Izvēloties pastiprinātājus, monitorus un tamlīdzīgu aprīkojumu, nepieredzējis cilvēks bieži vadās pēc tādiem rādītājiem kā jauda un frekvences reakcija. Saprātīgākus cilvēkus interesē harmonisko prezentāciju koeficienta vērtība. Un tikai zinošākie min intermodulācijas kropļojumus. Lai gan to kaitīgā ietekme ir vislielākā starp visiem uzskaitītajiem. Turklāt tos ir ļoti grūti izmērīt un definēt.
Ievads
Sākotnēji sāksim ar definīciju. Ja signāls, kas veidots no divām frekvencēm, tiek ievadīts pastiprinātāja ieejā, kam nav ļoti lineāra reakcija, tas noved pie harmoniku (virstoņu) ģenerēšanas. Turklāt tajā piedalās ne tikai šie divi rādītāji, bet arī to matemātiskā summa un atšķirība. Šo pēdējo sauc par intermodulācijas kropļojumu.
Mazspiemērs
Pieņemsim, ka mums ir signāls. Tas sastāv no divām frekvencēm - 1000 un 1100 Hz. Tas nozīmē, ka pie pastiprinātāja izejas tiks ģenerēti arī signāli ar frekvenci 2100 Hz (1000 + 1100) un 100 Hz (1100-1000). Un tie ir tikai pirmās kārtas harmoniku atvasinājumi!
Vēl viens piemērs. Tiek ņemtas divas frekvences, kas atšķiras par piektdaļu. Kaut kā 1000 Hz un 1500 Hz. Šajā gadījumā otrās kārtas harmonikas būs 2000 Hz un 3000 Hz, bet trešās - 3000 Hz un 4500 Hz. Attiecībā pret 1000 Hz vērtības pie 2000 Hz, 3000 Hz un 4500 Hz ir oktāva, divpadsmitpirkstu un neviena. Ar 1500 Hz viss ir nedaudz savādāk. Saistībā ar to frekvenču harmonika pie 2000 Hz, 3000 Hz un 4500 Hz ir ceturtā, oktāva un divpadsmitā daļa.
Jāatzīmē, ka abu aplūkojamo frekvenču radītie virstoņi atbilst fundamentālajiem toņiem. Tomēr tas nav pārsteidzoši, ņemot vērā, ka visi mūzikas instrumenti, tos lietojot, rada dabiskas harmonikas.
Kādas ir starpmodulācijas kropļojumu pazīmes?
To specifika slēpjas apstāklī, ka tiek ģenerēti signāli, kuru frekvences ir virstoņu summa un atšķirība. Jāatzīmē, ka saražotās kombinācijas ne vienmēr korelē ar galveno rādītāju vērtībām. Turklāt ar sarežģītu rezultātu spektrālo sadalījumu tas ne tikai nenoved pie harmoniskās struktūras bagātināšanas (kā tas ir iespējams ar zemas kārtas virstoņiem), bet arī sākatgādina parasto trokšņa pievienošanu.
Tas jo īpaši attiecas uz sarežģītu mūzikas signālu izveidi vai reproducēšanu. Intermodulācijas kropļojumu mērīšana nozīmē mēģinājumu noteikt sistēmas nelinearitātes pakāpi. Piemēram, skaļruņos līdzīgi efekti rodas, pateicoties dažādām kustīgās difuzora sistēmas elastības vērtībām. Tas attiecas arī uz magnētisko lauku uzvedību dažādos ierosmes apstākļos. Starp citu, skaļrunis ir labs piemērs sistēmai, kas uzrāda nelīdzsvarotu darbību dažādos skaļuma līmeņos.
Faktiski tas noved pie nelineāru parādību parādīšanās akustiskajā izvadā no tā. Ja skaļrunis būtu sistēma ar simetrisku uzvedību, tad nebūtu iespējami priekšnoteikumi starpmodulācijas kropļojuma rašanās gadījumā. No tā, starp citu, izrādās, ka, ja sistēmas izejā ir harmonika, tad vienmēr ir jābūt noteiktai nelinearitātei.
Kādu starpsecinājumu no tā var izdarīt?
Apkopojot iepriekš teikto, jāatzīmē, ka harmoniskie kropļojumi neliecina par procesu rašanos, kas noved pie nemuzikālām sistēmām. Turklāt dažādu ierīču tieša salīdzināšana pēc šī parametra var radīt nopietnus nepareizus priekšstatus par ģenerēto signālu kvalitāti.
Viens ļoti spilgts piemērs ir pastiprinātāju intermodulācijas kropļojumi. Tur daudzi uzskata, ka caurulēm ir labāka skaņa nekā tranzistoru. Lai gan pēdējie rada par lielumu mazāku izkropļojumu.
Parmērījumi un kropļojumi
Jau tagad ir skaidrs, ka starpmodulācijas kropļojumi ir problēma – reāla un slēpta. Ja uzdevums ir to samazināt, tad jums ir jāpiepūlas un jāstrādā, iepriekš to izpētot. Labus rezultātus sasniedza krievu elektroakustiķis Aleksandrs Voišvillo. Viņa darbus iesaka studēt ikvienam, kurš vēlas paplašināt savas zināšanas šajā jomā. Pirmkārt, jāatzīmē, ka traucējumi parādās atkarībā no ģenerētās frekvences.
Šajā gadījumā sliekšņa līmeņa pārsniegšana ir fiksēta. Tas tiek novērots gadījumos, kad tiek fiksēti trešās, kā arī otrās kārtas intermodulācijas kropļojumi. Jebkurā noteiktā frekvencē harmoniku līmeni var atrast, atņemot traucējumus no reakcijas līmeņa, kas tiek novērota aksiālā virzienā.
Kādas ir intermodulācijas kropļojumu mērīšanas metodes?
Par pamatu tiek izmantotas savienojuma un varbūtības teorijas, kā arī matemātiskā statistika. Tos papildina spektrālā analīze, metodes nelineāro raksturlielumu tuvināšanai un daudzceļu diagrammu datorsimulācija. Ja runājam par konkrētākiem risinājumiem, tad tie ir:
- Datorizēta metode izejas signāla spektra analīzei un aprēķināšanai ar pārraides raksturlielumu tuvināšanu, izmantojot Besela funkcijas. To raksturo augsta precizitāte, kas svārstās no 0,1 līdz 0,2dB.
- Skaitliski analītisko metožu grupa daudzceļu diagrammu modelēšanai. Jaunuma dēļ tie nav kļuvuši plaši izplatīti, taču to dzīvotspēja ir apstiprināta eksperimentālos pētījumos.
- Izmantojot polāro un spektrālā starojuma modeļu parazītisko un galveno daivu parametru un modeļu masīvu. To plaši izmanto satelītu sakaru sistēmās, kas nodrošina apgabala pakalpojumus.
Šīs nav visas metodes intermodulācijas kropļojumu mērīšanai. Radioceļu var raksturot ar specifiskām pazīmēm, kas jāņem vērā gan veicot darbu, gan risinot ietekmes samazināšanas problēmu.
Praktiski aizsardzības risinājumi
Šim izaicinājumam nav vienas universālas atbildes. Tāpēc skatiet:
- Aparatūras un programmatūras pārsūtīšanas raksturlielumu korektors. Tas ļauj palielināt efektivitāti par 10-15%, vienlaikus samazinot enerģijas patēriņu par 15-20%. Turklāt sistēmas joslas platums tiek palielināts par 5%.
- Teorētisko aprēķinu algoritmi un programmas, kas ļauj kontrolēt Ramana spektru un neīsto starojumu. Tie ļauj sasniegt pārvades ceļu efektivitātes pieaugumu par tiem pašiem 10-15%, samazinot enerģijas patēriņu par 15-20%.
- Datorizētas metodes izmantošana kombinācijas spektra analīzei, izmantojot aproksimāciju pēc Besela funkcijām. Šis risinājums ļauj aprēķināt teorētiskos rādītājus, kontrolēt un samazinātparazitāras emisijas funkcionējošās sistēmās.
Un vairāki citi. Kaut kas konkrēts tiek izvēlēts atkarībā no tā, kādi mērķi tiek sasniegti, kā arī koncentrējoties uz pašreizējām problēmām.
Mazliet par praktisko darbu
Kā klausīties intermodulācijas kropļojumus, lai uz to reaģētu? Kāpēc tos vispār mērīt? Jāpiebilst, ka tas nebūt nav tik viegls uzdevums, kā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena. Intermodulācijas kropļojumu vērtību lielums ir atkarīgs no signāla frekvenču diapazona, tā absolūtā līmeņa, sarežģītības, maksimālās un vidējās vērtības attiecības, no viļņu formas, minēto faktoru mijiedarbības un vairākiem citiem iemesliem. Tāpēc ir grūti izmērīt vērtības. Galu galā ir procesi, kuros dažas frekvences ietekmē citu ģenerēšanu. Un variantu skaits, tīri teorētiski, var tuvoties bezgalībai.
Novērtējumā svarīga loma ir intermodulācijas kropļojumu koeficientam. Tas ir pastiprinātāja notiekošo harmonisko kropļojumu rādītājs. Intermodulācijas kropļojumu koeficientu izmanto, lai parādītu, cik lielu daļu galvenā signāla veido papildu paaudzes. Tiek uzskatīts, ka šī rādītāja vērtība nevar pārsniegt 1%. Jo mazāks tas ir, jo lielāku skaņas precizitāti raksturo avots. Augstākās klases pastiprinātāji var lepoties ar koeficientiem, kas ir procenta simtdaļas vai pat mazāk.
Ne tikai atsevišķi avoti
Kropļojuma rašanās nav ierobežota ar vienuto veidošanās punkts. Mēģinot uztvert signālus, rodas noteiktas problēmas. Tādā veidā uztvērējos parādās intermodulācijas kropļojumi. Īpaši tas attiecas uz dažādām radioiekārtām. Galu galā tam ir ļoti svarīgi samazināt noderīgā signāla līmeni, kā arī tā attiecības pasliktināšanos ar troksni. Jāatzīmē, ka spēcīgi traucējumi var pat traucēt darbu pie blakus signāliem. Šajā gadījumā viņi runā par šķērsrunas esamību.
Šī parādība rodas, ja signāls un radio traucējumi nesakrīt ar galveno un līdzīgu kanālu frekvencēm. Kāda ir šīs parādības būtība? Šķērsruna izpaužas kā īpašs modulēto traucējumu spektrālo komponentu un noderīgā signāla mijiedarbības rezultāts uztvērēja nelinearitātēm. Atšķirība pasliktinās, un nopietnu problēmu gadījumā normāla uztveršana kļūst neiespējama.
Atcerieties svarīgos mirkļus
Intermodulācijas kropļojumiem ir tendence pārvērsties modulētā troksnī. Lai saprastu parādības būtību, pietiek iedomāties situācijas, kad kāds vēlas klausīties labu mūzikas sistēmu mājās, un aiz loga ir cilvēks, kurš pilnībā vicina motorzāģi paredzētajam mērķim. Trokšņu līmenis būs atkarīgs no mūzikas spektrālā blīvuma un skaļuma.
Lai gan jāņem vērā, ka šajā gadījumā nav tiešas attiecības. Starpmodulācijas kropļojumu klātbūtnē tiks zaudēts skaņas ieskats un skaidrība. Zemā signāla līmenī tiek zaudētas detaļas un arī tāsraksturīgs vieglums. Īpaši problemātiski tas ir pūtēju orķestriem un koriem. Ja cilvēks ir pieradis tās klausīties dzīvajā, tad, mēģinot dzirdēt vienas un tās pašas dziesmas pa skaļruni, var būt ļoti vīlies.
Tas ir tāpēc, ka, ja viss tiek sajaukts un atskaņots pa diviem skaļruņiem, kropļojumi kļūst ļoti acīmredzami. Savukārt, ja objektus novietojat dažādos telpas punktos, problēmu skaits būs par vienu pakāpi mazāks.
Interesants pētījums
Vēlos minēt pētījumu rezultātus, ko var iegūt ar daudzfrekvenču metodi. Ir tāda būtība, ka caur sistēmu vienlaikus tiek izlaisti vairāki signāli, kuriem ir atšķirīgs tonis. Šajā gadījumā frekvences tiek izvēlētas, pamatojoties uz to, lai nodrošinātu maksimālu starpmodulācijas komponentu atdalīšanu. Tas ļauj precīzāk izprast problēmzonu.
Daudzfrekvenču metode ļāva noskaidrot, ka daudzos gadījumos kopējais ierakstīto intermodulācijas kropļojumu apjoms četras reizes pārsniedz kopējo nelineārās deformācijas koeficienta vērtību. No tā tiek izdarīts vienkāršs secinājums. Proti, tas, ko bieži uzskata par harmonisku kropļojumu, patiesībā lielākā mērā sastāv no intermodulācijas rakstura parādībām. Šajā gadījumā ir ļoti viegli izskaidrot, kāpēc koeficienta vērtība slikti korelē ar reālo skaņu, ko uztver ar ausi.
Secinājums
Tas būtībā ir viss, kas jums jāzina par starpmodulācijas kropļojumiem vidusmēra cilvēkam. Jāpiebilst, ka šī tēma ir ļoti plaša un aptver daudzas jomas, pat kosmosu! Bet lielais zināšanu apjoms, ar ko varēsiet iepazīties, interesēs tikai specializētus speciālistus, kuri nodarbojas ar nopietnu pētniecību un pētniecību.
