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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Misurazione delle distorsioni non lineari su un segnale di rumore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Nell'articolo, l'autore attira l'attenzione dei lettori su un metodo praticamente inutilizzato per misurare la non linearità degli amplificatori. I risultati delle misurazioni oggettive delle distorsioni non lineari dell'UMZCH utilizzando questo metodo coincidono sorprendentemente con i risultati delle loro valutazioni soggettive durante l'ascolto da parte di esperti. I metodi noti per misurare le distorsioni non lineari nei percorsi di trasmissione del suono sono molto diversi [1, 2]. Il metodo armonico si è diffuso come il metodo più semplice per gli esperimenti e conveniente per i calcoli. Altri metodi meno comuni sono il tono differenziale, il tono modulato, l'intermodulazione (intermodulazione). Viene misurata anche la distorsione di intermodulazione transitoria. I metodi sopra elencati hanno i propri ambiti di applicazione. Inoltre, ciascuno di essi utilizza segnali speciali che forniscono la massima efficienza nel rilevamento dei prodotti di distorsione. Tuttavia, questo è proprio il motivo del loro scarso contenuto informativo relativo alla valutazione integrale delle distorsioni introdotte nel percorso audio e che influenzano in modo significativo la valutazione soggettiva (esperta) della qualità della trasmissione dei segnali sonori reali. La percettibilità delle distorsioni non lineari di un segnale reale è legata a quanto spesso, se consideriamo il processo nel tempo, o con quale probabilità, se applichiamo ad esso una misura statistica, i suoi valori istantanei cadono nella regione di significativa non linearità di il percorso di trasmissione del suono. Molte persone probabilmente hanno osservato come, quando il livello del segnale in un canale sovraccarico viene ridotto, la raucedine del suono scompare. Meno spesso i picchi di segnale cadono nell'area di sovraccarico, più piccola è questa. Una caratteristica tipica delle funzioni di trasmissione del segnale nel percorso di trasmissione del suono è mostrata in Fig. 1, a. Qui: sin, sout - segnali di ingresso e uscita normalizzati dalla potenza; W(s) - densità di probabilità dei valori del segnale istantaneo sin. La sezione A corrisponde ad una non linearità relativamente piccola e le sezioni B corrispondono ad una non linearità grande. Per comodità di analisi, in Fig. La Figura 1b mostra i grafici della distribuzione di densità di probabilità W(s) dei valori istantanei di due segnali della stessa potenza: rumore bianco (gaussiano) (curva 2) e armonico (curva 1). Come segue dalla Fig. 1a, tutti i valori del segnale di ingresso limitato dalla funzione W(s) per una sinusoide cadono nella sezione della caratteristica di trasmissione con minore nonlinearità, mentre per un segnale di rumore il 16% delle volte i suoi valori sono in sezioni della caratteristica di trasmissione con elevata non linearità. È chiaro che il segnale rumore è soggetto ad una distorsione molto maggiore rispetto a quello sinusoidale.
In [3] vengono presentati i risultati degli studi sulla densità di probabilità dei valori istantanei dei segnali sonori naturali (parlato e musica). In termini di distribuzione del livello, si sono rivelati molto più vicini ad un segnale di rumore che ad uno armonico. Di conseguenza, la stima delle distorsioni non lineari basata sui metodi sopra elencati fornisce rappresentazioni errate delle effettive distorsioni non lineari dei segnali reali. I metodi di misurazione meno conosciuti che utilizzano segnali di rumore hanno un contenuto informativo significativamente maggiore [1, 2, 4 - 9]. Uno dei metodi [4] è utilizzato in cinematografia e televisione per misurare le distorsioni non lineari di una colonna sonora fotografica [5]. Il diagramma a blocchi di misurazione e i diagrammi spettrali per questo metodo sono mostrati in Fig. 2.
Il segnale di misura viene creato da un generatore di rumore bianco GBSH, limitato mediante un filtro passa banda PF ad una banda di frequenza di 3...12 kHz, che viene alimentato all'ingresso dell'oggetto di misura OM. I prodotti della distorsione non lineare PNI (intermodulazione) del segnale di rumore vengono misurati con un voltmetro V dopo il filtro passa-basso con ponderazione nella banda di frequenza 30 Hz... 1,2 kHz. L'indicatore numerico di nonlinearità è il rapporto, espresso in decibel, tra la tensione quadratica media dei prodotti di distorsione (UC) e la tensione del segnale di riferimento (UV) generato dal generatore integrato nel dispositivo con una frequenza di 1kHz: KISH \u20d 1 lg (UС / UВ). (uno) Il metodo di misurazione descritto è implementato nel dispositivo 7E-67 e viene utilizzato con successo negli studi cinematografici. In televisione, un dispositivo simile è il misuratore INIF. Le misurazioni della distorsione vengono effettuate anche utilizzando il metodo armonico utilizzando un segnale di misurazione sotto forma di una banda di rumore di un terzo di ottava [5-9]. Lo schema a blocchi e i diagrammi spettrali sono mostrati in Fig. 3.
Dal rumore rosa generato dal generatore GRS da un blocco di filtri passa-banda FFT, vengono selezionate alternativamente le bande per studiare l'oggetto di misura della ROI, e una diminuzione del livello di 3 dB per ottava all'aumentare della frequenza garantisce una potenza costante del segnale di misurazione in qualsiasi banda di un terzo di ottava. Dei prodotti di distorsione di tensione del segnale U1, vengono prese in considerazione solo le sue armoniche U2, U3 situate in bande di terzo d'ottava con frequenze medie nf1, dove n = 2, 3...,f1 è la frequenza media del segnale di misurazione gruppo musicale. Le misurazioni vengono effettuate con un analizzatore di spettro degli altoparlanti collegato all'uscita dell'oggetto da misurare. L'indicatore numerico del coefficiente di distorsione armonica del segnale di rumore è determinato dalla formula:
Va tenuto presente che l'affidabilità delle misurazioni con questo metodo dipende in modo significativo dalla limitazione della larghezza di banda dell'oggetto di misurazione. Esistono altri metodi di misurazione più complessi che utilizzano segnali di rumore. L'uso diffuso di tali segnali nelle misurazioni nelle apparecchiature audio, secondo l'autore, è ostacolato da una serie di fattori: la scarsità e l'alto costo delle apparecchiature per l'analisi dei segnali casuali, la necessità di rivedere gli standard (ad esempio, la potenza di uscita negli amplificatori ), e l'inerzia di pensiero di molti ingegneri abituati ai segnali sinusoidali. Per una valutazione pratica dell'efficacia dell'uso dei segnali di rumore, l'autore ha effettuato misurazioni comparative delle distorsioni non lineari in diversi UMZCH utilizzando una tecnica standard (il metodo armonico) e su un segnale di rumore utilizzando un dispositivo 7E-67 agli stessi valori di sovraccarico dell'amplificatore . Per i test, sono stati selezionati UMZCH con design circuitale e base di elementi diversi, destinati a sondare ambienti di grandi dimensioni (potenza 100 W o più, tutti i modelli avevano indicatori di sovraccarico). Inoltre, sono state effettuate valutazioni soggettive della qualità (SQA) della riproduzione del suono su una scala di dieci punti. I risultati dei test di non linearità dell'amplificatore sono riportati nella tabella. Gli amplificatori di potenza 1 - 4 sono transistor con diverse profondità di feedback (A), l'amplificatore 5 è valvolare. La tabella mostra i valori del coefficiente di distorsione armonica alla frequenza di 1 kHz e il coefficiente di intermodulazione del rumore per il dispositivo 7E-67.
L'alto livello di distorsione negli amplificatori a transistor con retroazione complessiva profonda quando si misura la non linearità con un segnale di rumore è dovuto al fatto che il segnale di misura sotto forma di rumore ha un fattore di cresta elevato e contiene una gamma abbastanza ampia di frequenze, creando un effetto uniforme una gamma più ampia di prodotti di distorsione e una differenza significativa in termini di CG/KISH per tutti gli amplificatori: un aumento della distorsione di intermodulazione durante il sovraccarico a breve termine. Dalla tabella risulta che gli UMZCH con una maggiore profondità di OOS hanno anche un rapporto più elevato di CG/ISH, ricevendo, di conseguenza, punteggi SOC bassi. A seguito delle prove si possono trarre le seguenti conclusioni: 1. Il monitoraggio delle distorsioni non lineari su un segnale di rumore è molto più informativo e consente di avvicinarsi ad una valutazione soggettiva della qualità della riproduzione del suono. 2. Quando si progettano tutte le parti del percorso di trasmissione del suono, si dovrebbe cercare di ridurre non solo il coefficiente armonico, ma anche il coefficiente di intermodulazione del rumore. Il metodo descritto è stato originariamente proposto per misurare la non linearità del fonogramma fotografico delle pellicole (durante il monitoraggio della qualità del processo tecnologico della loro replica), pertanto, in relazione alle misurazioni in percorsi di trasmissione del suono di alta qualità, compresi gli altoparlanti, è consigliabile per regolare la larghezza di banda del segnale di misurazione. Le misurazioni dell'intermodulazione del rumore dell'UMZCH per scopi professionali differiscono in questo caso in quanto questa apparecchiatura viene spesso utilizzata alla massima potenza, consentendo un sovraccarico a breve termine. Rispetto agli amplificatori a valvole, negli amplificatori a transistor, in caso di sovraccarico, la limitazione di corrente massima è spesso più pronunciata, il che corrisponde ad un forte aumento della distorsione non lineare. Negli UMZCH utilizzati in un ambiente domestico, la modalità di limitazione del segnale con la potenza correttamente selezionata non viene praticamente raggiunta, quindi è consigliabile considerare l'opzione di utilizzare una tecnica che limiti il livello massimo del segnale di rumore. In questo caso, è probabile che la differenza tra amplificatori con basi di elementi diverse diminuisca in modo significativo. Inoltre, va tenuto presente che esistono una serie di parametri critici: banda di frequenza, caratteristiche di fase e transitorie, livello di rumore... Letteratura
Autore: A. Syritso, Mosca
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