Главная Контакт Ссылки
Какой же Кг допустим? Версия для печати
Написал Ю. Солнцев   
вторник, 23 Сентябрь 2003

Как и следовало ожидать, мнения читателей, приславших отклики на статью Валентина и Виктора Лексииых [1], оказались разными. Одни из них (примерно пятая часть участников обсуждения) полностью согласны с авторами статьи. «Выводы совершенно правильные».— пишет радиолюбитель Г. Крылов из подмосковного города Пущино. «Нелинейные искажения 1...1,5 % вполне удовлетворяют аудиторию»,— утверждает читатель Федорович из Свердловска. Свое согласие с авторами статьи высказали также А. Жарков из г. Тогучина Новосибирской обл. и ряд других радиолюбителей.

Другая группа читателей (около двух третей) не менее категорично выразила несогласие с выводами Лексиных и поддержала основные положения, выдвинутые ранее А. Пикерсгилем и И. Беспаловым [2]. «Я — за 0,03 %!», — пишет в своем письме горьковчанин А. Черкашин. Того же мнения читатель Г. Зазвонов из г. Ургенч Узбекской ССР, калужанин А. Дьяконов, минчанин А. Петров, радиолюбитель Голубцов из г. Таборище Курской обл. и другие.

«Мною изготовлено три усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) разной конструкции с коэффициентами гармоник 0,7; 0,2 и 0,05 %. При их испытаниях с одними и теми же громкоговорителями и источником музыкальных программ, при линейной АЧХ и одинаковой громкости естественность звучания заметно улучшалась при переходе от одного УМЗЧ к другому», — пишет радиолюбитель О. Ряхин из Николаева.

А читатель И. Маляров из г. Гайсин Винницкой обл. считает, что УМЗЧ с коэффициентом гармоник менее 0,1 % желательно применять и во «второсортной» аппаратуре: кассетных (переносных) магнитофонах, радиоприемниках, вплоть до карманных. Наблюдения автора показали, что замена в карманном приемнике «обычного» усилителя на УМЗЧ с коэффициентом гармоник 0.06 % дает большой выигрыш в качестве звучания AM программ. «Высококачественные УМЗЧ — во все устройства звуковоспроизведения!» — призывает И. Маляров в конце письма.

Наконец, третья, самая малочисленная группа радиолюбителей не столь категорична в своих мнениях. Так, москвич В. Астахов считает, что основные положения статьи [1] применимы только к многополосным УМЗЧ.

Итак, мнения читателей разошлись. Почему? И вообще, можно ли решать вопросы повышения качества звуковоспроизводящей аппаратуры большинством голосов? Видимо, нет. А причины, приведшие к столь разному подходу к одной и той же проблеме, можно найти в самих читательских откликах.

Подавляющее большинство участников дискуссии справедливо считают недопустимым говорить о нормах на коэффициент гармоник, искусственно отрывая его от других параметров УМЗЧ, в первую очередь, от коэффициента интермодуляционных искажений (Ки). «Коэффициент, гармоник -- параметр, явно ограниченный для оценки качества УМЗЧ, ибо не учитывает особенностей реальных сигналов, — пишет A. Черкашин. — В этом смысле полнее коэффициент интермодуляционных искажений». «Нелинейные (гармонические — Ю. С.) искажения — это самые безобидные искажения, так как они приводят всего навсего к обогащению спектра гармониками, — отмечает H. Кереев из г. Приозерска Джезказганской обл. — Интермодуляционные искажения приводят к появлению негармонических составляющих в спектре многокомпонентного сигнала, для слуха заметность таких новых компонентов весьма значительна, так как отсутствует их маскировка основным тоном». «Оценку и анализ искажений нужно производить по интермодуляционным искажениям. Последние зависят от гармонических и могут быть примерно в 4 раза больше», — пишет B. Астахов. «Чтобы обеспечить требуемый коэффициент интермодуляционных искажений, коэффициент гармоник должен быть не более 0,05...0,1 %», — утверждает О. Ряхни.

Здесь уместно вспомнить, что в статье [2] также отмечалось «особо неблагоприятное влияние не столько гармонических, сколько комбинационных (интермодуляционных — Ю. С.) составляющих». В письме, присланном в редакцию, А. Пикерсгиль и И. Беспалов развивают эту мысль: «Значительно более значимы комбинационные (интермодуляционные — Ю. С.) составляющие, уже хотя бы потому, что их частоты не имеют ничего общего с исходной программой, и по этой причине они придают звучанию «тяжелый», атональный характер и воспринимаются субъективно очень неприятно. Коэффициент гармоник менее 0,04 % гарантирует достаточную верность работы УМЗЧ, при более высоких его значениях следует принимать меры для снижения интермодуляционных искажений».

Ряд авторов писем (И. Маляров, москвич И. Королев, ленинградец H. Зубченко и некоторые другие) справедливо указывают на то, что качество звучания, вернее субъективное восприятие музыкальной программы, во многом определяется особенностями человеческого слуха (избирательностью, адаптивностью, индивидуальными свойствами), что делает «механический» анализ («с точки зрения вольтметра») неприемлемым. Некоторые читатели (А. Дьяконов, А. Петров, Г. Герасименко из пос. Металлист Ворошиловградской обл.) предлагают различные методы «взвешивания» гармоник с тем, чтобы сблизить результаты объективных измерений и субъективных оценок, считают, что измерять искажения следует не в статике (при подаче неизменных по частоте и амплитуде сигналов), а в динамике (на сигналах, близких по спектру к реальным), используя для этой цели индикаторы нелинейных искажений, разработанные И. Акулиничевым [3—5].

Очевидно, что помимо упомянутых биологических особенностей слуха, восприятие музыкальных программ зависит от индивидуальных особенностей слуха конкретного слушателя, не учитывать которые, видимо, нельзя. На качество звучания влияют также акустические свойства помещения прослушивания, параметры используемой акустической системы, характер фонограммы и многие другие факторы, учесть которые можно только при субъективной экспертизе путем сравнения испытуемого УМЗЧ с принятым за образец [6]. При проведении экспертизы обязательно должны выполняться два условия: эксперт не должен знать, какой (испытуемый или образцовый) УМЗЧ включен в данный момент в тракт; прослушивание должно происходить без перерывов на переключение, установку органов регулировки и т. п. манипуляции, так как даже при небольших перерывах в звучании человеческий мозг успевает забыть особенности фонограммы и его «разрешающая способность» (способность заметить разницу в звучании) снижается.

Естественно, субъективная оценка ни в коей мере не отрицает и не умаляет инструментальную (объективную), а только дополняет ее. На начальном этапе испытаний необходимо проверить соответствие АЧХ, ФЧХ, коэффициента гармоник и других параметров заданным требованиям, и только добившись этого, переходить к экспертной оценке качества УМЗЧ.

С сожалением приходится констатировать, что инструментальная оценка качества УМЗЧ затруднена, в первую очередь, отсутствием соответствующих измерительных приборов: среди выпускаемых крупными сериями генераторов сигналов звуковой частоты нет приборов с коэффициентом гармоник менее 0,05 %, измерители нелинейных искажений обеспечивают достоверное измерение этого параметра только со значения, большего 0,1%, а измерители интермодуляционных искажений не выпускаются вообще. Прецизионные измерительные приборы для большинства радиолюбителей недоступны. Из-за этого малые коэффициенты гармоник они часто измеряют по нестандартным методикам, что делает результаты несопоставимыми и снижает их достоверность. Видимо, настало время разработать простые и доступные универсальные методы измерения коэффициентов гармоник и интермодуляционных искажений, создать необходимую аппаратуру. Думается, эта задача вполне по плечу радиолюбителям.

Анализ читательских писем по обсуждаемой теме показал, что далеко не все радиолюбители правильно представляют себе различные виды искажений и их взаимосвязь. Учитывая, что неточности в этом вопросе встречаются и в радиолюбительской литературе, видимо, полезно кратко напомнить читателям следующее.

Вес искажения, вносимые усилителем, принято делить на линейные (частотные, фазовые) и нелинейные (гармонические, интермодуляционные). Первые нс вызывают появления в выходном сигнале спектральных компонентов, которых нет во входном, вторые, наоборот, приводят к тому, что в спектре выходного сигнала появляются компоненты, отсутствующие во входном сигнале. Причиной нелинейных искажений является зависимость коэффициента передачи усилителя от амплитуды входного сигнала, или, что то же самое, отклонение амплитудной характеристики (зависимости выходного сигнала от входного) от линейной. Нелинейность амплитудной характеристики может быть обусловлена нелинейностью радиоэлементов (транзисторов, диодов), самовозбуждением и т. д. и может носить различный характер.

Одна и та же нелинейность может характеризоваться либо коэффициентом гармоник Кг либо коэффициентом интермодуляционных искажений Ки. Чтобы измерить первый из этих параметров, на вход усилителя необходимо подать напряжение синусоидальной формы. При наличии нелинейности усилителя спектр его выходного сигнала будет содержать бесконечное (в общем случае) число гармоник с различными амплитудами. Коэффициент гармоник Кг (для малых его значений) вычисляют по формуле:

где u1 и ui — амплитуды соответственно первой и i-й гармоник выходного сигнала.

Существуют также так называемые частные коэффициенты гармоник, определяемые как отношение амплитуды какой-либо одной спектральной составляющей (ui) к амплитуде первой (u1):

Частные коэффициенты удобны при оценке нелинейности анализатором спектра. В этом случае общий Кг (в зарубежной литературе его обозначают THD) рассчитывают по формуле:

Чтобы измерить коэффициент интермодуляционных искажений Ки, на вход усилителя подают сумму двух колебаний разной частоты и амплитуды. Из-за нелинейности амплитудной характеристики на выходе устройства, кроме гармоник каждого из этих сигналов, будут присутствовать комбинационные составляющие, которые, собственно, и определяют величину Ки. Чаще всего этот параметр измеряют по методике, описанной в |7|: частоты испытательных сигналов выбирают равными 50 (f1) и 6000 Гц (f2), а отношение амплитуд 4:1. Из всех комбинационных составляющих (их частоты равны mf2±nf1, где m и n принимают значения, равные 1, 2, 3 и т. д.) для определения коэффициента Ки берут компонент разностной частоты первого порядка (f2—f1) и относят его амплитуду к амплитуде выходного напряжения частотой f1.

В общем случае коэффициенты Кг и Ки не одинаковы. Их соотношение зависит от характера нелинейности и колеблется в широких пределах (по литературным данным коэффициент Ки обычно превышает Кг в несколько раз). Кроме того, именно интермодуляционные компоненты наиболее неприятны на слух. Поэтому правильнее, характеризовать нелинейность УМЗЧ величиной Ки.

К сожалению, аппаратура для измерения коэффициента интермодуляционных искажений (особенно его малых значений) сложна и практически недоступна радиолюбителям. Однако учитывая, что и Кг и Ки характеризуют одну и ту же нелинейность, можно ограничиться измерением только первого из этих параметров [2], сделав поправку, учитывающую влияние Ки, т. е. установить норму на Кг, исходя из допустимого уровня не гармонических, а интермодуляционных составляющих. В этом случае допустимое значение коэффициента гармоник, естественно, будет в несколько раз меньше, а его снижение будет косвенным образом характеризовать уменьшение до приемлемого уровня других видов искажений. «Нельзя уменьшить Кг до 0,03 %, не улучшив линейности, скорости нарастания (выходного сигнала — Ю. С.) и т. д., а все вместе это вызовет существенное улучшение качества звучания» — так выразил эту мысль А. Черкашин.

Некоторое время тому назад много писалось о так называемых «динамических» искажениях (в зарубежной литературе их называют TID, TIM, SID и т. п.). Проявляются такие искажения в виде «завала» фронтов резких перепадов уровня реального музыкального сигнала, и в кратковременном возрастании нелинейных (как гармонических, так и интермодуляционных) искажений в этот момент из-за запаздывания сигнала ООС (петля ООС на короткое время оказывается разомкнутой, и если глубина ООС велика, то входные каскады усилителя перегружаются). Методы борьбы с динамическими искажениями известны: это повышение быстродействия усилителя и уменьшение до разумных пределов глубины общей ООС. Связанное с последней мерой увеличение гармонических и интермодуляционных искажений требует тщательной линеаризации отдельных каскадов УМЗЧ.

Общие итоги дискуссии можно сформулировать следующим образом:

— коэффициент гармоник УМЗЧ (без учета интермодуляционных и динамических искажений) может достигать 0,2...0,3 %, что совпадает с рекомендациями, приведенными в [1], но при этом необходимо принять меры но снижению до такого же значения коэффициента интермодуляционных искажений;

— если по каким-либо причинам измерить коэффициент интермодуляционных искажений не удается, можно ограничиться измерением коэффициента гармоник, но допустимое его значение в этом случае не должно превышать 0,03...0,1 % (в зависимости от особенностей УМЗЧ), что соответствует рекомендациям [2];

— окончательное суждение о качестве УМЗЧ можно вынести лишь после проведения субъективных экспертиз, позволяющих учесть особенности человеческого слуха, параметры громкоговорителей, акустические характеристики помещения прослушивания и т. д.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Лексины Валентин и Виктор. О заметности нелинейных искажений усилителя мощности. — Радио, 1984, № 2, с. 33—36.
  2. Пикерсгиль А., Беспалов H. Феномен «транзисторного» звучания. Радио, 1981. № 12. с 36—38.
  3. Акулиничев И. Векторный индикатор нелинейных искажений. - Радио. 1977. № 6, с. 42.
  4. Акулиничев И. Приставка к осциллографу для оценки качества усилителей. — Радио, 1980, № 4. с. 40
  5. Акулиничев И. Селекция сигнала искажений. — Радио. 1983, № 10. с. 42.
  6. Солнцев Ю. Высококачественный усилитель мощности. — Радио. 1984, № 5. с. 29—34.
  7. Войшвилло Г. В. Современная техника усиления сигналов. М.: Советское радио. 1978. с. 16

Радио № 2 1985

< Пред.   След. >
up Главная | Новости | Усилители мощности | Предусилители | Акустика | Источники сигнала | FAQ | Форум | Карта сайта up
 

Mambo is Free Software released under the GNU/GPL License.