдат получени чрез многочестотния метод. Същността е, че през системата се предават едновременно няколко сигнала, които имат различен тон. В този случай честотите се избират въз основа на факта, че да се осигури максимално разделяне на интермодулационните компоненти. Това ви позволява по-точно да разберете проблемната област.
Многочестотният метод позволи да се установи, че в много случаи общият размер на записаните интермодулационни изкривявания надвишава общата стойност на коефициента на нелинейно изкривяване четири пъти. От това се прави едно просто заключение. А именно, това, което често се счита за хармонично изкривяване, всъщност в по-голяма степен се състои от явления от интермодулационен характер. В този случай е много лесно да се обясни защо стойността на коефициента не корелира добре с реалния звук, който се възприема от ухото.
Заключение
Това е основно всичко, което трябва да знаете за интермодулационните изкривявания за обикновения човек. Трябва да се отбележи, че тази тема е много обширна и обхваща много области, дори пространство! Но голямото количество знания, с което можете да се запознаете, ще представлява интерес само за специализирани специалисти, които се занимават със сериозни изследвания и изследвания.
