Intermodulacijske distorzije: koncept, karakteristike mjerenja i metode redukcije

Neiskusna osoba pri izboru pojačala, monitora i slične opreme često se rukovodi indikatorima kao što su snaga i amplitudno-frekventni odgovor. Pametnije ljude zanima vrijednost koeficijenta harmonijskih reprezentacija. I samo najupućeniji pominju intermodulacijske distorzije. Iako su njihovi štetni efekti najrasprostranjeniji među svim ovim. Pored toga, veoma su teški za merenje i određivanje.

Opis:

U početku, počnimo s definicijom. Kada se signal formiran od dvije frekvencije dovodi do ulaza pojačala koji ima ne baš linearnu karakteristiku, to dovodi do stvaranja harmonika (prizvuka). Štaviše, u tome ne učestvuju samo ova dva pokazatelja, već i njihov matematički zbir i razlika. Tako se ovo drugo naziva intermodulacijsko izobličenje.

Mali primer

Recimo da imamo signal. Sastoji se od dve frekvencije – 1000 i 1100 Hz. To znači da će izlaz amplifier takođe generisati signale sa frekvencijom od 2100 Hz (1000+1100) i 100 Hz (1100-1000). A to su samo harmonični derivati prvog reda!

Još jedan primer. , uzimaju se dvije frekvencije koje se razlikuju za petinu. Nekako 1000 Hz i 1500 Hz. U ovom slučaju, harmonici drugog reda bit će 2000 Hz i 3000 Hz, a treći-3000 Hz i 4500 Hz. U odnosu na 1000 Hz, vrijednosti u 2000 Hz, 3000 Hz i 4500 Hz su oktavne, duodecimalne i ne. Sa 1500 Hz situacija je malo drugačija. U odnosu na njega, harmonika frekvencija u 2000 Hz, 3000 Hz i 4500 Hz je kvarta, oktava i duodecimalna.

Treba napomenuti da su proizvedeni prizvuci obje razmatrane frekvencije u korelaciji s glavnim tonovima. Međutim, to nije iznenađujuće, s obzirom na to da su svi Muzički instrumenti , kada se koristi, kreirajte prirodne harmonike.

Koje su karakteristike intermodulacionog izobličenja?

Njihova specifičnost leži u činjenici da se generišu signali čije su frekvencije zbir i razlika prizvuka. Treba napomenuti da proizvedene kombinacije ne koreliraju uvek sa vrednostima glavnih indikatora. Štaviše, sa složenom spektralnom distribucijom rezultata, to ne samo da ne dovodi do obogaćivanja harmonijske strukture (kao što je moguće sa prizvukom nižih redova), već počinje da liči i na uobičajeno dodavanje buke.

To se posebno odnosi na stvaranje ili sviranje složenog muzičkog signala. Mjerenje intermodulacijskih distorzija podrazumijeva pokušaj utvrđivanja stepena nelinearnosti sistema. Na primjer, kod zvučnika slični efekti se dešavaju zbog različitih vrijednosti elastičnosti pokretnog difuzorskog sistema. Takođe se odnosi na ponašanje magnetnih polja pod različitim uslovima ekscitacije. Inače, zvučnik je dobar primjer sistema koji ima asimetrično ponašanje na različitim nivoima jačine zvuka.

Zapravo, to dovodi do pojave nelinearnih pojava na akustičkom izlazu iz nje. Da je zvučnik sistem sa simetričnim ponašanjem, onda ne bi postojali mogući preduslovi da dođe do intermodulacionog izobličenja. Iz ovoga, usput, ispada da ako postoji harmonika na izlazu sistema, tada uvijek mora postojati određena nelinearnost.

Koji se srednji zaključak može izvući iz ovoga?

Sumirajući gore navedeno, treba napomenuti da harmonijska izobličenja ne pokazuju pojavu procesa koji dovode do muzikalnosti sistema. Štaviše, direktno poređenje različitih uređaja po ovom parametru može dovesti do značajnih zabluda o kvalitetu generisanih signala.

Jedan veoma ilustrativan primer je intermodulaciono izobličenje u pojačalima. Tamo mnogi vjeruju da cijevi imaju bolji zvuk od tranzistorskih. Iako ovi drugi stvaraju red veličine manje izobličenja.

O mjerenju i izobličenju

Već je jasno da su distorzije intermodulacije problem-stvarni i istovremeno skriveni. Ako postoji zadatak da ga smanjite, onda za to morate vrijedno raditi i raditi, prethodno proučivši. Dobre rezultate postigao je ruski elektroakustičar Alexander Voishvillo. Njegovi radovi se preporučuju za proučavanje svima koji žele proširiti vlastito znanje u ovoj oblasti. Pre svega, treba napomenuti da se distorzije manifestuju u zavisnosti od generisane frekvencije.

Istovremeno se bilježi prekoračenje graničnog nivoa. To se primjećuje u slučajevima kada se bilježe intermodulacijske distorzije trećeg reda, kao i drugog. Na bilo kojoj datoj frekvenciji, harmonični nivo se može pronaći oduzimanjem distorzije od nivoa odgovora, koji se posmatra u aksijalnom pravcu.

Koje metode mjerenja intermodulacijskih distorzija postoje?

Kao osnova koriste se teorije komunikacije i vjerovatnoće, kao i matematička statistika. Dopunjeni su spektralnom analizom, metodama aproksimacije nelinearnih karakteristika i kompjuterskim modeliranjem multipath dijagrama. Ako govorimo o konkretnijim rješenjima, onda je ovo:

1. Kompjuterski orijentisana metoda analize i izračunavanja spektra izlaznog signala sa aproksimacijom karakteristika prenosa pomoću Bessel funkcija. Karakteriše ga visoka tačnost, koja se kreće od 0,1...0.2 dB.
2. Grupa numeričkih i analitičkih metoda za modeliranje multipath dijagrama. Oni nisu postali široko rasprostranjeni zbog svoje novine, ali su njihovi kapaciteti potvrđeni eksperimentalnim studijama.
3. Korišćenje niza parametara i modela parazitskih i glavnih režnjeva polarnog i spektralnog zračenja. Ovo se široko koristi tokom rada sa satelitskim komunikacijskim sistemima za koje se pruža zonska usluga.

Ovo nisu sve metode mjerenja intermodulacijskog izobličenja. Radio put se može okarakterisati prisustvom specifičnih karakteristika koje se moraju uzeti u obzir i prilikom izvođenja radova i prilikom rješavanja problema smanjenja uticaja.

Praktična rješenja za zaštitu

Ne postoji jedinstven univerzalni odgovor na ovaj izazov. Stoga se okreću:

1. Softverski i hardverski korektor karakteristika prenosa. Omogućava vam da povećate efikasnost za 10-15%, uz smanjenje potrošnje energije za 15-20 %. Pored toga, prenosni kapacitet sistema se povećava za 5 %.
2. Algoritmi i programi teorijskog proračuna, koji omogućavaju kontrolu kombinovanog spektra i parazitskog zračenja. Oni omogućavaju postizanje povećanja efikasnosti prenosa staza za iste 10-15%, smanjujući potrošnju energije za 15-20 %.
3. Korišćenje kompjuterski orijentisane metode za analizu kombinacionog spektra korišćenjem aproksimacije od strane Bessel funkcija. Ovo rješenje vam omogućava izračunavanje teorijskih pokazatelja, kontrolu i smanjenje parazitskog zračenja u funkcionalnim sistemima.

Kao i niz drugih. Odabire se nešto specifično u zavisnosti od toga koji se ciljevi teže, kao i fokusiranje na aktuelne probleme.

Malo o praktičnom radu

Kako osluškivati distorzije intermodulacije da biste na njih reagovali? Zašto ih uopšte meriti? , treba napomenuti da ovo nije tako laka stvar kao što se može činiti na prvi pogled. Veličina vrijednosti intermodulacijske distorzije ovisi o frekvencijskom rasponu signala, njegovom apsolutnom nivou, složenosti, omjeru između vršnih i prosječnih vrijednosti, talasnom obliku, interakciji između ovih faktora i niza drugih razloga. Stoga je teško mjeriti vrijednosti. Na kraju krajeva, postoje procesi u kojima neke frekvencije utiču na stvaranje drugih. A broj varijacija, čisto teoretski, može se približiti beskonačnosti.

Važnu ulogu u procjeni ima koeficijent intermodulacijske distorzije. To je pokazatelj tekuće nelinearne distorzije amplifier. Koeficijent intermodulacijskog izobličenja koristi se za prikaz dijela glavnog signala dodatna generacija. Smatra se da vrijednost ovog indikatora ne može biti veća od 1 %. Što je manji, to je vjerniji zvuk karakteriše izvor. High-end pojačala mogu se pohvaliti koeficijentom koji je jednak stotinkama procenta ili čak manje.

Ne samo pojedinačni izvori

Pojava distorzija nije ograničena na jednu tačku njihovog formiranja. Određeni problemi se takođe javljaju kada pokušavate uhvatiti signale. Ovako se pojavljuju distorzije intermodulacije u prijemnicima. Ovo posebno važi za različitu radio opremu. Uostalom, za nju je veoma važno da smanji nivo korisnog signala, kao i da pogorša njegov odnos sa bukom. Treba napomenuti da snažne smetnje mogu čak i uticati na rad na susjednim signalima. U ovom slučaju govore o prisutnosti unakrsnih distorzija.

Ova pojava se javlja kada se signalne i radio smetnje ne poklapaju sa frekvencijama glavnog i sličnih kanala. Kakva je priroda ovog fenomena? Unakrsna distorzija se manifestuje kao poseban rezultat interakcije spektralnih komponenti modulirane interferencije i korisnog signala na nelinearnosti prijemnika. Istovremeno, razlika se pogoršava, a sa značajnim problemima normalan prijem postaje nemoguć.

Imajte na umu važne tačke

Intermodulacijsko izobličenje ima tendenciju da se pretvori u moduliranu buku. Da bi se razumjela suština fenomena, dovoljno je zamisliti situaciju kada neko želi da sluša dobar muzički sistem kod kuće, a iza prozora je osoba koja u potpunosti drži motornu pilu za predviđenu namjenu. Nivo buke zavisiće od spektralne gustine i jačine muzike.

Iako treba napomenuti da u ovom slučaju ne postoji direktna zavisnost. U prisustvu intermodulacionih distorzija, izgubiće se uvid i čistoća zvuka. Na niskom nivou nivoi signala , detalj nestaje, a takođe se gubi i karakteristična lakoća. Ovo je posebno problematično za limene orkestre i horove. Ako je osoba navikla da je sluša uživo, onda kada pokušavate da čujete iste kompozicije kroz zvučnik, možete biti veoma razočarani.

To je zbog činjenice da kada se sve pomiješa i reprodukuje kroz dva akustična sistema, izobličenje postaje vrlo očigledno. Dok ako objekte postavite u različite tačke prostora, broj problema će biti za red veličine manji.

Zanimljivo istraživanje

Želio bih spomenuti rezultate istraživanja koja se mogu dobiti višefrekventnom metodom. Postoji suština u činjenici da se kroz sistem istovremeno prolazi nekoliko signala koji imaju drugačiji ton. Istovremeno, frekvencije su odabrane kako bi se osiguralo maksimalno odvajanje komponenti intermodulacije. Ovo vam omogućava da preciznije razumijete problematično područje.

Multifrekventna metoda omogućila nam je da otkrijemo da u mnogim slučajevima ukupan broj zabilježenih intermodulacijskih distorzija premašuje ukupnu vrijednost koeficijenta nelinearne distorzije za četiri puta. Iz ovoga se izvlači jednostavan zaključak. Naime, ono što se često smatra harmonijskim izobličenjem, zapravo se u većoj mjeri sastoji od fenomena intermodulacijske prirode. U ovom slučaju, vrlo je lako objasniti zašto vrijednost koeficijenta ne korelira dobro sa stvarnim zvukom koji se percipira uhom.

Zaključak

To je u osnovi sve što obična osoba treba da zna o intermodulacijskim distorzijama. Treba napomenuti da je ova tema veoma široka i pokriva mnoge oblasti, čak i prostor! Ali velika količina znanja sa kojom se možete upoznati biće interesantna samo za specijalizovane stručnjake koji se bave ozbiljnim istraživanjem i istraživanjem.