فييتألف تاريخ إعادة إنتاج الصوت بأكمله من محاولات لتقريب الوهم من الأصل. وعلى الرغم من قطع مسافة كبيرة، إلا أننا لا نزال بعيدين جدًا عن الاقتراب بشكل كامل من الصوت الحي. يمكن قياس الاختلافات في العديد من المعلمات، ولكن لا يزال عدد قليل منها خارج مجال رؤية مطوري المعدات. إحدى الخصائص الرئيسية التي ينتبه إليها دائمًا المستهلك من أي خلفية هي عامل التشوه غير الخطي (THD) .

وما قيمة هذا المعامل الذي يشير بشكل موضوعي إلى حد ما إلى جودة الجهاز؟ أولئك الذين نفد صبرهم قد يجدون على الفور محاولة للإجابة على هذا السؤال في النهاية. بالنسبة للبقية سوف نستمر.
هذا المعامل، والذي يسمى أيضًا معامل التشوه التوافقي الإجمالي، هو النسبة، معبرًا عنها كنسبة مئوية، من السعة الفعالة للمكونات التوافقية عند إخراج الجهاز (مكبر الصوت، مسجل الشريط، إلخ) إلى السعة الفعالة للمكونات التوافقية. إشارة التردد الأساسية عندما يتم تطبيق إشارة جيبية من هذا التردد على مدخلات الجهاز. وبالتالي، فإنه يجعل من الممكن قياس اللاخطية لخاصية النقل، والتي تتجلى في ظهور إشارة الخرج للمكونات الطيفية (التوافقيات) التي تكون غائبة في إشارة الدخل. بمعنى آخر، هناك تغيير نوعي في طيف الإشارة الموسيقية.

بالإضافة إلى التشوهات التوافقية الموضوعية الموجودة في إشارة الصوت المسموعة، هناك مشكلة التشوهات غير الموجودة في الصوت الحقيقي، ولكن يتم الشعور بها بسبب التوافقيات الذاتية التي تنشأ في قوقعة الأذن الوسطى عندما كميات كبيرة ضغط الصوت. المعينة السمعية البشرية هي نظام غير خطي. تتجلى عدم خطية السمع في حقيقة أنه عندما تتعرض طبلة الأذن لصوت جيبي بتردد f، يتم إنشاء توافقيات هذا الصوت بترددات 2f و3f وما إلى ذلك في المعينة السمعية. وبما أن هذه التوافقيات غير موجودة في النغمة المؤثرة الأولية، فإنها تسمى التوافقيات الذاتية.

وبطبيعة الحال، هذا يزيد من تعقيد فكرة النهاية مستوى مقبولالتوافقيات من مسار الصوت. مع زيادة شدة النغمة الأولية، يزداد حجم التوافقيات الذاتية بشكل حاد وقد يتجاوز شدة النغمة الأولية. يعطي هذا الظرف سببًا لافتراض أن الأصوات ذات التردد الأقل من 100 هرتز لا يتم الشعور بها من تلقاء نفسها، ولكن بسبب التوافقيات الذاتية التي تخلقها، وتقع في نطاق التردد فوق 100 هرتز، أي. بسبب عدم خطية السمع. أسباب جسديةإن تشوهات الأجهزة الناتجة في الأجهزة المختلفة لها طبيعة مختلفة، ومساهمة كل منها في التشوهات الإجمالية للمسار بأكمله ليست هي نفسها.

إن تشويه مشغلات الأقراص المضغوطة الحديثة منخفض جدًا وغير ملحوظ تقريبًا مقارنة بتشويه الوحدات الأخرى. بالنسبة لأنظمة مكبرات الصوت، يعد التشوه منخفض التردد الناتج عن رأس الجهير هو الأكثر أهمية، ويحدد المعيار متطلبات التوافقيات الثانية والثالثة فقط في نطاق التردد حتى 250 هرتز. ولصوت جيد جدا نظام مكبر الصوتيمكن أن تكون في حدود 1% أو حتى أكثر قليلاً. في مسجلات الشريط التناظرية المشكلة الرئيسيةمتعلق ب الأسس الماديةالتسجيل على شريط ممغنط، هو التوافقي الثالث، وعادة ما يتم ذكر قيمه في تعليمات الخلط. لكن القيمة القصوى، حيث يتم دائمًا إجراء قياسات مستوى الضوضاء، على سبيل المثال، وهي 3٪ لتردد 333 هرتز. تشويه الجزء الإلكتروني من مسجلات الأشرطة أقل بكثير.
سواء في حالة الصوتيات أو مسجلات الأشرطة التناظرية، نظرًا لأن التشوهات تكون بشكل أساسي ذات تردد منخفض، فإن إمكانية ملاحظتها الذاتية تقل بشكل كبير بسبب تأثير الإخفاء (الذي يتكون من حقيقة وجود إشارتين صوتيتين في وقت واحد، كلما زادت -التردد الأول مسموع بشكل أفضل).

وبالتالي فإن المصدر الرئيسي للتشويه في مسارك سيكون مضخم الطاقة، والذي بدوره المصدر الرئيسي هو عدم خطية خصائص النقل العناصر النشطة: الترانزستورات والأنابيب المفرغة، وفي مضخمات المحولات، تتم أيضًا إضافة تشوهات المحولات غير الخطية المرتبطة باللاخطية لمنحنى المغنطة. ومن الواضح أن التشوه، من ناحية، يعتمد على شكل اللاخطية لخاصية النقل، ولكن أيضًا على طبيعة إشارة الدخل.

على سبيل المثال، فإن خاصية النقل لمكبر الصوت مع القطع السلس عند السعات الكبيرة لن تسبب أي تشويه للإشارات الجيبية تحت مستوى القطع، ولكن مع زيادة الإشارة فوق هذا المستوى، يظهر التشوه وسيزداد. هذا النوع من القيود متأصل بشكل رئيسي في مكبرات الصوت الأنبوبية، والتي قد تكون إلى حد ما بمثابة أحد أسباب تفضيل المستمعين لمثل هذه مكبرات الصوت. وقد استخدمت NAD هذه الميزة في سلسلة من مكبرات الصوت المشهورة ذات "الحد الناعم" والتي تم إنتاجها منذ أوائل الثمانينيات: القدرة على تشغيل الوضع مع تقليد قطع الأنبوب خلقت جيشًا كبيرًا من محبي مكبرات الصوت الترانزستور لهذه الشركة .
في المقابل، فإن خاصية القطع المركزي (التشويه التدريجي) لمكبر الصوت، والتي تعتبر نموذجية في نماذج الترانزستور، تسبب تشويهًا في الإشارات الموسيقية والجيبية الصغيرة، وسوف ينخفض ​​التشوه مع زيادة مستوى الإشارة. وبالتالي، فإن التشويه لا يعتمد فقط على شكل خاصية النقل، بل أيضًا التوزيع الإحصائيمستويات إشارة الإدخال، والتي ل برامج الموسيقىبالقرب من إشارة الضوضاء. لذلك، بالإضافة إلى قياس SOI باستخدام إشارة جيبية، من الممكن قياس التشوهات غير الخطية لأجهزة التضخيم باستخدام مجموع ثلاث إشارات جيبية أو ضوضاء، والتي، في ضوء ما سبق، تعطي صورة أكثر موضوعية عن التشوهات.

وزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي.

الوكالة الفيدرالية للتعليم.

جامعة ولاية يليتس سميت باسم. .

كلية الهندسة والفيزياء.

قسم الالكترونيات الراديوية وهندسة الحاسوب

عمل الدورة

حول الموضوع: "تشويه الأنبوب، الترانزستور، UMZCH الرقمي."

مكتمل: طالب المجموعة F-51

قبلت: فن. القس.

يليتس-2008.

حول إمكانية ملاحظة التشوهات غير الخطية ........................................... ........ 3 الأنابيب والترانزستورات و"الأرقام" في أشكال الموجات فوق الصوتية ........................... ..................... 6 خصائص التشوه غير الخطي ........................... ...........طريقة تصحيح التشوهات غير الخطية ............قائمة المصادر المستخدمة ........... ........................................ ............

على رؤية التشوهات غير الخطية.

يتألف تاريخ إعادة إنتاج الصوت بأكمله من محاولات لتقريب الوهم من الأصل. وعلى الرغم من قطع مسافة كبيرة، إلا أننا لا نزال بعيدين جدًا عن الاقتراب بشكل كامل من الصوت الحي. يمكن قياس الاختلافات في العديد من المعلمات، ولكن لا يزال عدد قليل منها خارج مجال رؤية مطوري المعدات. إحدى الخصائص الرئيسية التي ينتبه إليها المستهلك دائمًا في أي تدريب هو عامل التشويه غير الخطي (THD).

وما قيمة هذا المعامل الذي يشير بشكل موضوعي إلى حد ما إلى جودة الجهاز؟ أولئك الذين نفد صبرهم قد يجدون على الفور محاولة للإجابة على هذا السؤال في النهاية. بالنسبة للبقية سوف نستمر. هذا المعامل، والذي يسمى أيضًا معامل التشوه التوافقي الإجمالي، هو النسبة، معبرًا عنها كنسبة مئوية، من السعة الفعالة للمكونات التوافقية عند إخراج الجهاز (مكبر الصوت، مسجل الشريط، إلخ) إلى السعة الفعالة للمكونات التوافقية. إشارة التردد الأساسية عندما يتم تطبيق إشارة جيبية من هذا التردد على مدخلات الجهاز. وبالتالي، فإنه يجعل من الممكن قياس اللاخطية لخاصية النقل، والتي تتجلى في ظهور إشارة الخرج للمكونات الطيفية (التوافقيات) التي تكون غائبة في إشارة الدخل. بمعنى آخر، هناك تغيير نوعي في طيف الإشارة الموسيقية. بالإضافة إلى التشوهات التوافقية الموضوعية الموجودة في إشارة الصوت المسموعة، هناك مشكلة التشوهات غير الموجودة في الصوت الحقيقي، ولكن يتم الشعور بها بسبب التوافقيات الذاتية التي تنشأ في قوقعة الأذن الوسطى عند ارتفاعها قيم ضغط الصوت. المعينة السمعية البشرية هي نظام غير خطي. وتتجلى عدم خطية السمع في حقيقة أنه عندما تتعرض طبلة الأذن لصوت جيبي ذو تردد Fتوافقيات هذا الصوت مع الترددات 2 F, 3Fإلخ وبما أن هذه التوافقيات غير موجودة في النغمة المؤثرة الأولية فإنها تسمى التوافقيات الذاتية.

وبطبيعة الحال، فإن هذا يزيد من تعقيد فكرة الحد الأقصى المسموح به من التوافقيات في المسار الصوتي. مع زيادة شدة النغمة الأولية، يزداد حجم التوافقيات الذاتية بشكل حاد وقد يتجاوز شدة النغمة الأولية. يعطي هذا الظرف سببًا لافتراض أن الأصوات ذات التردد الأقل من 100 هرتز لا يتم الشعور بها من تلقاء نفسها، ولكن بسبب التوافقيات الذاتية التي تنشئها تقع في نطاق التردد فوق 100 هرتز، أي بسبب عدم خطية السمع. الأسباب المادية لتشوهات الأجهزة الناشئة في أجهزة مختلفةلها طبيعة مختلفة، ومساهمة كل منها في التشوهات العامة للمسار بأكمله ليست واحدة. إن تشويه مشغلات الأقراص المضغوطة الحديثة منخفض جدًا وغير ملحوظ تقريبًا مقارنة بتشويه الوحدات الأخرى. بالنسبة لأنظمة مكبرات الصوت، يعد التشوه منخفض التردد الناتج عن رأس الجهير هو الأكثر أهمية، ويحدد المعيار متطلبات التوافقيات الثانية والثالثة فقط في نطاق التردد حتى 250 هرتز. وبالنسبة لنظام مكبرات صوت جيد جدًا، يمكن أن تكون في حدود 1% أو حتى أكثر قليلاً. في مسجلات الأشرطة التناظرية، المشكلة الرئيسية المرتبطة بالأساس المادي للتسجيل على الشريط المغناطيسي هي التوافقي الثالث، وعادة ما يتم إعطاء قيمه في تعليمات الخلط. لكن القيمة القصوى التي يتم عندها، على سبيل المثال، إجراء قياسات مستوى الضوضاء دائمًا هي 3% لتردد 333 هرتز. تشويه الجزء الإلكتروني من مسجلات الأشرطة أقل بكثير.

سواء في حالة الصوتيات أو مسجلات الأشرطة التناظرية، نظرًا لأن التشوهات تكون بشكل أساسي ذات تردد منخفض، فإن إمكانية ملاحظتها الذاتية تقل بشكل كبير بسبب تأثير الإخفاء (الذي يتكون من حقيقة وجود إشارتين صوتيتين في وقت واحد، كلما زادت -التردد الأول مسموع بشكل أفضل). لذا فإن المصدر الرئيسي للتشويه في مسارك سيكون مضخم الطاقة، والذي بدوره المصدر الرئيسي هو عدم الخطية لخصائص النقل للعناصر النشطة: الترانزستورات و أنابيب مفرغة، وفي مكبرات الصوت المحولة يضيفون أيضًا تشويه غير خطيالمحول المرتبط باللاخطية لمنحنى المغنطة. ومن الواضح أن التشوه، من ناحية، يعتمد على شكل اللاخطية لخاصية النقل، ولكن أيضًا على طبيعة إشارة الدخل.

على سبيل المثال، فإن خاصية النقل لمكبر الصوت مع القطع السلس عند السعات الكبيرة لن تسبب أي تشويه للإشارات الجيبية تحت مستوى القطع، ولكن مع زيادة الإشارة فوق هذا المستوى، يظهر التشوه وسيزداد. هذا النوع من القيود متأصل بشكل رئيسي في مكبرات الصوت الأنبوبية، والتي قد تكون إلى حد ما بمثابة أحد أسباب تفضيل المستمعين لمثل هذه مكبرات الصوت. وقد استخدمت NAD هذه الميزة في سلسلة من مكبرات الصوت المشهورة ذات "الحد الناعم" والتي تم إنتاجها منذ أوائل الثمانينيات: القدرة على تشغيل الوضع مع تقليد قطع الأنبوب خلقت جيشًا كبيرًا من محبي مكبرات الصوت الترانزستور لهذه الشركة . في المقابل، فإن خاصية القطع المركزي (التشويه التدريجي) لمكبر الصوت، والتي تعتبر نموذجية في نماذج الترانزستور، تسبب تشويهًا في الإشارات الموسيقية والجيبية الصغيرة، وسوف ينخفض ​​التشوه مع زيادة مستوى الإشارة. وبالتالي، لا يعتمد التشويه على شكل خاصية النقل فحسب، بل يعتمد أيضًا على التوزيع الإحصائي لمستويات إشارة الإدخال، والتي تكون قريبة من إشارة الضوضاء بالنسبة للبرامج الموسيقية. لذلك، بالإضافة إلى قياس SOI باستخدام إشارة جيبية، من الممكن قياس التشوهات غير الخطية لأجهزة التضخيم باستخدام مجموع ثلاث إشارات جيبية أو ضوضاء، والتي، في ضوء ما سبق، تعطي صورة أكثر موضوعية عن التشوهات.

ولسوء الحظ، فإن هذا الأخير لم يتلق الاعتراف الدولي و واسع الانتشار. إن المنهجية غير المطورة بشكل كافٍ لقياس SOI تظهر بشكل مقنع من خلال ما يسمى "مفارقة الترانزستور". في الواقع، كيف يمكننا أن نفسر أنه وفقًا لنتائج العديد من الاختبارات الشخصية، فإن مكبرات الصوت الأنبوبية التي تحتوي على SOI، أكبر بمئات وحتى آلاف المرات من مكبرات الصوت الترانزستور، تحظى بتفضيل واضح؟ يُظهر تحليل التركيب الطيفي لتشوهات مضخمات الأنبوب والترانزستور اختلافًا كبيرًا بينهما: في مضخمات الأنبوب، تتم المساهمة الرئيسية في التشويه عن طريق التوافقيات ذات الترتيب المنخفض، وتتناقص شدتها بشكل متناسب مع زيادة العدد التوافقي في مضخم الترانزستور ، الطيف أوسع بكثير، وكثافة المكونات لا تصلح لأي نمط.

من الواضح، مع الأخذ في الاعتبار تأثير الإخفاء، يتم إضعاف التأثير على الإدراك الذاتي للمكونات التوافقية للتشوهات ذات الترتيب المنخفض، وبالتالي يتم التأكيد على دور التوافقيات الأعلى. وبالتالي، للحصول على تقييم أكثر صحة للتشوهات، سيكون من الضروري إدخال معاملات الترجيح عند تلخيص التوافقيات عند تحديد السعة الفعالة للتشوهات، وينبغي زيادة تأثير التوافقيات الأعلى. ومع ذلك، لا توجد طرق مقبولة عموما لمثل هذه القياسات. بالنسبة إلى اللاخطية النموذجية من النوع "الخطوة"، يكون مستوى إمكانية ملاحظة التشوه عن طريق الأذن للإشارة الجيبية هو 0,1%، وللإشارات الموسيقية 1%.

يتم قياس التشوه التوافقي على مدى تردد يتراوح من 40 هرتز إلى 16 كيلو هرتز وعلى مدى مستوى من مستوى الإخراج الاسمي إلى 23 ديسيبل تحت الصفر. لذا أنا مكبرات الصوت الحديثةيتراوح عادة من 0.001 إلى 296. لمكبرات الصوت hi-fi المعايير الدولية(IEC 581-6، وما إلى ذلك) حدد معيار التشوه عند 0.7%. للتحقق من مدى ملاحظة التشوهات في جهازك نظام المنزلممكن استخدامه إدخالات خاصةمع إضافة، بدقة المستوى المقررالتشوهات. على سبيل المثال، يوجد على القرص المضغوط الاختباري "MY DISC" (Sheffild Lab) عشرات المسارات مع تسجيلات لموجة جيبية منفصلة وإشارة موسيقية بمستويات تشويه تبلغ 0.03% و0.1% وما إلى ذلك مع زيادة التشوه تدريجيًا حتى 10%. .

الأنابيب والترانزستورات و"الأرقام" في الموجات فوق الصوتية.

الأساطير حول تشوهات رقمية محددة لم يتم تسجيلها بواسطة أي أدوات، مما يؤدي إلى انقطاع الصوت، هي سخيفة مثل التخاطر أو
صوت "الترانزستور". ومن الغريب أنه لا تزال هناك قصة بين عشاق الموسيقى حول مبدأ معين "بلا روح" في مكبرات الصوت الترانزستور (على عكس مكبرات الصوت الأنبوبية) وتشوهات "الترانزستور" غير المسجلة أدوات القياس. ومع ذلك، في أواخر السبعينيات، تمت دراسة هذه الظاهرة بشكل شامل وشرحها بالتفصيل في العديد من المقالات، بما في ذلك في مجلة راديو الهواة العامة "راديو". يكمن جوهر صوت "الترانزستور" في معدلات الانحلال المختلفة لسعة توافقيات التشوهات غير الخطية والعدد النسبي الصغير جدًا للتوافقيات الزوجية في مضخمات الترانزستور. تتميز مكبرات الصوت الأنبوبية بانخفاض أسي (أسرع بكثير)، ومكبرات الترانزستور، وانخفاض متناسب عكسيا (بطيء) في السعات التوافقية مع زيادة التردد. في الوقت نفسه، توجد في مكبرات الصوت الأنبوبية ظاهرة صوتية نفسية (بالمناسبة، والتي تشكل أساس معيار ضغط الصوت MPEG) تتمثل في إخفاء التوافقيات القليلة الأولى لجميع التوافقيات تقريبًا تردد أعلى. وبالتالي، بشكل شخصي، تتم إضافة التوافقيات القليلة الأولى والفردية فقط إلى الإشارة في مضخم الأنبوب، ويجب أن يكون مستواها مهمًا جدًا. عادة مكبر للصوت الأنبوبي مرحبا نهاية الطبقةلديه معامل تشويه غير خطي من 0.5% إلى 3.0% (على سبيل المثال مكبر الصوت "الأول" بسعر 900 دولار، المذكور في مراجعة مكبرات الصوت عالية الجودة في مجلة "Audi o-Video Salon"، العدد 6، الصفحة 61) .

تجدر الإشارة إلى أن معالجات تأثير معالجة الصوت في الاستوديو - المثيرات - تعمل على نفس المبدأ. بطريقة ما، مضخم الأنبوب هو المثير. هذا هو السبب في أن مكبرات الصوت الأنبوبية ذات التشوهات غير الخطية المنخفضة جدًا لا تحظى بشعبية كبيرة بين عشاق الموسيقى الذين يصفون صوتهم بأنه منفصل وغير عاطفي ولا يضيف سطوعًا للإشارة، بالقرب من صوت مضخم الترانزستور مع تشوهات غير خطية منخفضة جدًا. في مكبرات الصوت الترانزستور، يكون تأثير الإخفاء أضعف بكثير، مما يؤدي إلى تأثير الإثارة بإضافة الصوت "الأوساخ" و"الرمل". لذلك، للحصول على صوت قريب قليلاً على الأقل من "الأنبوب"، من الضروري تقليل عامل التشوه غير الخطي بأمر من حيث الحجم. انه لامر معقد مشكلة فنية، وحلها الأساليب الحديثةليس دائما مبررا اقتصاديا. ببساطة، يمكن أن يكلف مضخم الصوت الأنبوبي المصنوع في جنوب شرق آسيا أقل بكثير من مضخم الصوت الترانزستوري عالي الجودة المصنوع في أمريكا أو أوروبا، مع نفس جودة الصوت بشكل شخصي. الأمر الذي أدى في الواقع إلى أزمة وخراب العديد من الشركات الأمريكية الصغيرة العاملة في السوق الراقية في بداية عام 1998 (انظر مجلة Class A، مارس 1998).

تتميز ADC و DACs الرخيصة بعدم وجود انخفاض في السعات التوافقية مع زيادة التردد. القياسات المتخذة بطاقات الصوتآه في النطاق السعري من 10 إلى 60 دولارًا أظهر أنه بالنسبة لهذه البطاقات، يمكن لجميع التوافقيات حتى تردد أخذ العينات مقسومًا على اثنين أن يكون لها نفس السعة. هذا وضع صعب للغاية من وجهة نظر علم النفس الصوتي. مثل هذه ADC/DAC، على الرغم من معامل التشوه التوافقي المنخفض إلى حد ما (عادة 0.02-0.04٪)، لديها نوع من صوت الترانزستور المبالغ فيه و"تقتل" الصوت جيدًا. في المزيد نماذج باهظة الثمن ADC/DAC، حيث يكون اضمحلال السعة التوافقية تابعًا عكسيًا القانون النسبي، الصوت له بالفعل لون "الترانزستور" المعتاد. ومع ذلك، فقد ظهرت الآن معالجات ADC/DAC ذات 22-24 بت المصنعة بواسطة الأجهزة التناظرية مع معامل تشويه توافقي منخفض جدًا (يصل إلى 0.002%). فهي، على سبيل المثال، تستخدم في المعالج الرقميتأثيرات Boss GX700، والتي، وفقًا لمراجعات العديد من الموسيقيين الغربيين المشهورين، تتمتع بصوت "أنبوبي" أكثر من العديد من مكبرات الصوت الأنبوبية الحقيقية. لسوء الحظ، لسبب ما، لا توجد حتى الآن بطاقات صوت رخيصة منتجة بكميات كبيرة معروضة للبيع استنادًا إلى نماذج ADC الأحدث والأكثر تقدمًا وغير المكلفة (75 دولارًا فقط) من Analog Devices.

ومن المثير للاهتمام أن هناك العديد منها في سانت بطرسبرغ الشركات الصغيرةتقديم محولات رقمية مخصصة للاستوديو متعددة القنوات استنادًا إلى ADCs هذه. وبطبيعة الحال، سعرها أكثر من 75 دولارا. بعض أساليب مكافحة التشويه الرقمي. في بعض الأحيان يتم استخدام مكبرات الصوت الأنبوبية "لإحياء الصوت" أثناء الإعداد النهائي للموسيقى التصويرية. في بعض الشركات الروسية والأجنبية، يتم تحويل التسجيل الصوتي المسجل بالكامل والمختلط رقميًا إلى تناظري، ويتم تمريره عبر عدة معادلات أنبوبية (على سبيل المثال، TL Audio G400) أو مكبرات الصوت، ويتم ترقيمها مرة أخرى وتسجيلها على قرص CD-R أو قرص مغناطيسي بصري. بالطبع، سيكون هناك بعض التأثير الإيجابي من هذا الإجراء، ولكن على ما يبدو، فقط عند الاستماع إلى التسجيل من خلاله مكبر للصوت الترانزستور. في حالة الاستخدام مكبر للصوت أنبوبإن تمرير الإشارة مرتين عبر الأنابيب (في مرحلة التسجيل والتشغيل) يمكن أن "يقتل" الصوت تمامًا. جرت محاولات لمحاكاة مضخم الأنبوب رقميًا. ومع ذلك، فإن RedValve (المكون الإضافي لـ WaveLab) لم يثير إعجابي، على الرغم من وجود بعض التشابه مع صوت مضخم الأنبوب غير المكلف. وبعد ذلك، تقوم مكبرات الصوت الأنبوبية بإعادة إنتاج الترددات العالية (8-20 كيلو هرتز) بشكل غير جيد. أوصي بإجراء تجربة بسيطة: قم بتصفية النطاق 8-20 كيلو هرتز في التسجيل الصوتي باستخدام مرشح رقمي (يقدم التناظري تشوهات الطور) وتشغيله من خلال أنبوب ومضخم ترانزستور مع المعلمات العاديةاستجابة التردد من 20 هرتز إلى 30 كيلو هرتز والتشوه غير الخطي عند مستوى 0.01% (وهذا لا يكلف أكثر من 100 دولار). (يمكن العثور على تعريفات رياضية صارمة لاستجابة التردد ومعامل التشوه غير الخطي في الكمبيوتر رقم 000.) في ظل هذه الظروف، في التجارب، لم يعط الخبراء أي تفضيل لمضخم الأنبوب. لم يعجب العديد من الخبراء التخفيف الطفيف لهجوم الأنابيب عند إعادة إنتاج أصوات الصنج والاستنساخ "العميق" غير الكافي لمعظم الأصوات ترددات منخفضةبسبب القيود "الفطرية". مكبرات المحولات. لذا يبدو أن ميزة الصوت "الأنبوبي" تظهر فقط عند إعادة إنتاج الترددات المتوسطة (هرتز).

من وجهة نظر محاكاة الصوت "الحي" بحتة الأساليب الرقميةمعالج Boss GX700 مثير للاهتمام للغاية. إنه رقمي بالكامل ويقوم بإنشاء استوديو تسجيل افتراضي موحد في الوقت الفعلي. في البدايه اشارة ادخال(من الغيتار الكهربائي، وما إلى ذلك) يتم تغذيته إلى ADC عالي الجودة 20 بت. بعد ذلك، تتم معالجة الإشارة الرقمية بواسطة مضخم أنبوبي ومحاكي المعادل. وعلاوة على ذلك، يمكنك الاختيار الأجهزة النموذجيةمن قائمة كبيرةمكبرات الصوت التناظرية تباع بالفعل في السوق. ثم تنتقل الإشارة إلى جهاز محاكاة السماعة مكبرات الصوتوالتي تلعب دورًا مهمًا جدًا في "تنشيط" الصوت. يمكن اختيار نوع "مكبرات الصوت الرقمية" الافتراضية من قائمة واسعة من تلك الموجودة بالفعل في سوق الصوت. بعد "مكبرات الصوت الرقمية"، تذهب الإشارة إلى عاكس يحاكي الخصائص الصوتية لمباني استوديو التسجيل. يمكن اختيار أبعاد الغرف وقيمة معامل التخميد لعمليات الصدى من القائمة وتعديلها يدويًا.

بالإضافة إلى الصدى في هذه المرحلة، يمكنك الاتصال مؤثرات صوتيةفلنجر، جوقة، فيزر، منسق، شيفتر الملعب، تأخير. بعد ذلك، تنتقل الإشارة إلى جهاز محاكاة الميكروفون، والذي يمكن بالطبع تحديد نوعه من قائمة كبيرة. يمكنك أيضًا اختيار موقع الميكروفون في الاستوديو الافتراضي. يتم بعد ذلك إرسال الإشارة إلى جهاز محاكاة مكبر الصوت الأنبوبي وأخيراً إلى مخرج معالج الصوت Boss GX700. وكل هذا يعمل في الوقت الحقيقي! لسوء الحظ، إنه نظيف تنفيذ البرامج جهاز مماثلل كمبيوتر شخصيلم تنفذ بعد. من الممكن برمجة شيء يقترب على الأقل وظائفإلى بوس GX700.

على أقراص الموسيقى المضغوطة العادية، يتم تسجيل الإشارة بمعدل أخذ عينات يبلغ 44.1 كيلو هرتز. وبالتالي، من الناحية النظرية، فإن الحد الأقصى لتردد التسجيل الممكن سيكون 22.05 كيلو هرتز. من الناحية العملية، فإن معظم DACs الحديثة متوسطة المدى نطاق السعرعند تردد أخذ العينات هذا، يسمح لك بإعادة إنتاج ترددات تصل إلى 18-19 كيلو هرتز دون تشويه ملحوظ. للمزيد من ترددات عاليةيصبح تأثير ملحوظمرشحات الاستيفاء الرقمية والتناظرية التي تقمع الترددات حوالي 22 كيلو هرتز إلى 40-50 ديسيبل أو أكثر، وللأسف، تقدم بعض التشوهات الخطية وغير الخطية والتشكيل البيني. إن اختيار تردد القطع عالي التردد عند 18-19 كيلو هرتز، بدلاً من، على سبيل المثال، فوق 21 كيلو هرتز، يرجع بشكل أساسي إلى أسباب اقتصادية. يزداد تعقيد مرشح الاستيفاء الرقمي، وبالتالي تكلفته، بشكل حاد عندما يقترب تردد القطع من نصف تردد أخذ العينات لرفض معين (40-50 ديسيبل) بالقرب من نصف تردد أخذ العينات. بافتراض أنه تم تسجيل قرص موسيقي مضغوط باستخدام أخذ عينات زائدة ومرشح رقمي عالي الجودة بتردد قطع يبلغ حوالي 21 كيلو هرتز، وأن مشغل الأقراص المضغوطة أو بطاقة الصوت (إذا كنت تستمع إلى الموسيقى على جهاز كمبيوتر) يستخدم محول رقمي تناظري رخيص الثمن مزود بمحول رقمي ضعيف يبلغ مرشح قطع التردد 18 كيلو هرتز، ومن الواضح أنه أثناء التشغيل، ستتدهور جودة الصوت عند أعلى الترددات بشكل ملحوظ. يمكنك بسهولة التحقق من وجود هذا التأثير وحتى تقليل ظهوره قليلاً على النحو التالي.

تدعم العديد من بطاقات الصوت الرخيصة جدًا (Opti-931، Acer S23) معدل أخذ عينات يبلغ 48 كيلو هرتز. عند استخدامه، فإن تردد القطع للمرشح الرقمي ليس 18-19 كيلو هرتز، كما هو الحال بالنسبة لتردد أخذ العينات 44.1 كيلو هرتز، ولكن 20-21 كيلو هرتز (منذ 48 كيلو هرتز > 44.1 كيلو هرتز)، أي مثل DACs الأكثر تكلفة. يمكن استخدام هذا للحصول على المزيد صوت عالي الجودةعلى ترددات عالية. تحتاج أولاً إلى الاستيراد (النهب) إلى شكل رقمي(بدون تحويلات DAC/ADC) إلى مسار ملف wav (مسار) مع قرص الموسيقىعلى الأقراص الصلبةباستخدام برامج WaveLab 1.6 أو WinDac32. ثم، باستخدام برامج WaveLab أو CoolEdit أو EDS TOOLS، قم بإعادة التشكيل الإشارات الرقميةمع التردد القياسيأخذ العينات 44.1 كيلو هرتز عند 48 كيلو هرتز. تطبق هذه الحزم برامج 32 بت عالية الجودة المرشحات الرقميةمع خصائص أغلى أجهزة الاستوديو. يمكن تشغيل ملف wav الناتج باستخدام مشغل الوسائط المتعددة القياسي Windows 95 أو برنامج WaveLab. تم إجراء مثل هذه العمليات لبطاقات الصوت Opti-931، وYamaha SA700، وMonster Sound 3D، وEnsoniq Soundscape Elite، وAcer S23، وفي جميع الحالات تم الحصول على تحسن ملحوظ إلى حد ما في إعادة إنتاج أعلى الترددات.

خصائص التشوهات غير الخطية.

تنشأ التشوهات غير الخطية في مكبر الصوت بسبب عدم خطية طرفه إلى طرفه الخصائص الديناميكية. لنفترض أننا نتعامل مع سلسلة ترانزستور متحمسة من مصدر المجال الكهرومغناطيسي التوافقي هز مع القليل جدا المقاومة الداخلية ر G، عدة مرات أقل من مقاومة دخل الترانزستور ربي اكس. في هذه الحالة، الجهد إشارة باعث القاعدة شباي = هز - رز· أناب يمكن اعتبارها عمليا توافقيا، منذ ذلك الحين رز· أناب " هز، وبعد ذلك شيكون ≈ هد. في ظل هذه الظروف، تعتمد التشوهات غير الخطية على نوع الخصائص الديناميكية للإرسال المباشر (1، في الشكل أدناه). منحنى 2 يعبر عن

طبيعة التشوهات غير الخطية 1.

التغير في الجهد الأساسي. استناداً إلى مظهر المنحنى 3، يمكن إثبات أن التغييرات في تيار المجمع ليست كذلك الاهتزازات التوافقية; بالإضافة إلى التردد الرئيسي الحالي أنايحتوي K على التوافقيات الثانية (4)، والثالثة، وما إلى ذلك. مع تقلبات التيار غير المتكافئة بالنسبة للتيار الهادئ أناومن الواضح أن هناك التوافقيات، وخاصة الثانية. مع الطبيعة المتماثلة للتشويه (الشكل أدناه)، تنشأ التوافقيات الفردية (على وجه الخصوص، الثالثة)، والتي عادة ما تكون سائدة.

يتم تقييم مستوى التشوه غير الخطي لمضخمات الإشارة التوافقية، أولاً وقبل كل شيء، من خلال المعامل التوافقي - نسبة مجموع الجذر التربيعي للجهد أو التيار للتوافقيات الأعلى للإشارة، الناتجة عن التشوهات غير الخطية، إلى الجهد أو التيار للتردد الأساسي:

;

عند إجراء الحسابات يكون أكثر ملاءمة لاستخدام قيم السعة الحالية وبعد ذلك

.

طبيعة التشوهات غير الخطية 2.

عند تضخيم الإشارات تردد الصوتمن وجهة نظر كشف التشوهات غير الخطية عن طريق الأذن فإن مكونات الترددات المركبة تلعب الدور الأكبر | F 1 ± F 2|, |2F 1 ± F 2|, |2F 2 ± F 1|، تنشأ عند تطبيقها على مدخل مكبر الصوت وفقًا لـ على الأقلاثنين من الفولتية التوافقية مع الترددات F 1 و F 2. ظهور التوافقيات 2 F 1, 2F 2, 3F 1 3F 2، ... في عملية التضخيم فإنه يؤثر على طبيعة الصوت بشكل أقل بكثير. ويفسر ذلك حقيقة أن التوافقيات (النغمات) موجودة بشكل عام جزء لا يتجزأ إشارات صوتية(الكلام والموسيقى وما إلى ذلك). وهكذا، في ظروف حقيقيةيستقبل مدخل المسبار بالموجات فوق الصوتية الجهد الذي يحتوي طيفه F 1, 2F 1, 3F 1, ..., F 2, 2F 2, 3F 2، .... تتم إضافة التوافقيات الناتجة عن التشوهات غير الخطية ببساطة إلى التوافقيات الأولية وتؤدي إلى انخفاض جودة الإرسال قليلاً نسبيًا. على العكس من ذلك، فإن مكونات الترددات المجمعة (خاصة أنواع الفرق | F 1–F 2|, |F 1–2F 2|, |2F 1–F 2|، ...) أثناء عملية التضخيم، وبالتالي فهي تؤدي بشكل أساسي إلى تشويه الإشارة.

على الرغم من أن الإدراك السمعي للتشويه يعتمد بشكل أساسي على السعات النسبية للترددات المركبة، إلا أن التشويه التوافقي عادة ما يؤخذ كمقياس للتشوه غير الخطي. ويفسر ذلك، من ناحية، بحقيقة أن اتساع الترددات المركبة والتوافقيات متناسبة. وبالتالي فإن سعة نغمة الفرق | F 1–F 2| يتناسب مع سعة النغمة التوافقية الثانية، وهي نغمة أكثر تعقيدًا | F 1–2F 2| التوافقي الثالث. من ناحية أخرى، فإن الأدوات المصممة لقياس التشوه التوافقي، على سبيل المثال S6-1، هي أبسط بكثير من محللات الطيف S4-12، والتي تسمح بقياس مكوناتها الفردية.

تكون التشوهات غير الخطية غير مرئية للأذن إذا كان التشوه التوافقي صغيرًا ( كز<0,2...0,5%). Нормированные значения коэффициента гармоник усилителей высшего класса составляют сотые доли процента. Для усилителей вещательных трактов I класса в области средних частот коэффициент гармоник не должен превышать 2,5%, а на нижних частотах из-за искажений, вносимых магнитной цепью выходного трансформатора, – 4%.

يجب أن تتمتع مضخمات الاتصالات الجماعية متعددة القنوات بدرجة عالية من الخطية بحيث لا تقع المنتجات غير الخطية (التوافقيات والترددات المركبة) من قناة واحدة (طيف ترددي ضيق نسبيًا يشغل مكانًا معينًا في الفاصل الزمني للتردد) في البقية (والتي يمكن أن يكون هناك يكون مئات وآلاف). ولتقييم درجة التشوه تم استخدام التوهين اللاخطي للتوافقيات الثانية والثالثة يساوي 20 إل جي(1/ كز2) و 20 إل جي(1/ كز3)، حيث كص2 = ش 2.2/ش 2و, كص3 = ش 2.3و/ ش 2. وفقا للصيغة الأولى من هذا القسم في في هذه الحالة

.

تبلغ قيم التوهين اللاخطية المسموح بها للتوافقي الثاني حوالي 76 ديسيبل وللثالث 104 ديسيبل ( كص2 = 0.016%، ك r3 = 0.00063%) في ر 2=1 ميغاواط.

مقياس آخر يميز تأثير اللاخطية تردد الموجات فوق الصوتية هو معامل تشويه التشكيل البيني. لقياس هذا المؤشر، يتم تطبيق جهدين توافقيين بترددات على مدخل مكبر الصوت F 1 = 50 هرتز و F 2 = 6 كيلو هرتز (أو 10 كيلو هرتز). اتساع هذه الفولتية هي في نسبة 4:1. نسبة اتساع التردد الفرق F 2–F 1 إلى سعة جهد الخرج عند تردد 50 هرتز ويمثل عامل تشويه التشكيل البيني؛ ويفترض أن القيمة المسموح بها لهذا المعامل هي (1.1.5) كز.

عند تضخيم إشارات النبض المعدلة في المدة، لا تلعب اللاخطية للخاصية الديناميكية دورًا. إذا تغير نطاق النبض أثناء نقل المعلومات (كما هو الحال عند إرسال الصورة)، فإن تباين الصورة المرئية يتغير، أي يتم انتهاك الكثافة النسبية (التدرج) للنغمات النصفية. في بعض الأحيان، للحصول على التباين المطلوب، يتم تقديم نوع معين من اللاخطية. يُنصح بتقييم مستوى التشوهات غير الخطية لإشارات النبض بواسطة معامل اللاخطية للإشارة ك nl، يساوي التغير في ميل (مشتق) الخاصية الديناميكية المقيسة بالنسبة إلى القيمة القصوى؛ نعم في حالة الإدمان ش 2 = F(ش 1)

أين كماكس و ك min – أكبر وأصغر قيم المشتق ضمن قسم الخصائص المستخدمة.

طرق تصحيح التشوهات غير الخطية.

يتم التعبير عن اعتماد جهد الخرج (التيار) لمرحلة مكبر الصوت أو مكبر الصوت على جهد الدخل (التيار) من خلال خاصية السعة. على مساحة كبيرة، يكون خطًا مستقيمًا يبدأ تقريبًا من أصل الإحداثيات (من مستوى ضوضاء مكبر الصوت شث) والوصول إلى سعة الإشارة هذه شمدخل الحد الأقصى، حيث يكون لعدم خطية خصائص العنصر النشط (AE) تأثير ملحوظ. وبالتالي، فإن خاصية السعة تجعل من الممكن تحديد حدود تغيرات الجهد شالإدخال و شالتيار الخارج أناالإدخال و أنا out) حيث يمكن اعتبار مكبر الصوت بدقة معينة بمثابة نظام خطي (وفقًا للشكل 7 ضمن شث< شخارج< شمخرج الأعلى).

لتبسيط النظر في تأثير ردود الفعل (FE) على استجابة السعة: افترض أن إشارة الدخل عبارة عن تذبذب جيبي بسعة وتردد ثابتين. لنفترض أن الجهد عند خرج مكبر الصوت مشوه: نصف الموجة السالبة لها سعة أصغر من الموجبة. إذا كان مكبر الصوت مغطى بتغذية مرتدة سلبية (NOS) في الجهد، فإن الجهد عند خرج دائرة التغذية المرتدة سيكون له أيضًا أنصاف موجات غير متماثلة: الأكبر موجب، والأصغر سالب. لذلك، نتيجة لعمل OOS، ستكون نصف الموجة الموجبة أكثر توهينًا ونصف الموجة السالبة أقل، ونتيجة لذلك، سيصبح شكل التذبذب عند خرج مكبر الصوت أكثر تناسقًا، أي غير خطي سوف تنخفض تشوهات الإشارة.

من السهل شرح تأثير ردود الفعل على استجابة اتساع مكبر الصوت بيانياً (تزيد ردود الفعل الإيجابية من عدم خطية استجابة الاتساع وبالتالي فهي ليست ذات أهمية عملية). ما يميز دائرة نظام التشغيل هو وجود خط مستقيم بزاوية ميل φ (الشكل 7)، والذي يمكن إيجاده من المعادلة

.

.

عندما يعمل نظام التشغيل على استعادة قيمة الجهد السابقة عند خرج مكبر الصوت شولذلك، فمن الضروري زيادة الجهد من مصدر الإشارة بقيمة الجهد شاوك. وبالتالي، يمكن الحصول على خاصية السعة لمكبر الصوت ذي التغذية المرتدة من خاصية السعة لمكبر الصوت بدون تغذية راجعة عن طريق إزاحة حدود الأخير إلى اليمين بالقيم شنظام التشغيل. من هذا البناء يتبع مباشرة التأثير الخطي لـ OOS. مع نظام تشغيل قوي، متى لنظام التشغيل=1/ β ، فإن خاصية السعة لمكبر الصوت على مساحة كبيرة هي خط مستقيم بزاوية ميل محددة من الصيغة الأخيرة.

كما يلي من الرسم البياني في الشكل 7 والمعادلة شمخرج نظام التشغيل/ شخارج=1+ βKقدم مربع = Fيسمح نظام SCR OS، عند درجة معينة من التشويه، بزيادة سعات الإدخال والإخراج بمقدار Fمرات مربع. باستخدام خصائص السعة المقاسة تجريبيًا لمكبر الصوت مع وبدون ردود فعل، من الممكن تحديد: شفي = شمدخل نظام التشغيل= مقدار ثابت); معامل نظام التشغيل (يخضع لـ شخارج= شمخرج نظام التشغيل= مقدار ثابت). وهذا سيجعل من الممكن في النهاية مقارنة المعلمات والخصائص التي تم الحصول عليها عن طريق الحساب والتجريب.

كما هو معروف، فإن انحراف خاصية السعة للمكبر عن القانون الخطي يؤدي إلى تشوهات غير خطية، وجوهرها هو أن التذبذبات ذات الترددات الغائبة في الإشارة الأصلية تظهر في إشارة الخرج، وبالتالي التركيب الطيفي و يتغير شكل إشارة الخرج المضخمة. يتم تقديم أكبر تشويه غير خطي في المرحلة الأخيرة من مكبر الصوت، لأنه يعمل بسعات كبيرة إلى حد ما من إشارة الدخل.

يتم تقييم مستوى التشويه غير الخطي عن طريق التشويه التوافقي لد. التشوهات غير الخطية غير مرئية للأذن إذا لز صغير( لز<0,2-0,5%). В усилителях среднего качества ل g=3-5%، وبأعلى مستويات الجودة لز = 0.5-1%.

دعونا ننظر في تأثير ردود الفعل الجهد على تشغيل المرحلة النهائية من مكبر الصوت. بسبب التشوهات غير الخطية في إشارة الخرج للسلسلة، إلى جانب التذبذبات الموجودة في إشارة الإدخال، يظهر عدد من التوافقيات الأعلى - منتجات اللاخطية.

نظرًا لأن تيار التغذية المرتدة يمثل جزءًا من تيار الخرج، فإن جهد التغذية المرتدة الذي ينشئه يحتوي أيضًا على منتجات غير خطية. نظرًا لحقيقة أن جهد التغذية المرتدة يتم توفيره لمدخل AE في الطور المضاد مع إشارة الدخل، فإن تيار الخرج الناتج عن جهد التغذية المرتدة سيكون أيضًا في الطور المضاد مع تيار الخرج للشلال. ونتيجة لذلك، فإن هذا سوف يقلل من السعات غير المرغوب فيها من الاهتزازات التوافقية العالية. وهكذا، بمساعدة OOS، يتم تقليل المنتجات غير الخطية التي تم إنشاؤها بواسطة AE في مرحلة التضخيم. بالتزامن مع تخفيضها ، تنخفض أيضًا قوة الإشارة المضخمة عند خرج مكبر الصوت. لاستعادته، زاد جهد الإشارة بمقدار Fمرات مربع. في هذه الحالة، يتم استعادة سعة إشارة الخرج إلى قيمتها السابقة، أي إلى القيمة التي كانت ستحصل عليها في غياب التغذية المرتدة. ومع ذلك، فإن الزيادة في التشوهات غير الخطية، والتي يبدو أنها يمكن أن تنشأ مع زيادة في سعة إشارة الدخل، لا تحدث في الواقع، لأن الجهد الناتج عند دخل العنصر النشط شمدخل سيظل نظام التشغيل كما كان قبل تقديم نظام التشغيل. وبالتالي، فإن اتساع جميع التوافقيات الحالية الناتجة عن عدم الخطية سيتم أيضًا تخفيضها بمقدار Fمرات مربع. وبالتالي، يقلل OOS ليتناسب g بشكل مباشر مع عمق نظام التشغيل، أي المعامل التوافقي للسلسلة مع نظام التشغيل لز لز/ Fحسنًا

في سلسلة مع الترانزستور، يحدث تكوين المنتجات غير الخطية بشكل رئيسي بسبب سببين: اللاخطية في دائرة الإدخال للترانزستور وعدم الخطية في خصائص المرور والإخراج. يتأثر مستوى التشوه غير الخطي أيضًا بسعة إشارة الدخل ومقاومة مصدر الإشارة روالأحمال رن.

ويبين الشكل 8 الاعتماد ل g من مقاومة مصدر الإشارة رولثلاث دوائر تبديل الترانزستور: مع OE، OB وOK. كما يتبين من النظر في الشكل 8، يقدم الترانزستور أكبر التشوهات غير الخطية عند استخدامه في دائرة بها OE. يمكن تحقيق أصغر التشوهات غير الخطية من خلال تضمينها في الدوائر ذات OB وOK. لذلك، في المراحل النهائية للمكبرات الخطية للغاية، من المستحسن استخدام دائرة تبديل مع OB أو OK، ومن المستحسن استخدام تبديل الترانزستور وفقًا لدائرة مع OE في المراحل الأولية، حيث توفر الطاقة ويكون جهد الإشارة أقل بكثير مما كان عليه في المرحلة النهائية.

وتجدر الإشارة إلى أن التشوهات غير الخطية الناشئة بسبب الحمل الزائد للمرحلة النهائية مع إشارات الإدخال القوية تحد من النطاق الديناميكي للتغيرات في اتساع خرجها، والتي تحددها النسبة شمخرج الأعلى/ شث (انظر الشكل 7). لتضخيم نطاق جهد الإدخال بالكامل، يجب أن يكون النطاق الديناميكي للإدخال والإخراج متساويًا على الأقل. ومع ذلك، في أغلب الأحيان يكون النطاق الديناميكي للتغيرات في إشارات الإدخال أكبر من النطاق الديناميكي لمكبر الصوت، مما يؤدي إلى ظهور تشوهات غير خطية عند تضخيم الإشارة. يمكن تحقيق توسيع النطاق الديناميكي لمكبر الصوت باستخدام OOS. يتناسب هذا التوسع بشكل مباشر مع عمق نظام التشغيل.

قائمة المصادر المستخدمة.

بناءً على مواد من موقع الويب http://referats. *****. استنادا إلى مواد من الموقع http://www. *****. أجهزة Voishvillo: كتاب مدرسي للجامعات. - الطبعة الثانية، المنقحة. وإضافية - م: "الإذاعة والاتصالات". 1983. - 264 ص. مكبرات الصوت غرام. - م: "الاتصالات". 1966. - 336 ص.

التقى مراسلنا أيور ساندانوف مع سيرجي خاروتا، الموزع والملحن والمنتج، وتعرف على رأيه في منتجات Apple. بالإضافة إلى ذلك، اكتشفوا جذور موسيقية مشتركة وناقشوا كيفية كتابة الموسيقى للأفلام، وما هي الاحترافية في عالم موسيقى البوب ​​القاسي، وما الذي يكتبه بيتر غابرييل، وما هو الأكثر صعوبة في إدارته - "رائعة" أم جوقة شعبية ؟

يعد الإتقان أحد أكثر المواضيع إثارة للاهتمام في صناعة الصوت. وبهذا المقال نبدأ سلسلة كبيرة تغطي القضايا المتعلقة به. ستتكون دورتنا تقريبًا من عشر مقالات. سيحاول المؤلف فيها تقديم إجابات على الأسئلة الفنية الأكثر شيوعًا المتعلقة بالإتقان، وسيجري مقابلات مع مهندسي الإتقان والصوت المشهورين.

لا ينبغي الخلط بين إمكانيات التصميم الجديدة للمساحات النشطة و"الصدى المساعد" الذي تم استخدامه منذ الخمسينيات في قاعة المهرجانات الملكية ولاحقًا في استوديوهات لايمهاوس. كانت هذه الأنظمة تستخدم مرنانات قابلة للضبط ومكبرات صوت متعددة القنوات لتوزيع الرنين الطبيعي على الجزء المطلوب من الغرفة.

يبدو أن موضوع الحسابات الصوتية بالكمبيوتر بين محترفي الصوت لن يستنفد نفسه أبدًا.
على الرغم من حقيقة أن العلوم الأساسية لا تخضع للتغييرات، ويتم تحسين النماذج الرياضية تطوريا، بين الزملاء هناك وجهات نظر مختلفة تماما حول النمذجة الصوتية بشكل عام، وأحيانا تفسيرات معاكسة لنفس القيم المطلقة.

ألكسندر بيرفيلييف، مهندس الصوت للمغنية يولكا: "لقد أتقنت العمل بدوام كامل منذ أكثر من 10 سنوات، وأنا حقًا أحب هذا النوع من هندسة الصوت. على الرغم من أنني لا أتقن المشاريع التي أقوم بخلطها بنفسي أبدًا: فمن الخطأ، كما يبدو لي، يجب أن يكون هناك مظهر جديد، نوع من OTK. كان لدي رأي مماثل حول صوت الحفلة الموسيقية، ولكن عندما أتيحت لي الفرصة لتجربته، قررت المخاطرة. اتضح أنني منخرط ومهتم بجميع أنواع هندسة الصوت الموسيقية.

موضوع منشورنا اليوم هو "كيف ومن يشكل ركاب المعدات".
هذا مشروع مشترك لنادي مستأجري تكنولوجيا العرض (انظر الصفحة على الفيسبوك)
والموقع الالكتروني www.site. وأجريت المسوحات على هذه الموارد، وكذلك على شبكة الكوليسيوم،
نتائجهم أدناه. ناقش المشاركون في "Show Technology Rentals Club" هذا الموضوع بنشاط.
عرضنا الإجابة على عدة أسئلة للمتخصصين الذين يعملون في أعمالنا منذ سنوات عديدة،
وسيكون رأيهم بالتأكيد مثيرًا للاهتمام لقرائنا.

أندريه شيلوف: "في حديثي في ​​المؤتمر الشتوي الثاني عشر لشركات الإيجار في سامارا، شاركت في تقريري مع الجمهور المشكلة التي كانت تزعجني كثيرًا خلال السنوات الثلاث أو الأربع الماضية، وقد أدى بحثي التجريبي في سوق الإيجار إلى الإحباط استنتاجات حول الانخفاض الكارثي في ​​إنتاجية العمل في هذه الصناعة وفي تقريري لفتت انتباه أصحاب الشركات إلى هذه المشكلة باعتبارها أهم تهديد لأعمالهم وأثارت أطروحاتي عددًا كبيرًا من الأسئلة ونقاشًا طويلًا في المنتديات الشبكات الاجتماعية."

مكبرات الصوت الكهروديناميكية هي المصدر الرئيسي للتشوهات غير الخطية في مسار إعادة إنتاج الصوت، وذلك بسبب تصميمها المتأصل وميزاتها التكنولوجية. ولذلك فإن مهام إنشاء وتحسين طرق قياس التشوهات غير الخطية تعتبر من أهم المهام. تتميز التشوهات غير الخطية بظهور مكونات طيفية جديدة أثناء تحويل الإشارة، مما يؤدي إلى تشويه البنية الزمنية للإشارة حسب مستواها.

التصنيف المقبول حاليًا يجعل من الممكن التمييز بين الأنواع التالية من التشوهات في مجال التردد (الشكل 2.10، أ): الطلبات التوافقية الأولى nf 0، حيث n = 2.3؛ الطلبات العليا التوافقية nf 0، حيث n > 4؛ دون التوافقي 1/nf 0؛ التشكيل البيني (الفرق) (nf 1 ± mf 1)، وما إلى ذلك. ويمكن أيضًا إجراء تصنيف التشوهات غير الخطية في المجال الزمني (الشكل 2.10، ب). اعتمادا على نوع التشويه، يتم تطوير طرق مختلفة لقياسها.

قياس التشوهات غير الخطية لـ GG في مجال التردد.لتقييم التشوهات غير الخطية في GG، يتم استخدام أنواع مختلفة من إشارات الاختبار: النغمية، والضوضاء، والنبض، وما إلى ذلك. تُستخدم الإشارات النغمية (دون التوافقية أو متعددة التوافقية) على نطاق واسع لقياس معاملات التشوه غير الخطية (THD). عندما يتم إثارة GG بواسطة إشارة جيبية عند التردد f 0 (كما هو مبين في الشكل 2.10، أ)، قد يحتوي طيف الإشارة المرسلة على توافقيات من الرتبة الأولى والأعلى ومكونات دون التوافقية. لهم تحديد الكمياتيتم استخدام الأنواع التالية من SOI في المعايير الدولية والمحلية:

يتم تعريف عامل التشوه التوافقي من الدرجة n على أنه النسبة، المعبر عنها بالنسبة المئوية أو الديسيبل، لقيمة ضغط الصوت الفعال للمدروج n إلى قيمة ضغط الصوت الفعال للإشارة التي تحتوي على تردد الإثارة وجميع توافقياته p f . معامل التشوه التوافقي من الدرجة n K Г n = (p nf /p f)100%. يتم قياس هذا المعامل وفقًا للمخطط الموضح في الشكل. 2.11، أ. يمكن أيضًا إجراء الحساب باستخدام خصائص تردد السعة المسجلة للتوافقيات n. يظهر الشكل 1 عينة تسجيل لاستجابة التردد للتوافقيات الثانية والثالثة. 2.11، ب.

المعامل المميز للتشوه التوافقي من الرتبة n K Г n = p nf /Р сп·100، حيث Рсп هو متوسط ​​ضغط الصوت في نطاق تردد معين.

يتم تحديد عامل التشوه التوافقي الكلي والمعامل المميز الإجمالي بواسطة الصيغ:
وعادة ما تقتصر على جمع معاملات الأمرين الثاني والثالث. بالنسبة لـ GG والمعدات المنزلية، يقوم OST4.383.001-85 بتطبيع قيم معامل التشوه التوافقي الإجمالي KG، الموضح في الجدول. 2.1.

يتم إجراء القياسات عند متوسط ​​ضغط الصوت الاسمي المحدد في الوثائق الفنية لـ GG، على مسافة 1 متر، على سبيل المثال، بالنسبة لـ GG المستخدمة في الأنظمة الصوتية عن بعد ذات مجموعات التعقيد الصفرية والأولى والثانية والثالثة لاستخدام المستويات 96 و94 و92 و90 ديسيبل وفقًا لذلك. بالنسبة لـ GG في المعدات المحمولة للمجموعات المقابلة - 88، 86، 84، 80 ديسيبل، ولـ GG في أجهزة الاستقبال الجيبية وأجهزة الراديو الصغيرة - 72 ديسيبل. تجدر الإشارة إلى أنه في الأنظمة الصوتية نفسها، يتم ضبط SOI وفقًا لتوصيات المواصفة IEC 581-7 على مستويات أخرى: 90 ديسيبل على مسافة 1 متر و2% في نطاق 250...1000 هرتز، 1% في نطاق 2...6،3 كيلو هرتز. بالنسبة لوحدات التحكم في الاستوديو، وبالتالي GGs المستخدمة فيها، يُقترح تعريف التشوهات غير الخطية على أنها الفرق في مستويات غلافي المكونات التوافقية الثانية والثالثة للتشوه، متوسطًا في ثلاثة اتجاهات (α = 0°; α = +30°؛ α = -30° في المستوى الأفقي)، ومتوسط ​​مستوى الضغط الصوتي المرجعي هو 80...12500 هرتز. اعتمادًا على فئة وحدة التحكم، يتم إجراء القياسات عند مستويات مختلفة لضغط الصوت (الجدول 2.2):

تعمل نفس الوثيقة على تطبيع مستويات ضغط الصوت القصوى على المدى القصير (116، 110، 102 ديسيبل)، والتي يجب ألا تكون هناك تشوهات غير خطية مرئية عند تحفيز GG بواسطة حزم من التذبذبات الجيبية (والتي تقابل تقريبًا تشوهات في حدود 5 %). نظرًا لأنه لا يمكن إجراء قياسات SOI عند هذه المستويات وهذا الشكل لإشارة الاختبار باستخدام الطرق التقليدية، فإن تقنية القياس المقترحة في . يتم وضع مكبر الصوت بالتصميم المطلوب في غرفة كاتمة للصدى (أو غرفة كبيرة غير مكتومة بما فيه الكفاية)، ويتم توفير إشارة له على شكل نبضة مستطيلة مع حشوة جيبية: المدة - T 0، السعة U 0، تردد التعبئة F 0 (الشكل 2.12، أ). يتم إدخال الإشارة المنبعثة من GG من خلال ميكروفون ومضخم صوت وجهاز تخزين مؤقت إلى جهاز كمبيوتر (أو معالج متخصص)، حيث يتم استخراج جزء ثابت من المدة T منه، ثم إشارة ثابتة p(t). يتم إنشاؤه عن طريق تكرار الجزء المحدد العدد المطلوب من المرات. تخضع الإشارة الدورية الناتجة لتحويل فورييه السريع (FFT) في الكمبيوتر، مما يجعل من الممكن الحصول على التركيب الطيفي للإشارة وحساب معاملات التشوه غير الخطية. من خلال تغيير تردد ملء النبض، من الممكن الحصول على خصائص التردد لأنواع مختلفة من SOI عند مستويات عالية من الطاقة الموردة إلى GG. تظهر في الشكل نتائج القياسات باستخدام الطريقة المذكورة أعلاه للتشوهات غير الخطية لقبة عالية التردد GG بتردد ملء قدره 2000 هرتز لقدرة P E = 50 W. 2.12، ب. في الممارسة العملية لتصميم GG، يتم استخدام طرق لقياس تشوهات التشكيل البيني، أي منتجات التشوه في طيف الإشارة المنبعثة عندما يتم تحفيز GG بواسطة إشارتين جيبيتين بترددات f 1 و f 2، حيث f 1

معامل تشويه التشكيل البيني من الترتيب n والمعامل المميز لتشوه التشكيل البيني من الترتيب n هو نسبة ضغط الصوت الفعال لمجموع المكونات الطيفية ذات الترددات f 2 ± (n - 1) f 1 إلى ضغط الصوت عند التردد f 2 أو إلى متوسط ​​ضغط الصوت في نطاق تردد معين. تقنية القياس موضحة في GOST 16122-88 وIEC 268-5. يظهر الرسم التخطيطي للقياسات في الشكل. 2.13. يتم حساب معاملات تشويه التشكيل البيني من الدرجة الثانية والثالثة، %، باستخدام الصيغ:

ك ايم 2 = [(ص (ف 2 + و 1) + ص (ف 2 - و 1))/ص ف 2 ]100؛ ك ايم 3 = [(ص (ف 2 + 2ف 1) + ص (ف 2 - 2ف 1))/ص ف 2 ]100؛

المعاملات المميزة:

K´ im 2 = K im 2 p f 2 /p cp; K'im 3 = K im 3 p f 2 /p cp;

يتم تحديد المعامل الإجمالي K هم ومعامل تشويه التشكيل البيني المميز K´ هم على النحو التالي: K هم = (K 2 لهم 2 + K 2 لهم 3) 0,5؛ K´ im = (K´ 2 im 2 + K´ 2 im 3) 0.5. على الرغم من أن معاملات تشويه التشكيل البيني غير موحدة في المعايير المحلية لـ GG، إلا أنها تستخدم على نطاق واسع في ممارسة تصميم GG، خاصة بالنسبة للمعدات عالية الجودة والمهنية. يمكن أن تكون قياسات تشويه التشكيل البيني أكثر إفادة من قياسات التشوه التوافقي للأسباب التالية: يمكن قياسها على مدى تردد أوسع، وهو أمر مهم بشكل خاص بالنسبة لـ GGs عالية التردد؛ تكون منتجات تشويه التشكيل البيني أكثر وضوحًا بشكل شخصي، لأنها تخلق تغييرًا متنافرًا مميزًا في الجرس؛ إنها بمثابة معيار أكثر حساسية لعدم الخطية في GG، وما إلى ذلك.

لا تتيح طرق القياس الموضحة أعلاه تحديد التشوهات في تشوهات التشكيل البيني العامة بسبب تشكيل السعة (AM) والتردد (FM) للإشارة في GG. في الوقت نفسه، نظرًا لأن تشوهات AM وFM تنشأ لأسباب مختلفة وتتطلب التدابير الرامية إلى تقليلها تغييرات مختلفة في التصميم في GG، فإن المعلومات المنفصلة حول مستواها مهمة عند تصميم GG. تم النظر في طرق قياس تشوهات AM وFM بشكل منفصل في عدد من الأعمال، وعلى وجه الخصوص، تم اقتراح إجراء قياسات وفقًا للمخطط الشامل الموضح في الشكل. 2.14، أ. يتم توفير الإشارات ذات الترددات f 1 و f 2 من خلال مولدين 1 و 2 ومكبرات صوت 3 و 4 إلى الوصلات ذات التردد المنخفض والعالي للمحور المحوري GG 5 و 6 (باستخدام المثال الذي في هذا العمل الفرق في يتم أخذ تشوهات AM وFM في الاعتبار)، ثم من خلال الميكروفون 7 ومضخم الميكروفون 8 يتم تغذية الإشارات إلى مرشح التمرير العالي (HPF) 9 لعزل إشارة عالية التردد معدلة في السعة والتردد. لعزل تشوهات AM ، يتم استخدام كاشف السعة 10 ومحلل الطيف 12 ومسجل 13 وتشوهات FM - مزيل التشكيل 11. تظهر نتائج قياس خصائص التردد لتشوهات FM و AM في الشكل. 2.14، ب و ج. يتضح من الأرقام أن طبيعة اعتماد التردد لتشوهات AM وFM لنفس GG مختلفة تمامًا.

إلى جانب قياس تشوهات التشكيل البيني، بدأ في السنوات الأخيرة قياس تشوهات فرق التردد لأنواع مختلفة من المعدات الصوتية. تتم حاليًا مناقشة منهجية قياس تشويه فرق التردد في اللجنة الكهرتقنية الدولية (IEC)، كما تتم مراجعتها أيضًا في الأدبيات التقنية. كإشارة اختبار، يُقترح استخدام إشارة توافقية مكونة من عنصرين بترددات قريبة f 1 و f 2، حيث f 1 = 2f 0، a f 2 = 3f 0 - δ. في هذه الحالة، من الممكن أن يظهر في طيف الإشارة المرسلة منتجان من تشوهات فرق التردد من الدرجة الثانية وأربعة منتجات من الدرجة الثالثة. يتم اختيار قيم δ صغيرة بدرجة كافية، ثم تتركز منتجات التشوه في نطاق ضيق f 0 ± δ ويمكن تصفيتها بواسطة مرشح ضيق النطاق. لقد أتاح استخدام تقنية التصفية الرقمية الحديثة تقليل مستوى الضوضاء وضمان حساسية عالية للطريقة (المستوى المحقق للتشوه المقاس هو 0.0001٪).

ولتنفيذ هذه الطريقة، تم إنشاء معدات قياس تسمح بقياسات المستويات المنخفضة من التشوه غير الخطي في مكبرات الصوت ومسجلات الأشرطة وغيرها. ويمكن تطبيق نفس الطريقة على مكبرات الصوت. نتائج قياس مكبرات الصوت عالية التردد بإشارات f 1 = 8 كيلو هرتز، f 2 = 11.95 كيلو هرتز، والتي تتوافق مع f 0 = 4 كيلو هرتز وδ = 50 هرتز (موصى بها في IEC 268-3)، موضحة في الشكل. 2.15. يُظهر محور الإحداثي السيني معاملًا يساوي ضعف مجموع جذر متوسط ​​مربع الفولتية لناتج التشوه، مقسومًا على المجموع الحسابي لفولتية إشارتي الخرج. تتمثل ميزة طريقة القياس هذه مقارنة بطريقة قياس التشوه التوافقي في أن التردد f الذي يمكن إجراء قياسات KG n يجب ألا يتجاوز القياسات f

بالإضافة إلى استخدام النغمات في تقنية قياس SOI، تستخدم مكبرات الصوت الاحترافية أيضًا إشارات الضوضاء. طريقة قياس معاملات تشويه الضوضاء من الرتبة n Ksh n والإجمالي - Ksh مذكورة في GOST 16122-87 لظروف المجالات الحرة والموحدة (في غرف قياس الصوت والصدى). على سبيل المثال، معامل تشويه الضوضاء من الدرجة n في مجال موحد، %، عند التردد f

حيث P a nf هي القدرة الصوتية في نطاق تردد ثلث الأوكتاف مع متوسط ​​التردد f، W؛ R و av - متوسط ​​الطاقة الصوتية في نطاق تردد معين، W.

قياسات التشوهات غير الخطية التي تحدد القعقعة والنغمات في مكبرات الصوت.من السمات المحددة لـ GGs حدوث ظواهر غير خطية معقدة فيها، يتم تقييمها ذاتيًا على أنها "قعقعة" أو "نغمة". في أي GG منتج تجاريًا تقريبًا، عند الاستماع إلى إشارة جيبية، يمكنك اكتشاف تردد أو نطاق تردد حيث يتم سماع نغمة إضافية (أو مجموعة من النغمات)، والتي تُصنف على أنها نغمة زائدة، إلى جانب النغمة الرئيسية. هذا لا يسبب عيوبًا في GGs المنتجة بكميات كبيرة، لكن وجود نغمات مكثفة لا يسمح بضمان جودة الصوت المطلوبة في معدات HI-FI. يُنظر إلى القعقعة بشكل ذاتي على أنها صوت غير سارة، تدهور جودة الصوت. الأسباب الرئيسية لحدوثه هي العيوب الميكانيكية والتكنولوجية التي تظهر أثناء تجميع ونقل وتشغيل مولد الغاز. يتم اختبار جميع مكبرات الصوت المنتجة تجاريًا وفقًا لهذه المعلمة. يتم إجراء الفحص من قبل المفتشين من خلال الاستماع إلى GG على إشارة نغمة، وهي عملية كثيفة العمالة ومملة للغاية. بالنظر إلى الكميات الكبيرة من إنتاج GGs (عشرات الملايين من القطع سنويًا)، فقد حظيت مشكلة إنشاء طرق موضوعية ومقاومة للضوضاء وعالية السرعة لقياس القعقعة والإيحاءات باهتمام جدي في السنوات الأخيرة. تم تطوير طريقة لقياس وتطبيع معاملات القعقعة والإيحاءات، بناءً على تحليل التركيب الطيفي للإشارة (أي في مجال التردد). نتيجة للبحث الذي تم إجراؤه في عام 2009، تبين أنه يمكن تقييم الخشخشة والنغمات في المجال الزمني، حيث يتم تسجيلها على شكل تسلسل دوري للنبضات المنبعثة بالإضافة إلى إشارة نغمة أساسية أحادية التوافق. كانت الأساليب المطورة لقياس القعقعة والإيحاءات، التي تم اختبارها في ظروف الإنتاج على نطاق واسع، بمثابة الأساس لتوحيدها.

وفقًا لـ GOST 16122-87، يُفهم الصوت الزائد على أنه إشارة تشويه، وهي "عملية تذبذبية دورية تتحلل ببطء مع ثابت زمني يزيد عن نصف فترة الإشارة المثيرة، تتكرر بتردد مضاعف للتردد". تردد الإثارة ذاتيًا (عن طريق الأذن) يُنظر إليه على أنه نغمة (أو نغمات جماعية)، تصدر في وقت واحد مع نغمة تردد الإثارة. طريقة القياس الموضوعي هي كما يلي (الشكل 2.16، أ). يتم تثبيت الميكروفون على مسافة لا تقل عن نصف قطر GG المقاس، ولكن لا يزيد عن 0.5 متر. ويمكن إجراء القياسات في أي غرفة، فمن الضروري فقط القضاء على قعقعة الأجسام الغريبة المحيطة بـ GG. يزداد تردد الإشارة الجيبية المقدمة إلى GG من المولد تدريجيًا (ليس أسرع من 1 أكتوبر/ثانية) في النطاق من 63...4000 هرتز مع التبديل المقابل لمرشحات التمرير العالي (HPF)، بينما يحدث تشويه يتم ملاحظة الإشارة على شاشة راسم الذبذبات، والذي يظهر مظهره في الشكل. 2.16، ب. ويمكن تكراره عند تردد الإثارة أو على تردد يكون مضاعفًا لتردد الإثارة. عند تردد ثابت حيث يتم الكشف عن إشارة التشوه، يتم قياس السعة U T/2 خلال الفاصل الزمني T/2 بعد بدايتها. إذا كانت قيمة U T/2 /U p > 0.33، فسيتم تصنيف التشوه على أنه نغمة زائدة. ولقياس هذا النوع من التشويه، يتم استخدام مفهوم "معامل الإفراط في الصوت". معامل النغمة الزائدة، %، عند التردد f

ك ع = (U ع /K و U و) 100،

حيث U p وU f مزدوجان قيمة السعة(تأرجح) الإشارة عند تردد الإثارة، على التوالي، عند مخرج ومدخل مرشح التمرير العالي، mV؛ K f - معامل انتقال مرشح التمرير العالي بتردد 2f gr (يتم تعريف f gr في GOST 16122-88).

يُفهم القعقعة على أنها "إشارة تشويه، وهي عبارة عن عملية تذبذبية دورية نابضة ومتحللة بسرعة مع ثابت زمني أقل من نصف فترة الإشارة المثيرة، تتكرر بتردد مضاعف لتردد الإثارة بشكل ذاتي (بواسطة الأذن) يُنظر إليه على أنه صوت مزعج ليس له لون نغمي واضح. يتم إجراء القياسات في أي غرفة (من الضروري فقط التخلص من قعقعة الأشياء المحيطة). يتم توفير الجهد الجيبي في نطاق التردد f d1 ...f d2، حيث f d1 هو الحد الأدنى لقيمة تردد الرنين الرئيسي لـ GG، ويتم تحديد f d2 من النطاق 2f d1 ...2500 هرتز، ولكن ليس أقل من 600 هرتز.

تمامًا كما هو الحال عند قياس النغمات، عند قياس الخشخشة، يتم استخدام طريقتين: موضوعية وذاتية. مع الميكروفون الموضوعي، لا تزيد المسافة من GG عن 0.5 متر. ويزداد تردد الإشارة الجيبية المقدمة من المولد تدريجيًا، ولكن ليس أسرع من 1 أكتوبر/ثانية. يتم إجراء القياسات وفقًا للمخطط الموجود في الشكل. 2.17، أ. عند ملاحظة إشارة تشويه على شاشة راسم الذبذبات، يظهر مظهرها في الشكل. 2.17، ب، يتم قياس المدة τ للعملية المبللة (النبض)، ويتم تحديدها على المستوى U τ ≈ 0.33U d إذا كانت τ لا تزيد عن نصف دورة إشارة الإثارة و U d ≥ qUτ، حيث q. = 3...5، ثم تكون إشارة التشويه من الطراز الأول، ويمكن تكرارها عند تردد الإثارة أو على تردد مضاعف لتردد الإثارة. لقياس قعقعة، يتم إدخال معامل قعقعة،٪.

ك د = (يو د /ك و يو و) 100،

حيث U d هي قيمة الاتساع المزدوج (من الذروة إلى الذروة) للإشارة المزعجة عند دخل مرشح التمرير العالي، mV؛ U f - قيمة السعة المزدوجة (من الذروة إلى الذروة) للإشارة عند دخل مرشح التمرير العالي؛ K f - وحدة معامل نقل المرشح، المحددة عند التردد 2f gr المحدد في.

لاحظ أن معامل القعقعة K d لا يرتبط بشكل فريد بالمعامل التوافقي K g، كما يلي من النتائج الواردة في الشكل 1. 2.18، حيث يكون لدى اثنين من GG نفس K g تقريبًا، لكن K d مختلفان. ويفسر ذلك حقيقة أنه بمساعدة K g، تظهر التشوهات غير الخطية في التوافقيات السفلية الأولى n = 1، 2، 3، .. يتم تقييمها كميًا، بينما تعتمد كيفية K d على شدة التوافقيات الأعلى. كما أظهرت الخبرة في قياس GGs التسلسلية، فإن قيمة Kd تعتمد بشكل أساسي على توافقيات الترتيب n ≥ 8 - 10. بالإضافة إلى ذلك، فإن الطبيعة الفيزيائية لحدوث هذه الأنواع من التشوهات في GGs مختلفة: يتم تحديد الأول بواسطة ميزات التصميم والمعلمات الفيزيائية الميكانيكية، تعتمد الأخيرة على نوع الخلل الميكانيكي، لذلك يمكن أن يكون لدى GG مستوى منخفض من التوافقيات الأولى، أي K صغير مع اختيار عقلاني لشكل ومواد التعليق والتصميم الدائرة المغناطيسية، و مستوى عالتوافقيات أعلى، أي ارتفاع K d (على سبيل المثال، بسبب ملامسة الخيوط لسطح الناشر، وما إلى ذلك). قيمة حرجة Kd، الذي تم تحديده بناءً على نتائج التقييمات الذاتية لغياب أو وجود الثرثرة، يبلغ حوالي 2٪.

أرز. 2.18. اعتماد المعاملات K g و K d على الجهد لمختلف GGs

تختلف نبضات القعقعة في السعة والمدة والقطبية والشكل وتكرار التكرار، اعتمادًا على نوع الخلل الميكانيكي في GG. بناءً على هذه الاختلافات، تم إنشاء طريقة لتحديد نوع الخلل الميكانيكي في GG بشكل متمايز، والتي وجدت تطبيقًا في الإنتاج بكثافة الإنتاج بكميات ضخمةجي جي.

الاهتزازات التوافقية

أولئك. في الواقع، يتم الحصول على الرسم البياني الجيبي من دوران المتجه، والذي يتم وصفه بالصيغة:

F(x) = خطيئة (ωt + φ)،

حيث A هو طول المتجه (سعة التذبذب)، φ - زاوية البداية(المرحلة) من المتجه في وقت الصفر، ω - السرعة الزاويةالدوران، وهو ما يعادل:

ω=2 πf، حيث f هو التردد بالهرتز.

كما نرى، بمعرفة تردد الإشارة وسعةها وزاويتها، يمكننا إنشاء إشارة توافقية.

يبدأ السحر عندما يتبين أن تمثيل أي إشارة على الإطلاق يمكن تمثيله كمجموع (غالبًا لا نهائي) من الجيوب الأنفية المختلفة. وبعبارة أخرى، في شكل سلسلة فورييه.
سأعطي مثالا من ويكيبيديا الإنجليزية. لنأخذ إشارة مسننة كمثال.

إشارة المنحدر

وسيتم تمثيل مبلغها بالصيغة التالية:

إذا جمعنا واحدًا تلو الآخر، نأخذ أولًا n=1، ثم n=2، وما إلى ذلك، فسنرى كيف يكون لدينا توافقي موجة جيبيةيتحول تدريجياً إلى منشار:

ربما يكون هذا هو أفضل ما تم توضيحه من خلال أحد البرامج التي وجدتها على الإنترنت. لقد قيل أعلاه أن الرسم البياني الجيبي هو إسقاط لمتجه دوار، ولكن ماذا عن حالة المزيد إشارات معقدة؟ ومن الغريب أن هذا هو إسقاط للعديد من المتجهات الدوارة، أو بالأحرى مجموعها، وكلها تبدو كما يلي:

منشار الرسم المتجه.

بشكل عام، أوصي بالذهاب إلى الرابط بنفسك ومحاولة اللعب بالمعلمات بنفسك ومعرفة كيف تتغير الإشارة. IMHO لم أر قط لعبة أكثر وضوحًا للفهم.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن هناك إجراءً عكسيًا يسمح لك بالحصول عليه إشارة معينةالتردد والسعة والمرحلة الأولية (الزاوية)، والتي تسمى تحويل فورييه.

توسيع متسلسلة فورييه لبعض الدوال الدورية المعروفة (من هنا)

لن أتطرق إليه بالتفصيل، ولكن سأبين كيف يمكن تطبيقه في الحياة. سأوصي في قائمة المراجع بالمكان الذي يمكنك فيه قراءة المزيد عن المواد.

دعنا ننتقل إلى التمارين العملية!

يبدو لي أن كل طالب يطرح سؤالاً أثناء جلوسه في محاضرة، مثلاً في الرياضيات: لماذا أحتاج إلى كل هذا الهراء؟ وكقاعدة عامة، عدم العثور على إجابة في المستقبل المنظور، لسوء الحظ، يفقد الاهتمام بالموضوع. لذلك سأريكم على الفور الاستخدام العمليهذه المعرفة، وسوف تتقن هذه المعرفة بنفسك :).

سأنفذ كل شيء بمفردي. لقد فعلت كل شيء، بالطبع، في نظام التشغيل Linux، لكنني لم أستخدم أي تفاصيل؛ من الناحية النظرية، سيتم تجميع البرنامج وتشغيله ضمن منصات أخرى.

أولا، دعونا نكتب برنامجا لإنشاء ملف صوتي. تم اعتبار ملف wav هو الملف الأبسط. يمكنك أن تقرأ عن هيكلها.
باختصار، يتم وصف بنية ملف wav على النحو التالي: رأس يصف تنسيق الملف، ثم هناك (في حالتنا) مصفوفة من البيانات 16 بت (المؤشر) بطول: sampling_frequency*t ثانية أو 44100 قطعة * ر.

تم أخذ مثال لإنشاء ملف صوتي. لقد قمت بتعديله قليلاً، وصححت الأخطاء، والنسخة النهائية مع تعديلاتي موجودة الآن على Github هنا

دعونا نولد ثانيتين ملف صوتيبتردد جيبي نقي قدره 100 هرتز. للقيام بذلك، نقوم بتعديل البرنامج على النحو التالي:

#define S_RATE (44100) // تردد أخذ العينات #define BUF_SIZE (S_RATE*10) /* المخزن المؤقت الثاني الثاني */ …. int main(int argc, char * argv) (... float amplitude = 32000; // خذ أقصى سعة ممكنة لـ float freq_ هرتز = 100; // تردد الإشارة /* املأ المخزن المؤقت بموجة جيبية */ for (i=0) ؛ أنا

يرجى ملاحظة أن صيغة الجيب النقي تتوافق مع الصيغة التي ناقشناها أعلاه. تتوافق سعة 32000 (كان من الممكن أخذ 32767) مع القيمة التي يمكن أن يأخذها رقم 16 بت (من -32767 إلى زائد 32767).

نتيجة لذلك، نحصل على الملف التالي (يمكنك حتى الاستماع إليه باستخدام أي برنامج لإعادة إنتاج الصوت). دعونا نفتح ملف الجرأة هذا ونرى أن الرسم البياني للإشارة يتوافق فعليًا مع موجة جيبية نقية:

جيب أنبوب نقي

دعونا نلقي نظرة على طيف هذا الجيب (التحليل->الطيف المخطط)

الرسم البياني الطيفي

تظهر الذروة الواضحة عند 100 هرتز (مقياس لوغاريتمي). ما هو الطيف؟ هذه هي خاصية التردد السعة. هناك أيضًا خاصية تردد الطور. إذا كنت تتذكر، قلت أعلاه أنه لبناء إشارة تحتاج إلى معرفة ترددها وسعةها ومرحلتها؟ لذلك، يمكنك الحصول على هذه المعلمات من الإشارة. في هذه الحالة، لدينا رسم بياني للترددات المقابلة للسعة، والسعة ليست بوحدات حقيقية، ولكن بالديسيبل.

أفهم أنه من أجل شرح كيفية عمل البرنامج، من الضروري شرح ما هو تحويل فورييه السريع، وهذه مقالة أخرى على الأقل.

أولاً، دعونا نخصص المصفوفات:

C = calloc(size_array*2, sizeof(float)); // مصفوفة عوامل التدوير in = calloc(size_array*2, sizeof(float)); // مصفوفة الإدخال خارج = calloc(size_array*2, sizeof(float)); // مصفوفة الإخراج

اسمحوا لي فقط أن أقول إننا في البرنامج نقرأ البيانات في مصفوفة بطول size_array (والتي نأخذها من رأس ملف wav).

while(fread(&value,sizeof(value),1,wav)) ( in[j]=(float)value; j+=2; if (j > 2*size_array)break; )

يجب أن تكون صفيف FFT عبارة عن تسلسل (re، im، re، im،… re، im)، حيث fft_size=1<< p - число точек БПФ. Объясняю нормальным языком:
هي مصفوفة من الأعداد المركبة حتى أنني أخشى أن أتخيل مكان استخدام تحويل فورييه المعقد، لكن في حالتنا، الجزء التخيلي يساوي الصفر، والجزء الحقيقي يساوي قيمة كل نقطة في المصفوفة.
ميزة أخرى لتحويل فورييه السريع هي أنه يحسب المصفوفات التي هي مضاعفات فقط لقوى العدد اثنين. ونتيجة لذلك، يجب علينا حساب الحد الأدنى من الطاقة لاثنين:

Int p2=(int)(log2(header.bytes_in_data/header.bytes_by_capture));

لوغاريتم عدد البايتات في البيانات مقسومًا على عدد البايتات عند نقطة واحدة.

بعد ذلك نحسب عوامل الدوران:

Fft_make(p2,c); // دالة لحساب عوامل الدوران لـ FFT (المعلمة الأولى هي قوة اثنين، والثانية عبارة عن مجموعة مخصصة من عوامل الدوران).

ونقوم بتغذية مصفوفتنا فقط في محول فورييه:

Fft_calc(p2, c, in, out, 1); //(واحد يعني أننا حصلنا على مصفوفة طبيعية).

عند الإخراج نحصل على أرقام مركبة من النموذج (re، im، re، im،… re، im). بالنسبة لأولئك الذين لا يعرفون ما هو العدد المركب، سأشرح ذلك. ليس من قبيل الصدفة أنني بدأت هذه المقالة بمجموعة من المتجهات الدوارة ومجموعة من صور GIF. لذلك، يتم تحديد المتجه على المستوى المركب بالإحداثيات الحقيقية a1 والإحداثيات التخيلية a2. أو الطول (هذه هي السعة Am بالنسبة لنا) والزاوية Psi (الطور).

المتجه على المستوى المعقد

يرجى ملاحظة أن size_array=2^p2. النقطة الأولى من المصفوفة تتوافق مع تردد 0 هرتز (ثابت)، والنقطة الأخيرة تتوافق مع تردد أخذ العينات، أي 44100 هرتز. ونتيجة لذلك، يجب علينا حساب التردد المقابل لكل نقطة، والذي سيختلف باختلاف تردد الدلتا:

دلتا مزدوجة=((تعويم)header.frequency)/(تعويم)size_array; // تردد أخذ العينات لكل حجم صفيف.

تخصيص مجموعة السعة:

مزدوج * أمبير؛ ampl = calloc(size_array*2, sizeof(double));

وانظر إلى الصورة: السعة هي طول المتجه. ولدينا إسقاطاتها على المحور الحقيقي والخيالي. ونتيجة لذلك، سيكون لدينا مثلث قائم الزاوية، وهنا نتذكر نظرية فيثاغورس، ونحسب طول كل متجه، ونكتبه على الفور في ملف نصي:

من أجل (i=0;i<(size_array);i+=2) { fprintf(logfile,"%.6f %f\n",cur_freq, (sqrt(out[i]*out[i]+out*out))); cur_freq+=delta; }
ونتيجة لذلك، نحصل على ملف مثل هذا:

… 11.439514 10.943008 11.607742 56.649738 11.775970 15.652428 11.944199 21.872342 12.112427 30.635371 12.280655 30.329171 12.448883 11.932371 12.617111 20.777617 ...

دعونا نحاول!

الآن نقوم بتغذية البرنامج الناتج بملف صوتي جيبي

./fft_an ../generate_wav/sin\ 100\ تنسيق Hz.wav: 16 بت، PCM غير مضغوط، القناة 1، التكرار 44100، 88200 بايت في الثانية، 2 بايت عن طريق الالتقاط، 2 بت لكل عينة، 882000 بايت في قطعة البيانات= 441000 log2 = 18 حجم المصفوفة = 262144 تنسيق wav الحد الأقصى للتكرار = 99.928، أمبير = 7216.136

ونحصل على ملف نصي لاستجابة التردد. نحن نبني الرسم البياني الخاص به باستخدام gnuplot

السيناريو للبناء:

#! /usr/bin/gnuplot - استمرار مجموعة التذييل الطرفي eps اللون المحسن مجموعة الإخراج الصلبة "result.ps" #set حجم png الطرفية 800، 600 #set الإخراج "result.png" تعيين الشبكة xtics ytics set log xy set xlabel "Freq, هرتز" تعيين ylabel "Amp، dB" تعيين xrange #set yrange مؤامرة "test.txt" باستخدام عنوان 1:2 "AFC" with lines linestyle 1 !}

يرجى ملاحظة القيود الموجودة في البرنامج النصي على عدد النقاط على طول X: set xrange . تردد أخذ العينات لدينا هو 44100، وإذا تذكرنا نظرية Kotelnikov، فلا يمكن أن يكون تردد الإشارة أعلى من نصف تردد أخذ العينات، لذلك نحن لسنا مهتمين بإشارة أعلى من 22050 هرتز. لماذا أنصحك بالقراءة في الأدب المتخصص.
لذا (قرعة الطبل)، قم بتشغيل البرنامج النصي وانظر:

طيف إشارتنا

لاحظ الذروة الحادة عند 100 هرتز. لا تنس أن المحاور موجودة على مقياس لوغاريتمي! الصوف الموجود على اليمين هو ما أعتقد أنه أخطاء تحويل فورييه (النوافذ تتبادر إلى الذهن هنا).

دعونا ننغمس؟

تعال! دعونا نلقي نظرة على أطياف الإشارات الأخرى!

هناك ضجيج حولها...

أولا، دعونا نبني طيف الضوضاء. الموضوع يدور حول الضوضاء والإشارات العشوائية وما إلى ذلك. يستحق دورة منفصلة. لكننا سوف نتطرق إليها بخفة. دعونا نعدل برنامج إنشاء ملفات wav الخاص بنا ونضيف إجراءً واحدًا:

Double d_random (double min، double max) (return min + (max - min) / RAND_MAX * rand ()؛)

سيتم إنشاء رقم عشوائي ضمن النطاق المحدد. ونتيجة لذلك، سوف تبدو الرئيسية مثل هذا:

Int main(int argc, char * argv) ( int i; float amplitude = 32000; srand((unsigned int)time(0)); // تهيئة مولد الأرقام العشوائية لـ (i=0; i

لنقم بإنشاء ملف (أوصي بالاستماع إليه). دعونا ننظر إلى الأمر بجرأة.

إشارة في الجرأة

دعونا نلقي نظرة على الطيف في برنامج الجرأة.

يتراوح

ودعونا نلقي نظرة على الطيف باستخدام برنامجنا:

الطيف لدينا

أود أن ألفت انتباهكم إلى حقيقة مثيرة جدًا للاهتمام وميزة الضوضاء - فهي تحتوي على أطياف جميع التوافقيات. وكما يتبين من الرسم البياني، فإن الطيف متساوي تمامًا. عادة، يتم استخدام الضوضاء البيضاء لتحليل تردد عرض النطاق الترددي، مثل المعدات الصوتية. هناك أنواع أخرى من الضوضاء: الوردي والأزرق وغيرها. الواجب المنزلي هو معرفة كيف تختلف.

ماذا عن الكومبوت؟

الآن دعونا نلقي نظرة على إشارة أخرى مثيرة للاهتمام - التعرج. لقد قدمت أعلاه جدولًا لتوسعات الإشارات المختلفة في متسلسلة فورييه، انظر إلى كيفية توسيع التعرج، واكتبه على قطعة من الورق، وسنواصل.

لتوليد موجة مربعة بتردد 25 هرتز، قمنا مرة أخرى بتعديل مولد ملف wav الخاص بنا:

Int main(int argc, char * argv) ( int i; short int meandr_value=32767; /* املأ المخزن المؤقت بموجة جيبية */ for (i=0; i

ونتيجة لذلك، نحصل على ملف صوتي (مرة أخرى، أنصحك بالاستماع)، والذي يجب عليك مشاهدته على الفور بجرأة

صاحب الجلالة - تعرج أو تعرج الشخص السليم

دعونا لا نضعف ونلقي نظرة على طيفه:

الطيف المتعرج

ليس من الواضح بعد ما هو... دعونا نلقي نظرة على التوافقيات القليلة الأولى:

التوافقيات الأولى

إنها مسألة مختلفة تمامًا! حسنا، دعونا ننظر إلى العلامة. انظر، لدينا فقط 1، 3، 5، وما إلى ذلك، أي. التوافقيات الغريبة. نرى أن التوافقي الأول لدينا هو 25 هرتز، والتالي (الثالث) هو 75 هرتز، ثم 125 هرتز، وما إلى ذلك، بينما تنخفض السعة تدريجيًا. النظرية تجتمع مع الممارسة!
الآن الاهتمام! في الحياة الواقعية، تحتوي إشارة الموجة المربعة على مجموع لا نهائي من التوافقيات ذات الترددات الأعلى والأعلى، ولكن كقاعدة عامة، لا يمكن للدوائر الكهربائية الحقيقية تمرير ترددات أعلى من تردد معين (بسبب محاثة وسعة المسارات). ونتيجة لذلك، يمكنك غالبًا رؤية الإشارة التالية على شاشة راسم الذبذبات:

تعرج المدخن

هذه الصورة تشبه تمامًا الصورة من ويكيبيديا، حيث بالنسبة لمثال المتعرج، لم يتم أخذ جميع الترددات، ولكن القليل منها فقط.

مجموع التوافقيات الأولى، وكيف تتغير الإشارة

يستخدم التعرج أيضًا بنشاط في هندسة الراديو (يجب القول أن هذا هو أساس كل التقنيات الرقمية) ومن الجدير أن نفهم أنه مع السلاسل الطويلة يمكن تصفيته حتى لا تتعرف عليه الأم. يتم استخدامه أيضًا للتحقق من استجابة التردد للأجهزة المختلفة. حقيقة أخرى مثيرة للاهتمام هي أن أجهزة التشويش التلفزيونية عملت بدقة على مبدأ التوافقيات الأعلى، عندما تولد الدائرة الدقيقة نفسها تعرجًا يبلغ عشرات ميغاهيرتز، ويمكن أن يكون للتوافقيات الأعلى ترددات تصل إلى مئات ميغاهيرتز، بالضبط عند تردد تشغيل التلفزيون، و نجحت التوافقيات الأعلى في تشويش إشارة البث التلفزيوني.

بشكل عام، موضوع هذه التجارب لا نهاية له، ويمكنك الآن مواصلة ذلك بنفسك.

كتاب

بالنسبة لأولئك الذين لا يفهمون ما نقوم به هنا، أو العكس، لأولئك الذين يفهمون ولكنهم يريدون فهمه بشكل أفضل، وكذلك للطلاب الذين يدرسون DSP، أوصي بشدة بهذا الكتاب. هذا هو DSP للدمى، وهو مؤلف هذا المنصب. هناك، يتم شرح المفاهيم المعقدة بلغة يسهل على الطفل الوصول إليها.

خاتمة

وفي الختام، أود أن أقول إن الرياضيات هي ملكة العلوم، ولكن بدون تطبيق حقيقي يفقد الكثير من الناس الاهتمام بها. آمل أن يشجعك هذا المنشور على دراسة موضوع رائع مثل معالجة الإشارات والدوائر التناظرية بشكل عام (قم بتوصيل أذنيك حتى لا يتسرب عقلك!). :)
حظ سعيد!

العلامات:

• معالجة الإشارات
• تحويل فورييه
• الرقمنة
• الرياضيات
• DSP
• استجابة التردد
• wav

اضف اشارة