Новые методики измерения качества отдельных узлов (УНЧ) и всей системы звуковоспроизведения
Почти на всех форумах, посвященных качественным системам звукового воспроизведения, постоянно возникают споры, как нужно измерять качество работы аппаратуры.
Для объективной регистрации искажений УНЧ, заметных на слух, можно изменить традиционные методики измерения качества или точности работы УНЧ.
По обычным методикам, с использованием стационарных (синусоидальных) сигналов, выявить все виды искажений, которые дают специфическую "окраску звуку" не всегда получается.
В качестве таких сигналов, которые удобно будет сравнивать, можно предложить, например, пачки импульсов синусоид.
Еще лучше использовать пачки импульсных сигналов с широким спектром и меняющейся во времени формой сигналов.
Например, пачки пилообразных сигналов, спектр которых простирается относительно первой гармоники как минимум до граничной частоты звукового диапазона (до 20 000 Гц) и по огибающей напоминает распределение энергии по частотам в звуковых музыкальных сигналах.
Для дополнительного усложнения формы сигнала, амплитуду таких пачкообразных, импульсных сигналов можно менять по уровню во всем звуковом диапазоне частот звуковых сигналов.
Таким образом, имея на входе и выходе анализируемого УНЧ сигнал оригинала и его копии, можно будет их с высокой точностью записать в виде реализаций, например, на современном, профессиональном звуковом редакторе в виде соответствующих реализаций.
Для расчета ошибки работы системы или УНЧ нужно будет выбрать одинаковые по времени отрезки входного и выходного сигнала, пронормировать эти реализации по энергии (грубо говоря, выставить одинаковый их уровень).
Имея записи реализаций сигналов на звуковом редакторе реализаций опорного и искаженного сигнала, можно потом найти среднеквадратическое отклонение (СКО) этих сигналов друг от друга.
СКО ищется очень просто.
1. Делают отсчеты амплитуды с удвоенной высшей частотой Fв (или используются уже ранее сделанные отсчеты, например, в звуковом редакторе).
2. Находят квадратичекие отклонения ( КО) отсчетов друг от друга для каждого момента времени. Вычитают из отсчета одной реализации отсчет другой реализации или наоборот. Полученную разность возводят в квадрат.
4. Полученные, таким образом, квадратические отклонения (КО) для всех точек отсчетов суммируют.
5. Эту сумму делят (усредняют) на число сделанных отсчетов и получают конечное значение СКО в виде конкретного числа.
Понятно, что само значение СКО может также зависеть от формы тест-сигнала. Чем более сложный по форме будет тест-сигнал для УНЧ, тем и СКО может быть больше. Поэтому для сравнения точности работы, например разных УНЧ, нужно использовать одни и те же тест- сигналы.
СКО, как единственный интегральный показатель точности повторения реализации на выходе устройства или элемента очень удобен и понятен для анализа. Чем больше будет СКО для одних и тех же тест-сигналов, тем выше искажающие свойства соответствующего устройства, например, УНЧ. И наоборот - чем меньше СКО, тем более достоверно или точней УНЧ воспроизводит такие сложные, звукоподобные сигналы.
Такой способ анализа искажающих свойств УНЧ (или любого другого линейного четырехполюсника) самый точный и научно обоснованный на сегодняшнее время. Он позволяет зарегистрировать все виды возможных искажений УНЧ - искажения АЧХ, ФЧХ, нелинейные искажения, интермодуляционные искажения и даже инерционно нелинейные искажения (ИНИ).
Кроме того, этот способ позволяет отразить в параметре интегрального показателя качества работы УНЧ и другие важные параметры – уровень помех, наводок и шума УНЧ или иного узла.
Результат получается в виде одного числа - СКО, которые легко сравнивать с другим числом – результатом анализа, например другого УНЧ.
Это намного проще и наглядней, чем анализировать и сопоставлять большую группу отдельных параметров, как это имеет место сейчас.
Измерения СКО линейных усилителей можно проводить и с любыми силовыми или межблочными проводами одинакового или разного типа. Это позволит ответить на вопросы влияния сечения, длины и конструкции проводов в конечный уровень искажений группы устройств и точности согласования между собой соответствующих узлов звуковоспроизводящей системы (предварительный усилитель, УНЧ + провода или только проводов).
Для измерения интегральный искажений четырехполюсников, которые выполнены, например, в виде фильтров с регламентированной АЧХ, необходимо на их входе ставить зеркально обратный по АЧХ фильтр с малыми собственными искажениями и очень точной обратно зеркальной АЧХ. И тогда можно измерять, например интегральные искажения различных типов фокорректоров для проигрывания грампластинок, имеющую ту или иную АЧХ, например, в соответствии со стандартом RIAA. Фильтр можно выполнить в виде физического устройства или реализовать его виртуально – в виде подпрограммы.
Изложенная кратко методика не всегда будет корректно работать при анализе работы УНЧ с АС в конкретном помещении прослушивания.,
Если в современных УНЧ искажения формы сигнала, как правило, меньше 0,1% и даже в лучших образцах меньше 0,001%, то искажения сигналов в комнате прослушивания (КП) могут достигать десятков процентов. Вот так могут выглядеть низкочастотные импульсные сигналы в жилой КП.
Поэтому практически в любом помещении прослушивания форма реализации сигнала, например с выхода микрофона, установлено в точке прослушивания будет очень сильно отличаться от формы реализации сигнала с выхода источника сигнала (формы тест-сигнала).
Вот так примерно могут выглядеть сигналы разной формы в реальной точке прослушивания.
Для сопоставления точности работы всей системы с учетом искажающих свойств АС и КП лучше использовать более загубленный способ сопоставления точности работы системы по отношению к опорным тест - сигналам.
Он заключается в сопоставлении не мгновенных отсчетов в реализациях сигналов, а как бы при анализе или сопоставлении точности повторения огибающей сигнала в точке прослушивания по отношению к огибающей тест - сигнала .
Но это уже отдельная тема. Сейчас мы не будем рассматривать эту методику оценки точности работы всей звуковоспроизводящей системы в специально неприспособленном помещении прослушивания, поскольку тема, в основном, про точность работы УНЧ.
Можно предложить и другой - упрощенный способ регистрации искажений УНЧ по специальным тест- сигналам упрощенного типа - периодическим сигналам, например, типа 'пила'.
Схема этого устройств очень простая. На (+) вход ОУ высокой верности подают через регулятор уровня тест-сигнал с выхода УНЧ. А на (-) вход подают входной, опорный тест-сигнал. ОУ работает по схеме вычитающего устройства. При этом, желательно, иметь искажения ОУ не больше 0,00008- 0,0002%. И СКО ОУ должно быть, как минимум, на порядок меньше СКО хорошего УНЧ.
Итерационно подбирая уровни сигналов, находят на таком вычитающем устройстве минимальный уровень разностного сигнала.
Затем полученный, таким образом, переменный сигнал (ошибки работы УНЧ) усиливают и усиленное напряжение детектируют.
Сигнал с выхода этой микросхемы подают на интегратор с постоянной времени, например 0,5-5 секунды.
Этот сигнал постоянного напряжения как раз и будет отображать интегральную ошибку любого усилителя или иного четырехполюсника или даже всей системы.
Можно использовать и такую схему.
Понятно, что на стационарных звукоподобных, периодически повторяющихся сигналах отпадает необходимость сравнения уровней напряжения на выходе устройства в строго одно и то же время относительно начала тест-сигнала. Поскольку при выполнении условия, что постоянная времени интеграции будет много больше периода повторения тест-сигнала, напряжение на выходе интегратора будет практически неизменным. А вот при измерении искажений по реальным музыкальным реализациям (фонограммам), нужно измерения фиксировать в одно и то же время. Или в разные времена относительно начала воспроизведения такой реализации на разных УНЧ. И постоянные времени интеграции должны быть одинаковыми. Это позволит достоверно выяснить, какой из УНЧ более точно воспроизводит эти звуковые сигналы на том или ином по длительности участке реализации сигнала и при разных как бы кусках реализаций сигналов.
Ответить с цитированием
Сообщение от Мусатов Константин
