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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Mesure de distorsions non linéaires sur un signal de bruit. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure Dans l'article, l'auteur attire l'attention des lecteurs sur une méthode pratiquement inutilisée pour mesurer la non-linéarité des amplificateurs. Les résultats des mesures objectives des distorsions non linéaires de l'UMZCH utilisant cette méthode coïncident étonnamment avec les résultats de leurs évaluations subjectives lors d'une écoute experte. Les méthodes connues pour mesurer les distorsions non linéaires dans les trajets de transmission du son sont très diverses [1, 2]. La méthode harmonique s'est répandue comme la méthode la plus simple pour les expériences et la plus pratique pour les calculs. D'autres méthodes moins courantes sont la tonalité différentielle, la tonalité modulée, l'intermodulation (intermodulation). La distorsion d'intermodulation transitoire est également mesurée. Les méthodes énumérées ci-dessus ont leurs propres domaines d'application. De plus, chacun d'eux utilise des signaux spéciaux qui offrent la plus grande efficacité dans la détection des produits de distorsion. Cependant, c'est précisément la raison de leur faible contenu informatif concernant l'évaluation intégrale des distorsions introduites dans le chemin audio et affectant de manière significative l'évaluation subjective (experte) de la qualité de transmission des signaux sonores réels. La perceptibilité des distorsions non linéaires d'un signal réel est liée à la fréquence à laquelle, si l'on considère le processus dans le temps, ou avec quelle probabilité, si l'on lui applique une mesure statistique, ses valeurs instantanées tombent dans la région de non-linéarité significative de le chemin de transmission du son. De nombreuses personnes ont probablement observé comment, lorsque le niveau du signal dans un canal surchargé est réduit, l'enrouement du son disparaît. Moins les pics de signal tombent souvent dans la zone de surcharge, plus celle-ci est petite. Une caractéristique typique de la fonction de transmission du signal dans le trajet de transmission du son est illustrée à la Fig. 1, une. Ici : sin, sud - signaux d'entrée et de sortie normalisés par la puissance ; W(s) - densité de probabilité des valeurs de signal instantanées sin. La section A correspond à une non-linéarité relativement petite et les sections B correspondent à une grande non-linéarité. Pour faciliter l’analyse, sur la Fig. La figure 1b montre des graphiques de la distribution de densité de probabilité W(s) des valeurs instantanées de deux signaux de même puissance : bruit blanc (gaussien) (courbe 2) et harmonique (courbe 1). Comme il ressort de la Fig. 1a, toutes les valeurs du signal d'entrée limitées par la fonction W(s) pour une sinusoïde tombent dans la section de la caractéristique de transmission avec moins de non-linéarité, tandis que pour un signal de bruit 16% du temps ses valeurs sont en sections de la caractéristique de transmission avec une non-linéarité élevée. Il est clair que le signal de bruit est soumis à une distorsion bien plus importante que le signal sinusoïdal.
Dans [3], les résultats d'études sur la densité de probabilité des valeurs instantanées des signaux sonores naturels (parole et musique) sont présentés. En termes de répartition de niveau, ils se sont révélés beaucoup plus proches d'un signal de bruit que d'un signal harmonique. Par conséquent, l'estimation des distorsions non linéaires basée sur les méthodes énumérées ci-dessus donne des représentations incorrectes des distorsions non linéaires réelles des signaux réels. Les méthodes de mesure moins connues qui utilisent des signaux de bruit ont un contenu d'information nettement plus important [1, 2, 4 - 9]. L'une des méthodes [4] est utilisée en cinématographie et en télévision pour mesurer les distorsions non linéaires d'une bande sonore photographique [5]. Le schéma fonctionnel de mesure et les diagrammes spectraux de cette méthode sont présentés sur la figure 2.
Le signal de mesure est créé par un générateur de bruit blanc GBSH, limité à l'aide d'un filtre passe-bande PF à une bande de fréquence de 3...12 kHz, qui est introduit à l'entrée de l'objet de mesure OM. Les produits de distorsion non linéaire PNI (intermodulation) du signal de bruit sont mesurés avec un voltmètre V après le filtre passe-bas avec pondération dans la bande de fréquence 30 Hz... 1,2 kHz. L'indicateur numérique de non-linéarité est le rapport, exprimé en décibels, de la tension efficace des produits de distorsion (UC) à la tension du signal de référence (UV) généré par le générateur intégré à l'appareil avec une fréquence de 1kHz : KISH \u20d 1 lg (UС / UВ). (une) La méthode de mesure décrite est mise en œuvre dans l'appareil 7E-67 et est utilisée avec succès dans les studios de cinéma. À la télévision, un appareil similaire est le compteur INIF. Les mesures de distorsion sont également effectuées par la méthode harmonique en utilisant un signal de mesure sous la forme d'une bande de bruit d'un tiers d'octave [5-9]. Le schéma fonctionnel et les diagrammes spectraux sont présentés sur la Fig. 3.
A partir du bruit rose généré par le générateur GRS par un bloc de filtres passe-bande FFT, des bandes sont sélectionnées alternativement pour étudier l'objet de mesure du ROI, et une diminution du niveau de 3 dB par octave avec l'augmentation de la fréquence assure une puissance constante du signal de mesure dans n’importe quelle bande de tiers d’octave. Parmi les produits de distorsion en tension du signal U1, seules ses harmoniques U2, U3 situées dans des bandes de tiers d'octave de fréquence moyenne nf1 sont prises en compte, où n = 2, 3...,f1 est la fréquence moyenne du signal de mesure. groupe. Les mesures sont effectuées avec un analyseur de spectre de haut-parleur connecté à la sortie de l'objet de mesure. L'indicateur numérique du coefficient de distorsion harmonique du signal de bruit est déterminé par la formule :
Il convient de garder à l'esprit que la fiabilité des mesures avec cette méthode dépend en grande partie de la limitation de la bande passante de l'objet à mesurer. Il existe d'autres méthodes de mesure plus complexes utilisant des signaux de bruit. L'utilisation généralisée de tels signaux dans les mesures dans les équipements audio, selon l'auteur, est entravée par un certain nombre de facteurs : la rareté et le coût élevé des équipements d'analyse des signaux aléatoires, la nécessité de réviser les normes (par exemple, la puissance de sortie dans les amplificateurs ), et l'inertie de la pensée de nombreux ingénieurs habitués aux signaux sinusoïdaux. Pour une évaluation pratique de l'efficacité de l'utilisation des signaux de bruit, l'auteur a effectué des mesures comparatives de distorsions non linéaires dans plusieurs UMZCH en utilisant une technique standard (la méthode harmonique) et sur un signal de bruit à l'aide d'un appareil 7E-67 aux mêmes valeurs de surcharge de l'amplificateur. . Pour les tests, des UMZCH de conception de circuit et de base d'éléments différents ont été sélectionnés, destinés au sondage de grandes pièces (puissance 100 W ou plus, tous les modèles avaient des indicateurs de surcharge). De plus, des évaluations subjectives de la qualité (SQA) de la reproduction sonore ont été réalisées sur une échelle de dix points. Les résultats des tests de non-linéarité des amplificateurs sont donnés dans le tableau. Les amplificateurs de puissance 1 à 4 sont à transistors avec différentes profondeurs de rétroaction (A), l'amplificateur 5 est à tube. Le tableau présente les valeurs du coefficient de distorsion harmonique à une fréquence de 1 kHz et du coefficient d'intermodulation du bruit pour l'appareil 7E-67.
Le niveau élevé de distorsion dans les amplificateurs à transistors avec une rétroaction globale profonde lors de la mesure de la non-linéarité avec un signal de bruit est dû au fait que le signal de mesure sous forme de bruit a un facteur de crête élevé et contient une plage de fréquences assez large, créant un effet uniforme. une gamme plus large de produits de distorsion et une différence significative en termes de CG/KISH pour tous les amplificateurs - une augmentation de la distorsion d'intermodulation lors d'une surcharge à court terme. Il ressort du tableau que les UMZCH avec une plus grande profondeur d'OOS ont également un rapport CG/ISH plus élevé, recevant par conséquent de faibles scores SOC. À la suite des tests, les conclusions suivantes peuvent être tirées : 1. Le suivi des distorsions non linéaires sur un signal de bruit est beaucoup plus informatif et permet de se rapprocher d'une évaluation subjective de la qualité de la reproduction sonore. 2. Lors de la conception de toutes les parties du chemin de transmission du son, il convient de s'efforcer non seulement de réduire le coefficient harmonique, mais également le coefficient d'intermodulation du bruit. La méthode décrite a été initialement proposée pour mesurer la non-linéarité du phonogramme photographique des films (lors du contrôle de la qualité du processus technologique de leur réplication). Par conséquent, en ce qui concerne les mesures sur les voies de transmission sonore de haute qualité, y compris les haut-parleurs, il est conseillé pour ajuster la bande passante du signal de mesure. Les mesures d'intermodulation du bruit de l'UMZCH à des fins professionnelles diffèrent dans ce cas en ce que cet équipement est souvent utilisé à puissance maximale, permettant une surcharge à court terme. Par rapport aux amplificateurs à tubes, dans les amplificateurs à transistors, en cas de surcharge, la limitation de courant maximum est souvent plus prononcée, ce qui correspond à une forte augmentation de la distorsion non linéaire. Dans les UMZCH utilisés dans un environnement domestique, le mode de limitation du signal avec une puissance correctement sélectionnée n'est pratiquement pas atteint, il est donc conseillé d'envisager la possibilité d'utiliser une technique qui limite le niveau maximum du signal de bruit. Dans ce cas, la différence entre les amplificateurs avec des bases d'éléments différentes est susceptible de diminuer considérablement. De plus, il faut tenir compte du fait qu'il existe un certain nombre de paramètres critiques : bande de fréquence, caractéristiques de phase et transitoires, niveau de bruit... littérature
Auteur : A.Syritso, Moscou
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