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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medida de distorsiones no lineales en una señal de ruido. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición En el artículo, el autor llama la atención de los lectores sobre un método prácticamente no utilizado para medir la no linealidad de los amplificadores. Los resultados de las mediciones objetivas de las distorsiones no lineales del UMZCH utilizando este método coinciden sorprendentemente con los resultados de sus evaluaciones subjetivas durante la escucha experta. Los métodos conocidos para medir distorsiones no lineales en las rutas de transmisión de sonido son muy diversos [1, 2]. El método de los armónicos es ampliamente utilizado como el más simple en los experimentos y conveniente para los cálculos. Otros métodos son menos comunes: tono de diferencia, tono modulado, modulación mutua (intermodulación). También se mide la distorsión de intermodulación transitoria. Estos métodos tienen sus propias áreas de aplicación. Además, cada uno de ellos utiliza señales especiales que brindan la mayor eficiencia en la detección de productos de distorsión. Sin embargo, esta es precisamente la razón de su bajo contenido de información con respecto a la evaluación integral de las distorsiones introducidas en la ruta de audio y que afectan significativamente la evaluación subjetiva (experta) de la calidad de transmisión de señales de audio reales. La visibilidad de las distorsiones no lineales de una señal real está relacionada con la frecuencia, si consideramos el proceso en el tiempo, o con qué probabilidad, si se le aplica una medida estadística, sus valores instantáneos caen en la región de no linealidad significativa de la ruta de transmisión del sonido. Muchos, probablemente, tuvieron que observar cómo, con una disminución del nivel de la señal en un canal sobrecargado, desaparece la ronquera del sonido. Cuanto más pequeño, menos a menudo los picos de señal caen en el área de sobrecarga. Una característica típica de la función de transmisión de señal s en la ruta de transmisión de sonido se muestra en la fig. 1a. Aquí: sin, sout - señales de entrada y salida normalizadas por potencia; W(s) - densidad de probabilidad de los valores instantáneos de la señal sin. La sección A corresponde a una no linealidad relativamente pequeña, y las secciones B son grandes. Por conveniencia de análisis, la Fig. 1b muestra gráficos de la distribución de densidad de probabilidad W(s) de valores instantáneos de dos señales de la misma potencia: ruido blanco (gaussiano) (curva 2) y ruido armónico (curva 1). Como sigue de la Fig. 1a, todos los valores de la señal de entrada, limitados por la función W(s) para una sinusoide, caen en la sección de la característica de transmisión con menos no linealidad, mientras que para la señal de ruido el 16% del tiempo sus valores son en las secciones de la característica de transmisión con una gran no linealidad. Está claro que la señal de ruido está sujeta a una distorsión mucho mayor que la sinusoidal.
En [3] se presentan los resultados de estudios de densidad de probabilidad de valores instantáneos de señales de sonidos naturales (habla y música). En cuanto a su distribución de niveles, resultaron estar mucho más cerca de una señal de ruido que de una armónica. Por lo tanto, la estimación de distorsiones no lineales basada en los métodos enumerados anteriormente genera conceptos erróneos sobre las distorsiones no lineales reales de las señales reales. Los métodos de medición menos conocidos que utilizan señales de ruido son mucho más informativos [1, 2, 4–9]. Uno de los métodos [4] se utiliza en cinematografía y televisión para medir las distorsiones no lineales de una banda sonora fotográfica [5]. El diagrama de bloques de la medición y los diagramas espectrales para este método se muestran en la Fig.2.
La señal de medición es generada por el generador de ruido blanco del GBSH, limitado con la ayuda de un filtro de paso de banda PF con una banda de frecuencia de 3...12 kHz, que se alimenta a la entrada del objeto de medición OI. Los productos de distorsiones no lineales del PNI (intermodulación) de la señal de ruido se miden con un voltímetro V después del filtro de paso bajo con ponderación en la banda de frecuencia de 30 Hz... 1,2 kHz. El indicador numérico de no linealidad es la relación, expresada en decibelios, de la tensión rms de los productos de distorsión (UС) a la tensión de la señal de referencia (UВ) generada por el generador integrado en el dispositivo con una frecuencia de 1 kHz : KISH \u20d 1 lg (UС / UВ). (una) El método de medición descrito se implementa en el dispositivo 7E-67 y se usa con éxito en estudios de cine. En televisión, un dispositivo similar es el medidor INIF. Las medidas de distorsión también se realizan por el método armónico utilizando una señal de medida en forma de una banda de ruido de un tercio de octava [5-9]. El diagrama de bloques y los diagramas espectrales se muestran en la fig. 3.
A partir del generador de ruido rosa generado por la unidad de filtro de paso de banda FFT para estudiar el objeto de las medidas de la RI, las bandas se seleccionan alternativamente y la caída de nivel de 3 dB por octava con el aumento de la frecuencia proporciona una potencia constante de la señal de medida en cualquier banda de un tercio de octava. De los productos de distorsión de tensión de la señal U1, sólo sus armónicos U2, U3 situados en bandas de tercio de octava con frecuencias medias nf1, donde n = 2, 3...,f1 es la frecuencia media de la banda de la señal de medida, son tenido en cuenta. Las medidas son realizadas por un analizador de espectro AC conectado a la salida del objeto de medida. El indicador numérico del coeficiente armónico de la señal de ruido está determinado por la fórmula:
Debe tenerse en cuenta que la confiabilidad de las mediciones con este método depende significativamente de la limitación del ancho de banda del objeto de medición. Existen otros métodos de medición más sofisticados que utilizan señales de ruido. El amplio uso de tales señales en mediciones en equipos de audio, en opinión del autor, se ve obstaculizado por una serie de factores: la escasez y el alto costo de los equipos para analizar señales aleatorias, la necesidad de revisar los estándares (por ejemplo, potencia de salida en amplificadores ), y la inercia de pensamiento de muchos ingenieros que están acostumbrados a las señales sinusoidales. Para una evaluación práctica de la efectividad del uso de señales de ruido, el autor realizó mediciones comparativas de distorsiones no lineales en varios UMZCH según el método estándar (método de armónicos) y en una señal de ruido utilizando un dispositivo 7E-67 en el mismo amplificador. valores de sobrecarga Para las pruebas, se seleccionaron varios UMZCH en términos de circuitos y base de elementos, diseñados para sonorizar salas grandes (potencia de 100 W o más, todos los modelos tenían indicadores de sobrecarga). Además, se realizaron evaluaciones subjetivas de la calidad (SQA) de la reproducción del sonido en una escala de diez puntos. Los resultados de la prueba de la no linealidad de los amplificadores se dan en la tabla. Amplificadores de potencia 1 - 4 - transistor con diferente profundidad de retroalimentación (A), amplificador 5 - tubo. La tabla muestra los valores del coeficiente de armónicos del KG a una frecuencia de 1 kHz y el coeficiente de intermodulación de ruido según el dispositivo 7E-67.
El alto nivel de distorsión en los amplificadores de transistores con retroalimentación general profunda cuando se mide la no linealidad con una señal de ruido se debe al hecho de que la señal de medición en forma de ruido tiene un factor de cresta alto y contiene un espectro de frecuencias bastante amplio, lo que crea una distribución uniforme. gama más amplia de productos de distorsión y una diferencia significativa en relación con el KG /KISH para todos los amplificadores: un aumento en la distorsión de intermodulación durante la sobrecarga a corto plazo. De la tabla se desprende que las UMZCH con mayor profundidad de SOS también tienen una mayor relación de CG/KIS, recibiendo, en consecuencia, bajas puntuaciones de SOC. Como resultado de las pruebas, se pueden sacar las siguientes conclusiones: 1. El control de las distorsiones no lineales sobre una señal de ruido tiene un contenido de información mucho mayor, permite acercarse a la valoración subjetiva de la calidad de reproducción del sonido. 2. Al diseñar todas las partes de la ruta de transmisión del sonido, uno debe esforzarse no solo por reducir el coeficiente armónico, sino también el coeficiente de intermodulación del ruido. El método descrito fue originalmente propuesto para medir la no linealidad de la banda sonora fotográfica de las películas (al controlar la calidad del proceso tecnológico de su replicación), por lo tanto, en relación con las mediciones en vías de transmisión de sonido de alta calidad, incluidos los altavoces, es recomendable para corregir el ancho de banda de la señal de medición. Las mediciones profesionales de intermodulación de ruido UMZCH se diferencian en este caso en que este equipo suele utilizarse a máxima potencia, lo que permite una sobrecarga a corto plazo. En comparación con los amplificadores de válvulas, en los amplificadores de transistores, la limitación de corriente máxima suele ser más pronunciada durante la sobrecarga, lo que corresponde a un fuerte aumento de la distorsión no lineal. En los UMZCH utilizados en un entorno doméstico, el modo de limitación de la señal prácticamente no se consigue con una potencia correctamente seleccionada, por lo que se aconseja considerar la opción de utilizar una técnica con limitación del nivel de la señal de ruido. En este caso, es probable que la diferencia entre amplificadores con diferente base de elementos disminuya significativamente. Además, debe tenerse en cuenta que hay una serie de parámetros críticos: la banda de frecuencia, las características de fase y transitorias, el nivel de ruido intrínseco ... Literatura
Autor: A.Syritso, Moscú
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