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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Medição de distorções não lineares em um sinal de ruído. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição No artigo, o autor chama a atenção dos leitores para um método praticamente não utilizado para medir a não linearidade de amplificadores. Os resultados das medições objetivas de distorções não lineares do UMZCH usando este método coincidem surpreendentemente com os resultados de suas avaliações subjetivas durante a escuta especializada. Os métodos conhecidos para medir distorções não lineares em caminhos de transmissão de som são muito diversos [1, 2]. O método harmônico tornou-se difundido como o método mais simples para experimentos e conveniente para cálculos. Outros métodos menos comuns são tom diferencial, tom modulado, intermodulação (intermodulação). A distorção transitória de intermodulação também é medida. Os métodos listados acima têm suas próprias áreas de aplicação. Além disso, cada um deles utiliza sinais especiais que proporcionam a maior eficiência na detecção de produtos de distorção. No entanto, é precisamente esta a razão do seu baixo conteúdo informativo no que diz respeito à avaliação integral das distorções introduzidas no percurso de áudio e influenciando significativamente a avaliação subjetiva (especializada) da qualidade de transmissão de sinais sonoros reais. A notabilidade das distorções não lineares de um sinal real está relacionada a quantas vezes, se considerarmos o processo ao longo do tempo, ou com que probabilidade, se lhe aplicarmos uma medida estatística, seus valores instantâneos caem na região de não linearidade significativa de o caminho de transmissão do som. Muitas pessoas provavelmente já observaram como, quando o nível do sinal em um canal sobrecarregado é reduzido, a rouquidão do som desaparece. Quanto menos frequentemente os picos de sinal caírem na área de sobrecarga, menor será. Uma característica típica da função de transmissão de sinal no caminho de transmissão de som é mostrada na Fig. 1, a. Aqui: sin, sout - sinais de entrada e saída normalizados por potência; W(s) - densidade de probabilidade dos valores instantâneos do sinal sin. A seção A corresponde a uma não linearidade relativamente pequena e a seção B corresponde a uma grande. Para facilitar a análise, na Fig. A Figura 1b mostra gráficos da distribuição de densidade de probabilidade W(s) de valores instantâneos de dois sinais de mesma potência: ruído branco (Gaussiano) (curva 2) e harmônico (curva 1). Como segue da Fig. 1a, todos os valores do sinal de entrada limitados pela função W(s) para uma senóide caem na seção da característica de transmissão com menos não linearidade, enquanto para um sinal de ruído 16% das vezes seus valores estão em seções da característica de transmissão com alta não linearidade. É claro que o sinal de ruído está sujeito a uma distorção muito maior do que o sinal senoidal.
Em [3], são apresentados os resultados de estudos de densidade de probabilidade de valores instantâneos de sinais sonoros naturais (fala e música). Em termos de distribuição de níveis, eles se mostraram muito mais próximos de um sinal de ruído do que de um sinal harmônico. Consequentemente, a estimativa de distorções não lineares com base nos métodos listados acima fornece representações incorretas das distorções não lineares reais de sinais reais. Métodos de medição menos conhecidos que utilizam sinais de ruído têm conteúdo de informação significativamente maior [1, 2, 4 - 9]. Um dos métodos [4] é usado em cinematografia e televisão para medir distorções não lineares de uma trilha sonora fotográfica [5]. O diagrama de blocos de medição e os diagramas espectrais para este método são mostrados na Fig.
O sinal de medição é gerado por um gerador de ruído branco GBSH, limitado por meio de um filtro passa-faixa PF a uma faixa de frequência de 3...12 kHz, que é alimentado na entrada do objeto de medição OM. Os produtos de distorção não linear PNI (intermodulação) do sinal de ruído são medidos com um voltímetro V após o filtro passa-baixa com ponderação na faixa de frequência 30 Hz... 1,2 kHz. O indicador numérico de não linearidade é a razão, expressa em decibéis, entre a tensão quadrática média dos produtos de distorção (UC) e a tensão do sinal de referência (UV) gerado pelo gerador embutido no dispositivo com frequência de 1kHz: KISH \u20d 1 lg (UС / UВ). (XNUMX) O método de medição descrito é implementado no dispositivo 7E-67 e é utilizado com sucesso em estúdios de cinema. Na televisão, um dispositivo semelhante é o medidor INIF. As medições de distorção também são realizadas usando o método harmônico usando um sinal de medição na forma de uma banda de ruído de um terço de oitava [5-9]. O diagrama de blocos e os diagramas espectrais são mostrados na Fig. 3.
A partir do ruído rosa gerado pelo gerador GRS por um bloco de filtros passa-banda FFT, bandas são selecionadas alternadamente para estudar o objeto de medição do ROI, e uma diminuição no nível de 3 dB por oitava com o aumento da frequência garante potência constante do medindo sinal em qualquer banda de um terço de oitava. Dos produtos de distorção de tensão do sinal U1, apenas seus harmônicos U2, U3 localizados em bandas de um terço de oitava com frequências médias nf1 são levados em consideração, onde n = 2, 3...,f1 é a frequência média do sinal de medição banda. As medições são realizadas com um analisador de espectro de alto-falante conectado à saída do objeto de medição. O indicador numérico do coeficiente de distorção harmônica do sinal de ruído é determinado pela fórmula:
Deve-se levar em conta que a confiabilidade das medições com este método depende significativamente da limitação da largura de banda do objeto de medição. Existem outros métodos de medição mais complexos que utilizam sinais de ruído. A ampla utilização de tais sinais em medições em equipamentos de áudio, segundo o autor, é dificultada por uma série de fatores: a escassez e alto custo de equipamentos para análise de sinais aleatórios, a necessidade de revisão de padrões (por exemplo, potência de saída em amplificadores ) e a inércia do pensamento de muitos engenheiros acostumados com sinais senoidais. Para uma avaliação prática da eficácia do uso de sinais de ruído, o autor realizou medições comparativas de distorções não lineares em vários UMZCHs usando uma técnica padrão (método harmônico) e em um sinal de ruído usando um dispositivo 7E-67 nos mesmos valores de sobrecarga do amplificador. . Para os testes, foram selecionados UMZCHs de diferentes designs de circuito e base de elementos, destinados à sondagem de grandes salas (potência 100 W ou mais, todos os modelos possuíam indicadores de sobrecarga). Além disso, foram realizadas avaliações subjetivas da qualidade (SQA) da reprodução sonora em uma escala de dez pontos. Os resultados dos testes de não linearidade do amplificador são apresentados na tabela. Os amplificadores de potência 1 - 4 são transistores com diferentes profundidades de feedback (A), o amplificador 5 é valvulado. A tabela mostra os valores do coeficiente de distorção harmônica na frequência de 1 kHz e do coeficiente de intermodulação de ruído para o dispositivo 7E-67.
O alto nível de distorção em amplificadores transistorizados com feedback geral profundo ao medir a não linearidade com um sinal de ruído se deve ao fato de que o sinal de medição na forma de ruído tem um fator de crista alto e contém uma faixa bastante ampla de frequências, criando um mesmo gama mais ampla de produtos de distorção e uma diferença significativa em termos de CG /KISH para todos os amplificadores - um aumento na distorção de intermodulação durante sobrecarga de curto prazo. Conclui-se da tabela que UMZCH com maior profundidade de OOS também apresenta maior proporção de CG/ISH, recebendo, consequentemente, pontuações SOC baixas. Como resultado dos testes, as seguintes conclusões podem ser tiradas: 1. O monitoramento de distorções não lineares em um sinal de ruído é muito mais informativo e permite aproximar-se de uma avaliação subjetiva da qualidade da reprodução do som. 2. Ao projetar todas as partes do caminho de transmissão de som, deve-se esforçar-se não apenas para reduzir o coeficiente harmônico, mas também o coeficiente de intermodulação de ruído. O método descrito foi originalmente proposto para medir a não linearidade do fonograma fotográfico de filmes (ao monitorar a qualidade do processo tecnológico de sua replicação), portanto, em relação às medições em caminhos de transmissão sonora de alta qualidade, incluindo alto-falantes, é aconselhável para ajustar a largura de banda do sinal de medição. As medições de intermodulação de ruído do UMZCH para fins profissionais diferem neste caso porque este equipamento é frequentemente utilizado na potência máxima, permitindo sobrecargas de curto prazo. Em comparação com amplificadores valvulados, em amplificadores transistorizados, quando sobrecarregados, a limitação máxima de corrente é muitas vezes mais pronunciada, o que corresponde a um aumento acentuado na distorção não linear. Nos UMZCHs utilizados em ambiente doméstico, o modo de limitação de sinal com potência corretamente selecionada praticamente não é alcançado, por isso é aconselhável considerar a opção de utilizar uma técnica que limite o nível máximo de ruído do sinal. Neste caso, a diferença entre amplificadores com bases de elementos diferentes provavelmente diminuirá significativamente. Além disso, deve-se levar em conta que há uma série de parâmetros críticos - banda de frequência, características de fase e transitórias, nível de ruído... Literatura
Autor: A.Syritso, Moscou
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