Коэффициент нелинейных искажений усилителя: Сигналы с коэффициентом нелинейных искажений 1% и 10% — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

«Что такое коэффициент нелинейных искажений в звуковой аппаратуре? На что он влияет? » — Яндекс Кью

Нелинейные искажения в ламповых усилителях

Выбирая усилитель для прослушивания музыки, пожалуй, каждый потребитель смотрит на его характеристики, представленные в паспорте производителем. Из всех видов искажений, которыми страдают усилители, как правило, производителем выносится в характеристики лишь «коэффициент нелинейных искажений». Под ним подразумевается общий коэффициент нелинейных искажений во всем звуковом диапазоне (поскольку на отдельных частотах это значение будет различным).

Нелинейные искажения, или гармоники, возникают в усилителях низкой частоты благодаря нелинейным характеристикам компонентов, входящих в их состав. То есть зависимость сигнала на выходе некоторого канала, усиленного с использованием нелинейных элементов, по отношению к сигналу на входе нелинейна. Нелинейными элементами являются лампы, транзисторы, трансформаторы, дроссели, конденсаторы (в первую очередь, электролитические).

Следует заметить, что наиболее нелинейны лампы. На самом деле лампа имеет достаточно линейный участок, на котором она может работать, но выход за его пределы чреват искажениями. Работать, не выходя из этого участка, легко могут предусилительные ламповые каскады, а вот для выходных каскадов это проблемно.

Кроме того, серьезную нелинейность могут вносить звуковые трансформаторы, особенно при недостаточной площади сечения сердечника (это бывает, если производитель на трансформаторе сэкономил).

Цепи, содержащие нелинейные элементы, на выходе имеют кроме сигнала, идентичного входящему в той или иной степени, и частоты, которые исходный сигнал не содержит. Их и называют гармониками. Частоты этих дополнительных осцилляций будут в два, три и более раз выше, чем первичный сигнал. Таким образом, гармоники и именуют по их номеру (порядку).

Понятно, что явление это нежелательное. Для борьбы с гармониками при разработке усилительных трактов применяют различные меры, о чем еще скажем несколько ниже. А пока давайте разберем критерий уровня допустимых нелинейных искажений для естестенности восприятия звука ухом человека. Понятно, что в целом чем меньше, тем лучше, но здесь тоже не все так просто, и сложность эта вызвана неодинаковой восприимчивостью уха к гармоникам различного порядка. А этот фактор, как правило, и не учитывается.

Однако именно уровни гармоник в среднестатистическом ламповом и транзисторном усилителях стали яблоком раздора между объективистами (инженерами) и субъективистами (музыкантами и аудиофилами).

Тот факт, что сегодня наблюдается ренесанс ламповых усилителей, очевиден. Однако насколько он обоснован? Давайте рассмотрим позиции обеих сторон.

Инженеры: Ламповые усилители имеют по определению больше гармоник, это можно измерить. Поэтому они не могут звучать лучше усилителей, в которых уровень этих гармоник меньше.
Аудиофилы: Если при прослушивании можно идентифицировать звук лампового усилителя как более естественный, значит это так и есть.

Самое интересное в том, что правы обе стороны! Как всегда и той, и другой стороне не хватило желания «капнуть» чуть глубже. А мы как раз и попытаемся это сделать. Для этого нам необходимо будет обратиться к дипломной работе Даниэля Х. Чивера 1989 года. Работа называется «Новая методика тестирования усилителей мощности звуковой частоты, основанная на психоакустических данных и лучше коррелирующая с качеством звука».

Даже из названия работы понятно, что автор видит суть проблемы в особенностях восприятия звука человеком. Мы уже говорили в своих публикациях по форматам цифровой звукозаписи о феномене психоакустики, но сегодня данная тема будет рассмотрена еще и под другим углом. Х. Чивер в своей работе описывает свойства слухового аппарата человека, как имеющего собственные гармоники.

Причем гармоники первых порядков в нем достаточно существенны и, как правило, больше тех же гармоник даже не самого лучшего лампового усилителя. Гармоник же высоких порядков наше ухо практически не имеет, что позволяет на слух (понятно, что при определенной тренировке) определять эти гармоники даже на низком уровне. В частности, для гармоник порядка 6-й и выше, чувствительность человеческого уха достигает 0,0001-0,00001%.

Получается, что гармоники, создаваемые источником (а мы сегодня говорим как об источниках об усилителях, вынося акустику за скобки), человеческое ухо принципиально может воспринимать, если это гармоники высоких порядков. Гармоники же низких порядков наш слуховой аппарат не воспринимает, так как сам в этом диапазоне не идеален (при определенной громкости его гармоника 2-порядка может достигать 10%). Все это хорошо видно на иллюстрации, ниже.

Теперь обратимся к особенностям распределения гармоник у разных типов усилителей. Здесь принципиально то, что именно у ламповых усилителей (особенно не охваченных общей отрицательной обратной связью) преобладают гармоники низкого порядка, По сути, накладывая на них закономерность, приводимую Х. Чивером, мы видим, что они попадают в ту область, где у нашего органа слуха собственные гармоники больше, чем гармоники усилителя. Таким образом они как бы маскируются. На этом и основана данная психоакустическая модель.

Спектр гармони слухового аппарата и гармониками типичных лампового и транзисторного усилителей
Напротив, для твердотельных усилителей звука в настоящее время стала стандартом схема их построения с большим количеством каскадов, дающих избыточное усиление, с последующим охватом всего усилителя общей отрицательной обратной связью с целью минимизации общего коэффициента гармоник.
Это приводит, с одной стороны, к низким значениям нелинейных искажений в паспорте (что, конечно, правда), а с другой, к наличию во всем спектре большого количества гармоник высоких порядков. Они, конечно, имеют низкие значения, но мы-то уже знаем, что ухо способно на высоких порядках услышать 0,0001-0,00001%.
Собственно, это и слышат тренированные уши тех, кто слушает музыку регулярно и вслушивается нее, а не включает в качестве фона. При этом инженеры правы на 100% — общий уровень гармоник твердотельных усилителей меньше. И это можно измерить!
Есть еще один фактор, говорящий не в пользу многокаскадных твердотельников, охваченных общей отрицательной обратной связью: это более высокий уровень фазовых искажений в них. Но это уже отдельная тема. Об этих и других видах искажений обычно не говорят, а поэтому назрела необходимость разобраться и с ними. Но уже в следующих публикациях.
Рекомендуем к прочтению:
5 Важные характеристики, которые следует учитывать при выборе усилителя
Теперь, когда в усилители встроено так много функций, покупка может показаться пугающей, но действительно ли они улучшают звук?
Мы в Cambridge Audio не занимаемся ненужными усложнениями. Мы сосредотачиваем наши усилия и бюджет только на спецификациях, которые реально влияют на звук, который вы слышите. При выборе усилителя обратите внимание на следующие характеристики:

1. Выходная мощность:
Выходная мощность примерно соответствует тому, насколько громко вы можете воспроизводить музыку. Чем больше колонки или комната, тем большей мощности вы хотите (к большому разочарованию ваших соседей и соседей по дому!) Однако вам, вероятно, не нужно столько энергии, сколько вы ожидаете. Как правило, 10 Вт — это довольно громко для обычного прослушивания, а 100 Вт достаточно, чтобы снести крышу на большинстве вечеринок!
Совет. Обязательно обратите внимание на чувствительность динамика, так как она оказывает большое влияние.

2. THD+N:
Общее гармоническое искажение + шум (THD + N) является мерой того, насколько сильно усилитель влияет на выходной звук. Большее искажение обычно означает большую окраску звука. Чем ниже этот показатель, тем ближе звук на выходе усилителя будет звучать к оригинальной записи. Конечно, динамики будут оказывать наибольшее влияние на звук, поэтому выбирайте такие, которые хорошо соответствуют вашим предпочтениям в плане прослушивания.
Подсказка: Чем меньше число, тем лучше.

3. SNR (отношение сигнал/шум):
Если вы стоите в тихой комнате, в сельской местности, вдали от шума и суеты, вы можете услышать шум, который вы никогда раньше не замечали. Например, гудение радиатора или автомобилей, едущих по близлежащей дороге. Ничто из этого не очевидно, когда дети дома с включенным телевизором, но этот фоновый шум все еще присутствует. Усилитель тот же, всегда есть очень небольшое количество шума от электронов, свистящих внутри. Цель состоит в том, чтобы сделать этот фоновый шум незаметным, это означает, что вы слышите больше музыки и меньше шума. Мерой этого является отношение сигнал/шум.
Подсказка: Чем больше число, тем лучше!

4. Перекрестные помехи:
Левый — левый, правый — правый, а перекрестные помехи — это мера того, насколько нежелательный левый сигнал смешивается с правым выходным сигналом. Все усилители, представляющие собой один блок, делают все возможное, чтобы быть отдельными блоками, по одному на канал, разделяя сигналы на части, чтобы гарантировать, что когда он достигает динамиков, вы можете сказать, что певец стоит немного левее сцены, а скрипки справа. . Чем больше перекрестных помех, тем сложнее определить положение инструментов, поскольку это влияет на разделение стереозвука.
Совет. При перекрестных помехах чем больше число после знака минус (т. е. -60 дБ не так хорошо, как -100 дБ), тем больше стереофоническое разделение.
5. Входы/соединения:
Вы можете подключить все, что хотите? Вы захотите убедиться, что у вас достаточно входов для всего, что вы подключаете! Помните о различных типах соединений, таких как 3,5 мм для iPod, фонокорректор для проигрывателей и USB для ноутбуков и домашних кинотеатров. Все они имеют свои преимущества, и когда есть несколько вариантов, выберите тот, который обеспечивает наилучшее качество звука.
Подсказка. Мы разделяем фонокорректоры в наших продуктах Azur и гарантируем наилучшие характеристики, поскольку сигналы от проигрывателя очень слабые и на них можно легко повлиять.

Итак, у вас есть 5 важных характеристик, которые следует учитывать, когда вы собираетесь купить новый усилитель для своего бренда! Есть ли другие характеристики, которые мы пропустили? Не забудьте сообщить нам об этом в комментариях ниже.
Что такое искажение звука и THD и почему это важно?
Искажение звука — это термин, с которым знакомо большинство людей, во многом благодаря Джими Хендриксу, Эдди Ван Халену и всем, кто пытался подражать им, включив свои усилители на 11. Но что такое искажение, что его вызывает и почему это враг аудиофилов?
Люди обычно могут распознать слышимое искажение, хотя оно проявляется по-разному. Искажение варьируется от тонкой, едва заметной окраски до слабого «пуха» до неприятного жужжания на определенных нотах или частотах — оно может быть настолько сильным, что звучит так, как будто что-то действительно сломано. Чаще всего искажения появляются, когда мы увеличиваем громкость, и на это есть причины.
Как вы определяете искажение?
Вращение ручки громкости может привести к появлению искажений.
Во-первых, давайте определим, что мы понимаем под искажениями в общих чертах: со входа.
Если в систему воспроизводится одна частота (тестовый тон), а выходной сигнал состоит из нескольких частот, нелинейный искажения.
Если есть какой-либо выходной сигнал, который не масштабируется с приложенным уровнем входного сигнала, это шум, и мы рассматриваем его отдельно от искажения.
Аудиосигналы искажаются почти так же, как искажается изображение, когда оно проходит через грязный или сломанный объектив, или когда изображение становится насыщенным или «засветленным». Искажение может возникать в нескольких точках цепочки аудиосигнала как при записи, так и при воспроизведении.
Что вызывает искажение?
alvaro ortiz Слишком малая мощность усилителя — это плохо.
Сигнал искажается, когда выход аудиоустройства не отслеживает вход с идеальной точностью. Чисто электронные компоненты нашей сигнальной цепи (усилители, ЦАП), как правило, гораздо более точны, чем электроакустические компоненты, известные как преобразователи. Преобразователи преобразуют электрические сигналы в механические движения для создания звука, как громкоговоритель, или , наоборот, , как микрофон. Подвижные части и магнитные элементы преобразователей обычно становятся очень жесткими.0092 нелинейный вне узкого рабочего диапазона. Однако, если вы заставите электронику усилить сигнал сверх их возможностей, все может быстро начать звучать плохо.
Искажение творчески используется в производстве музыки, но это отдельная тема. Здесь мы сосредоточимся на искажении при воспроизведении звука, также известном как путь воспроизведения, что означает, как вы слушаете через динамики или наушники. Для точного воспроизведения звука, что на самом деле является основной целью продуктов HiFi, все искажения считаются плохими, и производители оборудования стремятся устранить их как можно больше.
Как количественно определяется искажение?
Sam Moqadam Искажение, создаваемое источником звука, является важным элементом определенных музыкальных жанров, но мы оставим это на другой день!
Наш входной сигнал — это аудиофрагмент, который мы хотим воспроизвести, также известный как «программный материал» — по крайней мере, если бы мы субъективно описывали любые искажения, которые могут присутствовать. Однако в SoundGuys мы стараемся избегать субъективных описаний, когда существуют хорошие объективные показатели. Мы собираемся сделать объективные измерения!
Когда мы хотим охарактеризовать аудиосистемы, мы используем тестовые тоны (синусоиды) или синусоидальные развертки. Это простые аудиосигналы, состоящие из синусоидальных волн на определенных частотах. Сами по себе тестовые сигналы не звучат музыкально, но на самом деле являются основными строительными блоками всех сложных музыкальных сигналов и позволяют нам создавать точные, воспроизводимые и стандартизированные тесты. С помощью тестовых тонов мы можем более эффективно наблюдать и описывать характер любого искажения сигнала, создаваемого нашим устройством во время теста.
Что такое линейное искажение?
Частотную характеристику часто можно рассматривать как фильтр, который может усиливать или ослаблять входной сигнал.
Строго говоря, любое устройство, не имеющее идеально ровной АЧХ, производит линейных искажения. Этот тип искажения сигнала не позволяет точно воспроизвести исходный спектральный состав сигнала. Идеальная частотная характеристика обычно представляет собой плоскую линию, не имеющую линейных искажений. Имейте в виду, однако, что идеальный ответ может не быть плоской линией, в зависимости от предполагаемого применения устройства.
Также возможно изменить форму звуковой волны без изменения частотного содержания вообще, искажая относительную синхронизацию прихода различных частот (это происходит, например, в кроссоверах пассивных громкоговорителей). Вы можете использовать прямоугольные волны, чтобы проверить это, так как изменения их формы выявляют ошибки синхронизации, а просмотр формы волны быстро выявляет проблемы. Графики зависимости фазы от частоты также могут выявить это временное искажение. Идеальные устройства, которые не вносят фазовых или временных ошибок, называются 9.0092 линейная фаза.
Что такое нелинейные искажения?
Как нелинейная передаточная функция изменяет форму входного синусоидального сигнала, что приводит к нелинейным искажениям.
Идеальная синусоида состоит только из одной частоты, хотя реальные устройства создают нелинейности, которые добавляют гармоники и немного или сильно искажают сигнал. Нелинейности присущи устройствам, у которых характеристика ввода-вывода не является прямой линией (например, на рисунке выше). Гармоническое искажение — это добавление новых тонов к звуковому сигналу. Эти продукты искажения возникают на частотах, кратных частоте исходного сигнала, и гармонически связаны с исходным тоном. Когда сигнал представляет собой одиночную синусоидальную волну (тон) с частотой f1, гармонические тона имеют частоту f2, f3 и т. д., кратные исходному тону.
Например, основной сигнал частотой 1 кГц, подвергшийся нелинейному искажению, будет производить энергию на частоте 2 кГц (вторая гармоника), 3 кГц (третья гармоника), 4 кГц (четвертая гармоника) и так далее.
Что такое THD?
Общее гармоническое искажение (THD) представляет собой сумму всех гармоник, измеренных на выходе продукта. Измерение THD суммирует все продукты искажения путем сложения дополнительной гармонической энергии в одно значение, выраженное либо в процентах (которые мы обычно показываем в логарифмической шкале), либо в виде значения дБ, представляющего долю энергии. по сравнению с основным или полезным сигналом. Отношение THD будет представлять собой процентное значение менее 100% или отрицательное значение в децибелах. Например, 1% THD эквивалентен -42 дБ, 89% THD составляет -1 дБ. При выполнении этих измерений анализатор должен иметь значительно более низкий THD, чем тестируемое устройство.
Вот видео, которое позволяет вам услышать эффект увеличения THD, применяемого к музыке и тестовым сигналам.
THD — наиболее распространенная метрика искажения, с которой вы столкнетесь. На самом деле, термины THD и искажение часто используются взаимозаменяемо, хотя это упрощение, поскольку существует много типов искажений.
Как типичные наушники измеряют THD?
Ниже приведены некоторые реальные примеры THD, измеренные на наушниках с помощью нашей акустической испытательной головки. Как видите, результаты нанесены на график с логарифмической шкалой частот по оси X, как и график АЧХ.
Вот пример, состоящий из двух разных наушников-вкладышей от Sennheiser (IE 300, IE 900), которые, судя по их частотным характеристикам, имеют довольно схожие характеристики:
одни и те же продукты показывают нам, что инженеры по продукту добились заметных улучшений, уменьшив нелинейные искажения, создаваемые наушниками более высокого уровня.