Intermodulacijsko popačenje: koncept, merilne značilnosti in metode za zmanjšanje

Pri izbiri ojačevalnikov, monitorjev in podobne opreme se neizkušeni ljudje pogosto ravnajo po parametrih, kot sta moč in amplitudno-frekvenčni odziv. Zahtevnejše ljudi zanima vrednost harmonskega koeficienta. In le najbolj vešči omenjajo intermodulacijsko popačenje. Čeprav je njihov škodljivi učinek najobsežnejši od vseh. Poleg tega jih je zelo težko izmeriti in opredeliti.

Uvodne informacije

Najprej začnimo z opredelitvijo. Ko na vhod ojačevalnika, ki nima zelo linearnega odziva, pripeljemo signal dveh frekvenc, nastanejo harmoniki (nadtoni). Pri tem ne gre le za dva, temveč tudi za njuno matematično vsoto in razliko. Slednje se imenuje intermodulacijsko popačenje.

Majhen primer

Predpostavimo, da imamo signal. Sestavljena je iz dveh frekvenc, 1000 Hz in 1100 Hz. To pomeni, da bodo na izhodu ojačevalnika tudi signali 2100 Hz (1000+1100) in 100 Hz (1100-1000). In to so le derivati harmonskih elementov prvega reda!

Še en primer. Vzameta se dve frekvenci, ki se razlikujeta za kvino. Na primer 1000 Hz in 1500 Hz. V tem primeru sta harmoniki drugega reda 2000 Hz in 3000 Hz, harmoniki tretjega reda pa 3000 Hz in 4500 Hz. Glede na 1000 Hz so vrednosti 2000 Hz, 3000 Hz in 4500 Hz oktavne, dvanajstinske in nona. Pri frekvenci 1500 Hz je položaj nekoliko drugačen. Glede na to so harmonske frekvence 2000 Hz, 3000 Hz in 4500 Hz kvartne, oktavne in dvanajstinske.

Opozoriti je treba, da so obetoni, ki jih povzročata obe obravnavani frekvenci, v korelaciji s temeljnimi toni. To pa ni presenetljivo, saj so vse glasbeni instrumenti se uporabljajo za ustvarjanje naravnih harmonskih zvokov.

Katere so značilnosti intermodulacijskega popačenja?

Njegova posebnost je, da ustvarja signale, katerih frekvence so vsota in razlika nadtonov. Opozoriti je treba, da se dobljene kombinacije ne ujemajo vedno z vrednostmi osnovnih. Poleg tega zaradi kompleksne spektralne porazdelitve rezultatov ne le, da ne pride do obogatene harmonske strukture (kot je to mogoče pri nadtonih nižjega reda), temveč začne spominjati na običajno dodajanje šuma.

To je še posebej pomembno pri ustvarjanju ali predvajanju kompleksnih glasbenih signalov. Z merjenjem intermodulacijskega popačenja poskušamo določiti stopnjo nelinearnosti sistema. Pri zvočnikih so takšni učinki na primer posledica spreminjanja elastičnosti gibljive membrane. Enako velja za obnašanje magnetnih polj pri različnih pogojih vzbujanja. Mimogrede, zvočnik je dober primer sistema, ki se pri različnih ravneh glasnosti obnaša asimetrično.

To dejansko povzroča nelinearne učinke v zvočnem izhodu. Če bi bil zvočnik sistem s simetričnim obnašanjem, ne bi bilo nobenega razloga za pojav intermodulacijskega popačenja. Iz tega mimogrede sledi, da če je na izhodu sistema harmonična, mora biti vedno prisotna neka nelinearnost.

Kakšen je vmesni sklep, ki ga je mogoče potegniti iz tega?

Če povzamemo zgoraj navedeno, je treba opozoriti, da harmonsko popačenje ne dokazuje nastanka procesov, ki vodijo v neglasbene sisteme. Poleg tega lahko neposredne primerjave različnih naprav z uporabo tega parametra povzročijo precejšnjo zmedo glede kakovosti ustvarjenih signalov.

Zelo zgovoren primer je intermodulacijsko popačenje v ojačevalnikih. Veliko ljudi meni, da imajo elektronke boljši zvok kot tranzistorji. Čeprav slednji povzročajo za red velikosti manj popačenj.

O merjenju in izkrivljanju

Že zdaj je jasno, da je intermodulacijsko popačenje resnična in prikrita težava. Če pa ga želite zmanjšati, morate opraviti veliko dela s preučevanjem. Dobre rezultate je dosegel ruski elektroakustik Aleksander Voishvillo. Njegovo delo je priporočljivo branje za vse, ki želijo izboljšati svoje razumevanje te teme. Najprej je treba opozoriti, da se popačenja pojavljajo glede na ustvarjeno frekvenco.

Ta metoda zazna, ko je presežena mejna vrednost. To je opazno v primerih, ko so zaznane intermodulacijske motnje tretjega reda, pa tudi drugega reda. Pri kateri koli posamezni frekvenci lahko harmonično raven ugotovimo tako, da od ravni odziva, ugotovljene pri aksialni usmerjenosti, odštejemo popačenje.

Katere metode za merjenje intermodulacijskega popačenja obstajajo??

Teorije spajanja in verjetnosti ter matematične statistike se uporabljajo kot osnova za. To dopolnjujejo spektralna analiza, metode aproksimacije nelinearnih značilnosti in računalniška simulacija diagramov z več žarki. Konkretnejše rešitve so naslednje:

1. Računalniško usmerjena metoda za analizo in izračun spektra izhodnega signala z aproksimacijo prenosnih karakteristik z uporabo Besselovih funkcij. Ima visoko natančnost, ki se giblje od 0,1 do 0,2 dB.
2. Skupina numeričnih analitičnih metod za modeliranje večpotnih diagramov. Zaradi novosti se ne uporablja pogosto, vendar je bila njegova učinkovitost potrjena z eksperimentalnimi študijami.
3. Uporaba vrste parametrov in modelov polarnih in spektralnih smernih diagramov parazitnih in glavnih lobusov. To se pogosto uporablja pri delu s satelitskimi komunikacijskimi sistemi, za katere se zagotavljajo conske storitve.

To niso vse merilne tehnike za intermodulacijsko popačenje. Za Radiotrakt so značilne posebne značilnosti, ki jih je treba upoštevati tako pri opravljanju dela kot pri izzivu zmanjševanja vpliva.

Praktične rešitve za zaščito

Na ta izziv ni enotnega univerzalnega odgovora. Zato se obrnite na:

1. Programsko-hardverski korektor značilnosti prenosa. Omogoča povečanje učinkovitosti za 10-15 %, hkrati pa zmanjša porabo energije za 15-20 %. Poleg tega se prenosna zmogljivost sistema poveča za 5 %.
2. Algoritmi in programi za teoretične izračune, ki omogočajo nadzor Ramanovih spektrov in parazitnega sevanja. Z njimi je mogoče doseči enako 10-15-odstotno povečanje učinkovitosti oddajnih poti, hkrati pa zmanjšati porabo energije za 15-20 %.
3. Uporaba računalniško podprte metode analize Ramanovega spektra z aproksimacijo z Besselovimi funkcijami. Ta rešitev omogoča teoretični izračun, nadzor in zmanjšanje parazitnih emisij v delujočih sistemih.

Poleg številnih drugih. Glede na zastavljene cilje se izbere nekaj posebnega, pri čemer se je treba osredotočiti na aktualna vprašanja.

Nekaj o praktičnem delu

Kako poslušati intermodulacijske motnje in se nanje odzvati? Zakaj bi jih sploh merili?? Opozoriti je treba, da to ni tako enostavno, kot se zdi na prvi pogled. Velikost intermodulacijskega popačenja je odvisna od frekvenčnega območja signala, njegove absolutne ravni, kompleksnosti, razmerja med najvišjo in povprečno vrednostjo, oblike valovanja, interakcije med omenjenimi dejavniki in številnih drugih razlogov. Zato je težko izmeriti vrednosti. Navsezadnje potekajo procesi, pri katerih nekatere frekvence vplivajo na nastanek drugih frekvenc. Teoretično pa se lahko število variacij približuje neskončnosti.

Faktor intermodulacijskega popačenja ima pomembno vlogo pri vrednotenju. To je pokazatelj nelinearnega popačenja ojačevalnika. Uporablja faktor intermodulacijskega popačenja, ki predstavlja, kolikšen del glavnega signala predstavljajo dodatne oscilacije. Ta vrednost naj ne bi presegala 1 %. manjši kot je, bolj zvesto zveni viru. Visokokakovostni ojačevalniki se ponašajo s faktorjem popačenja, ki znaša stotinko odstotka ali celo manj.

Ne samo viri

Pojav izkrivljanj ni omejen na eno samo točko njihovega nastanka. Pri sprejemanju signalov se pojavijo tudi nekatere težave. Tako se v sprejemnikih pojavljajo intermodulacijska popačenja. To še posebej velja za različno radijsko opremo. Gre za zmanjšanje ravni koristnega signala in poslabšanje njegovega razmerja do šuma. Opozoriti je treba, da lahko močne motnje celo ovirajo delovanje sosednjih signalov. V takem primeru govorimo o navzkrižnem popačenju.

Ta pojav se pojavi, ko se signal in radijske motnje ne ujemajo s frekvencami glavnih in podobnih kanalov. Kakšna je narava tega pojava? Presluhi se pojavijo kot delna posledica interakcije med spektralnimi komponentami moduliranih motenj in želenega signala na nelinearnosti sprejemnika. Vidljivost je ogrožena, pri večjih težavah pa je normalen sprejem onemogočen.

Zapomnite si pomembne točke

Intermodulacijsko popačenje postane moduliran šum. Za razumevanje pojava si je dovolj predstavljati situacijo, ko nekdo doma želi poslušati dober glasbeni sistem, za oknom pa je človek, ki s polno hitrostjo upravlja motorno žago, namenjeno svojemu namenu. Raven hrupa je odvisna od spektralne gostote in glasnosti glasbe.

Čeprav je treba opozoriti, da ni neposredne povezave. Če pride do intermodulacijskega popačenja, se izgubita slišnost in jasnost. V spodnjem delu ravni signalov podrobnosti se izgubijo, prav tako se izgubi značilna lahkotnost. To je še posebej problematično za pihalne orkestre in zbore. Če smo jih navajeni poslušati v živo, smo lahko ob poslušanju istih pesmi prek zvočnika zelo razočarani.

To pa zato, ker se pri mešanju in predvajanju vsega prek dveh zvočnikov popačenja zelo izrazito pokažejo. Če so predmeti postavljeni v različnih točkah v prostoru, je število problemov za red velikosti manjše.

Zanimive raziskave

Rad bi omenil rezultate študij, ki jih je mogoče izvesti z uporabo večfrekvenčne metode. Gre za to, da se skozi sistem hkrati prenaša več signalov z različnimi toni. Frekvence so izbrane tako, da se čim bolj ločijo intermodulacijske komponente. Tako boste natančneje spoznali problematično območje.

Večfrekvenčna metoda je pokazala, da je v številnih primerih skupna količina zaznanih intermodulacijskih popačenj štirikrat večja od vsote koeficientov nelinearnih popačenj. Iz tega je mogoče preprosto sklepati. To, kar pogosto štejemo za harmonsko popačenje, je v resnici večinoma sestavljeno iz pojavov intermodulacijske narave. Potem je zelo enostavno razložiti, zakaj vrednost koeficienta ni v dobri korelaciji z dejanskim zaznanim zvokom.

Zaključek

To je pravzaprav vse, kar mora povprečen človek vedeti o intermodulacijskih popačenjih. Opozoriti je treba, da je ta tema zelo široka in zajema številna področja, tudi vesolje! Bogato znanje, ki je na voljo, pa bo zanimivo le za strokovnjake, ki se ukvarjajo z resnimi raziskavami in preiskavami.