Амплитудные искажения гармонического спектра УМЗЧ, ООС и амплитудная характеристика.

[Suravi]

Изменить "вахи" ? Ну, Вы даёте. Линейная безинерционная отрицательная обратная связь уменьшает ошибку как отклонение от линейности ААХ (прямой линии) в константу раз. Чисто математически это не может изменить ни нуля производных (экстремумы Ку и точки перегиба ААХ), ни знака производных.

Игорь! абсолютно с вами согласен. ВАХи приборов конечно же это данность. Раз уж для этого вида искажений источником являются именно ВАХи приборов то ООС с этим уже ничего не поделает, в противном случае она должна быть "кривой" с кривизной обратной к кривизне ВАХов выходных приборов. С этой точки зрения в выигрышном положении оказываются приборы с ВАХ имеющие монотонную кривизну (без всяких перегибов), например имеющие радиальную зависимость, кстати об этом автор говорит. Ну и конечно же приборы имеющие постоянный h_21Э начинающийся с возможно меньших значений токов для обеспечения экономичного режима. Как рекомендации автора по использованию приборов с кривыми ВАХами для уменьшения подобных искажений автор видит в установлении такого режима (выставлении тока покоя) при котором рабочая точка находится в области кривой h21Э с постоянной монотонной кривизной для малых и больших амплитуд (для высших и первой гармоник).

[Nick-nack]

Мне кажется, слишком низкие искажения. Плохо "идентифицировать".
Еще, кмк, слишком быстро спадают со снижением уровня сигнала.

наверно вы правы. С другой стороны усилители, даже самые плохие, редко имеют больше.

А если этих не слышно, может дело и не в них?

Надо отправить знакомому звукорежу на "экспертизу", послушать на хорошем тракте хорошими ушами.

[Игорь Гапонов]

....

1. Интересно, что появление инерции/замедлений в петле при одновременной исходной нелинейности ААХ уже отменяет эту "изоморфность" ААХ. Дело в том, что для нелинейных систем имеет значение последовательность включения узлов (для линейных не имеет).

2. Да, на рекомендации по выбору рт я обратил внимание. Думаю, это самое ценное в тех статьях.

[korolkov24]

то ООС с этим уже ничего не поделает

Вероятно вы ветку не читали - ООС это всё уменьшает.

[Игорь Гапонов]

Вероятно вы ветку не читали - ООС это всё уменьшает.

Но и не разгибает до конца . Этим параметрическая компенсация нелинейности и нелинейна ООС отличаются от классической "линеаризированной". ТС всё правильно заметил.

[Suravi]

На самом деле эта теория объясняет очень многое. Огибающая основного тона реального звукового сигнала в динамике является тем самым паровозом для всех его гармоник-обертонов, т.е. если другими словами, огибающая в динамике для всех гармоник приведенных к одному масштабу должна быть одной и той же. Да конечно же, ООС уменьшает собственный К_Г усилителя-как абсолютную величину, но выправить огибающие гармоник имеющие разный знак кривизны в принципе не может- система-то ООС линейная, именно поэтому огибающую первой гармоники выправляет но вместе с тем в еще большей степени "кривит" огибающие высших гармоник. А ухо почему-то требует именно этой линейности. Все это конечно-же относится к реальному звуковому сигналу который имеет гармоники-обертоны. А их надо правильно воспроизвести а не уменьшить . А им как раз достается кривая огибающая в случае применения очень глубокой ООС, при всем при этом абсолютная величина собственного К_Г-ничтожна мала.

[bukvarev]

На самом деле эта теория объясняет очень многое.

Да нет, не теория объясняет, а все больше автор предполагает. При наличии доказательной базы, не потребовались бы посты с цитированием на пол-страницы..

А ухо почему-то требует именно этой линейности.

Доказательства?
Повторюсь, но вполне себе не режут слуха записи, в которых динамика огибающих разных частот искажена многополосным компрессором в значительной мере. Точнее, "режут", но характер таких искажений идентифицируется совсем по другому, не как у "плохого" усилителя.

но выправить огибающие гармоник имеющие разный знак кривизны в принципе не может- система-то ООС линейная, именно поэтому огибающую первой гармоники выправляет но вместе с тем в еще большей степени "кривит" огибающие высших гармоник.

В [5], стр.23 приведены результаты измерения поведения гармоник УМ, формируемые за счет нелинейности его каскадов. Естественно, поведение зависимости "третьей и более высоких гармоник" будут определяться петлевым усилением УМ при некотором уровне сигнала. "Статическая нелинейность" - по сути и означает, что в УМ будет зависимость коэффициента усиления от уровня (и знака!) входного сигнала . В приведенном примере, петлевое чуть больше в середине (исходный "горб" при уровне огибающей около 10 В на рис.4), а с приближением уровня сигнала к максимальному, петлевое снижается. Закономерный результат этого, уже после охвата ОООС мы видим в поведении гармоник на рис.5. И что с того? И как вообще можно сравнивать на одном графике сигналы уровня 15 В и 50 мВ (рис.6) при том, что слуховой приемник - энергетический? А если не так, то где подтверждение, что нашему слуху "милее" прямая огибающая с уровнем 4 В, чем "кривая" в 50 мВ?
Потом, если бы автор привел зависимость поведения огибающих применительно к многочастотному тестовому сигналу (с равномерным спадом уровня компонентов порядка 6 дб/октаву), или как там пишет: "реальному звуковому сигналу который имеет гармоники-обертоны", и в этом случае введение ОООС исказило бы (в нормальных, абсолютных величинах) огибающие верхних компонентов ИСХОДНОГО СИГНАЛА в большей степени, чем без ОООС - то да, теория, понимаешь . Так ведь не будет этого.. А не будет потому что ОООС просто минимизирует среднюю невязку опорного и выходного сигнала, и делает это пропорционально своей глубине на разных частотах, не разбираясь, сколько и каких компонентов сигнала подается на вход. И не "в еще большей степени "кривит" огибающие высших гармоник", а как раз "прямит", на сколько позволяет петлевое.

Другое дело, что иметь наилучший вид исходной ААХ, принять меры по ее временнОй стабильности до охвата ОООС - меры очень полезные. Настолько, что можно даже без ОООС обойтись .

А вот графики зависимостей [3], рис.12 только подтверждают тот факт, что мгновенное усиление каскада, задаваемое низкочастотным сигналом большого уровня искажает мгновенные значения, а следовательно, и огибающую слабого, т.е. имеется обычная интермодуляция. Кстати, равномерная квантизация приводит к незначительной зависимости искажений огибающей "слабого" сигнала при вариации амплитуды "сильного". Но заметность имеет очень значительную.

"Ядро" идеи понятно - предположение о заметности "формантных" искажений. Так ведь это - всего одна фраза . А где прямые подтверждения заметности именно этих, "особых" искажений? Только косъвенные, и то не полные. В [1] проведено сравнение двух усилителей с разными ААХ, и сделан тривиальный вывод о том, что играет лучше тот, у кого ААХ прямее, несмотря на "прочие равные характеристики сравниваемых электроакустических трактов". Это что - одинаковые КНИ, ИМД, импульсные характеристики? В таком случае, где они? И где для этих аппаратов зависимости искажений огибающих?

И ведь наверняка автор понимает, что без ответа на вопрос о заметности вся "теория" оказывается бессмысленной. И странно, что даже не пытается на него ответить .

[Игорь Гапонов]

... при том, что слуховой приемник - энергетический? А если не так, то где подтверждение, что нашему слуху "милее" прямая огибающая с уровнем 4 В, чем "кривая" в 50 мВ?
...

1. Медицинский факт (доказано) - "Слуховой приёмник" - приёмник давления с довольно низким потреблением энергии акустического поля (высокое акустическое входное, поглощение входом слухового канала на уровне поглощения поверхностью тела, чуток больше). Предположение об аналогичной зрению "амплитудной чувствительности" слуха царствовало со времён Гельмгольца (его подача, т.н. "фазовая глухота") до 60-х прошлого века (конец царства совпадает с широким распространением двухканальной стереофонии). Что опровергается различными опытами. Например, комбинация ненаправленного излучателя с восьмёрочным/дипольным при одновременном частотном разделении полос первым порядком приводит с "согласованной стороны" нулевому фазовому сдвигу в общей полосе, а с "рассогласованной" (т.е. перевернуть дипольный другой стороной) к ФЧХ по типу фазового звена первого порядка, приэтом АЧХ с обеих сторон - горизонт. При делении в диапазоне 100-8000 Гц разница слышна для 95% слушателей в основном как изменение стерео перспективы (изменения по ориентации диполя в каналах согласованные, т.е. когерентность каналов для двух проб не изменяется). Но в отношении тембра таки да, заметность на уровне абсолютного слуха (например, музыканты в большинстве своём слышат изменения по "своему" инструменту).

2. Присоединюсь к Евгению по поводу критики вербальных интерпретаций НИ в сабжевых статьях. Действительно, какая разница кто кого модулирует? Главное, что тест-сигнал проходит каждый участок ААХ и (как и в соседней ветке про транзисторную лампу) сделана попытка измерить "мгновенную нелинейность" в каждой или характерной точке амплитудной характеристики. Но как только я читаю про гармоники с формантами, и что "реальная музыка" какая-то особенная и чем-то таким сугубо усилительно-колоночным отличается от прочих звуков (какую-то одновременно и "нестационарность" и "гармоничность" в ней находят), то.....

[Teoretic]

Утверждения о высокой фазовой чувствительности слуха плохо согласуются с фактом существования очень хорошо (натурально) звучащих акустических систем с разделительными фильтрами второго и выше порядка (которые очень сильно крутят фазу, особенно по сравнению с любым усилителем!).

[Игорь Гапонов]

1. При этом (из практики) к АС с фильтрами первого порядка звук прилипает на столько же порядков меньше.

2. Вообще, использование фильтров всё более и более высоких порядков на 80% следствие технологии аудио, а не "фазовой глухоты", которой нет, например, по факту существования не только "уровневой", но и "временнОй" стереофонии.

3. Использование цифровых алгоритмов "румакустиккоррекшн", выравнивающих линейные косяки связки АС+комната, включая неминимально фазовые, очень эффективно именно "на слух".

4. Ну и классический опыт. При проигрывании фонограммы задом на перёд АЧХ спектра фонограммы не меняется, а у ФЧХ меняется всего лишь знак .

Хочу ещё раз заметить, что искажения временного масштаба, к линейной разновидности которых относятся когерентные и некогерентные искажения ФЧХ в каналах, сильнейшим образом заметны именно на стерео программах в искажении исходных "атмосферы", "перспективы", "реверберации", а не в "тембре".

[Rova]

Утверждения о высокой фазовой чувствительности слуха плохо согласуются с фактом существования очень хорошо (натурально) звучащих акустических систем с разделительными фильтрами второго и выше порядка (которые очень сильно крутят фазу, особенно по сравнению с любым усилителем!).

Во первых имеются ввиду не только фазовые линейные, но и нелинейные проблемы. Во вторых существенная доля проблем в звуке акустических систем находится как раз в областях стыка полос (при примерно одинаковой ачх можно получить звук как непотребный, так и оч приличный). Но в контексте электроники речь в большей степени все же о фазовой нелинейности.

[оператор]

1. Не нужно путать фазовые характеристики и нелинейности узлов и устройств с фазовой и амплитудной модуляцией.
Фильтры АС никак не могут вносить фазовую модуляцию ини вносят фазовый сдвиг, который как известно услышать трудно...

2. Паразитная модуляция, вызванная разными причинами - это отдельная тема.

3. Музыка - это всего лишь пакет синусоид различных частот и моделирование многочастотными сигналами с измерением, вполне адекватно позволяют измерять не черную кошку, а близкую к реальной картину.

[Teoretic]

Я понял, вы отрицаете факт наличия хороших колонок.
Я бы не смешивал восприятие стерео (пространства) с вращением фазы.
Для пространственного восприятия важна идентичность стереоканалов (разница фаз), а не абсолютный сдвиг фазы одинаковый в обоих каналах.

При проигрывании фонограммы задом на перёд АЧХ спектра фонограммы не меняется, а у ФЧХ меняется всего лишь знак .

Ну да. Меняете отставание на опережение - меняется знак у времени, не воспринять такого было бы удивительно. Этот пример не про фазовые искажения. В нем нет вообще искажений.

---------- Сообщение добавлено 13.19 ---------- Предыдущее сообщение было 13.17 ----------

речь в большей степени все же о фазовой нелинейности.

А это не фазовые искажения?

[оператор]

1. Не нужно путать фазовые характеристики и нелинейности узлов и устройств с фазовой и амплитудной модуляцией.
Фильтры АС никак не могут вносить фазовую модуляцию ини вносят фазовый сдвиг, который как известно услышать трудно...

2. Паразитная модуляция, вызванная разными причинами - это отдельная тема.

3. Музыка - это всего лишь пакет синусоид различных частот и моделирование многочастотными сигналами с измерением, вполне адекватно позволяют измерять не черную кошку, а близкую к реальной картину.

4. Нелинейности на стыках полос (при условии, что они правильно состыкованы) возникают как правило именно в усилителях, которые на эту нелинейность плохо реагируют из-за плохого согласования АС усилитель.

Впрочем опять по кругу, главная проблема - согласование.
Физически это - недостаточное количество выходных транзисторов, низкий энергегитеческий потенциал БП, жгуты, наводки, топология и тд.
Схемотехника уже достаточно хорошо освоена и попытки найти волшебный резистор - который решит все проблемы без затрат на многослойные платы, мощные выходные каскады, симметричную схемотехнику и пр. это толчение воды в ступе - с чего началась и чем заканчивается эта тема.

[Rova]

А это не фазовые искажения?

Тоже фазовые, но разница как, скажем, между влиянием конденсатора и варикапа.

[bukvarev]

Новые данные. С тепловыми искажениями, модуляционными и аддитивными шумами, модуляционными "сетевыми" помехами.

Исходные файлы - test1_original.flac и test2_original.flac в папке по ссылке: https://drive.google.com/folderview?...ms&usp=sharing

Результаты - в папке по ссылке:https://drive.google.com/folderview?...k0&usp=sharing

Группы файлов:
1_out_test_х_dn_linear_thermo_noFb.flac - добавлены шумы входного каскада, сетевой фон к выходу первого каскада, тепловая модуляция первого каскада
(фильтр второго порядка с частотой среза 10 Гц). Тепловые искажения:Ut2 = ФНЧ(U1o.^2); шумы и помехи первого каскада - Uinterf2 = Шум + помеха; вход
второго каскада: U2i = U1o .* (1 + Uinterf2 + Ut2), где U1o - выход первого каскада;

2_out_test_х_dn_linear_thermo_noFb_DELTA_norm.flac - нормированная к уровню -6дБ разность результата и оригинального файла. Обратите внимания на
характер искажения динамики сигнала. В конце файла есть отрезок тестового сигнала. Его атака искажена по "тепловому" закону.

3_out_test_х_dn_thermo-10dB_noFb_2st.flac - добавлены шумы входного каскада, сетевой фон к выходу первого каскада, тепловая модуляция первого каскада.
Также введен выходной сильно искажающий каскад (2st). Без ОООС (noFb).

4_out_test_х_dn_thermo_fb10_2st.flac - по сравнению с предыдущим случаем введена ОООС глубиной 20 дБ (fb10).

5_out_test_x_dn_thermo_fb10_2st_DELTA+30dB.flac - разность результата, усиленная на 30 дБ (DELTA+30dB), полученного в случае 4 и оригинала.

Обязательно посмотрите спектры и искажения динамики отрезков тона в конце файлов.

Что обнаружено:
1. Искажения динамики в линейной схеме не так страшны. Возможно, у меня не адекватная модель тепловых искажений (последовательное включение двух звеньев
первого порядка с частотой среза 10 Гц). Скорее более правильным будет взять одно звено с частотой среза 10 Гц (нагрев кристалла), а второе - 1 Гц
(передача тепла в корпус). Но безотносительно уточнения тепловой модели, результаты совсем не страшные .

2. Заметил противоречие: с одной стороны, тепловые искажения сильнее в тех записях, где сильно меняется мощность. С другой стороны, наименее подвержены тепловым
искажениям должны быть "плотные" записи, например, тяжелый рок. А именно с такими записями "плохие" усилители справляются хуже всего. Неувязочка .

3. "Модельная" ОООС - рулит. Вычищает и модулирующие шумы, и модулирующие помехи, и "тепловые". Но напрягает тот факт, что в отличие от безОООСного
варианта искажений, "грязь" присутствует и при малых, и при сильных сигналах. Правда, с очень малым уровнем. Еще обратите внимание на "гармоничные"
многотональные призвуки в остаточных искажениях, особенно в тесте 2. Целый ряд кратных гармоник, создающих эффект "подигрывания", похожий на синтез речи
роботов из фантастических фильмов . Видимо, остаточные гармоники имеют близкие уровни и играют "аккордом".

Offтопик:
Предлагаю симплей "BAD AMPs". Как плохие усилители пытаются спереть из тракта злых слушателей кристаллы незамутненного звука, а те всячески сопротивляются ))).

[Rova]

Послушал.
Пока в голове небольшая путаница.

Мысли -
Фильтр тепловых, имхо, может стоит рассматривать с частотой повыше, может даже сотни герц. Пульсация питания должна в том числе быть как функция от сигнала через фильтр.
Лучше было бы смотреть все поэтапно. Скажем, ввели задержку в тракт - посмотрели на АХ. Сделали задержку нелинейной - опять же посмотрели.
Ввели модуляцию АХ 100 герцами и снова оценили по виду АХ и влиянию на это обратной связи, то же с тепловыми, то же с пульсацией потребления, как функцией от сигнала через фильтр. Потому что пока мозгу зацепиться не за что.

---------- Сообщение добавлено 18.15 ---------- Предыдущее сообщение было 18.13 ----------

Грубо говоря, нужно увидеть (именно увидеть) в том числе фазовую модуляцию и оценить, как с ней борется ос.

---------- Сообщение добавлено 18.40 ---------- Предыдущее сообщение было 18.15 ----------

Трудность в том, что при фазовых проблемах АХ будет иметь комплексный вид, будет сигнально зависима. При линейной задержке и синусе будет просто эллипс. Тепловая модуляция и модуляция пульсации потребления при сложном сигнале даст и сложную фигуру.

---------- Сообщение добавлено 19.33 ---------- Предыдущее сообщение было 18.40 ----------

Для наглядности проблемы можно было бы гипертрофировать - если задержка, то так чтобы видно, если она нелинейна, то тоже в большой степени, если модуляции тепловые или по пульсации потребления питания, то тоже так, чтобы видно было на АХ на каком нибудь адекватно сложном сигнале.
Собственно, проделать все то же, что и со статической нелинейностью, там все было наглядно и понятно.

[bukvarev]

Фильтр тепловых, имхо, может стоит рассматривать с частотой повыше, может даже сотни герц.

Специально посмотрел для разных корпусов. Тепловая постоянная по -3 дБ лежит в диапазоне 0,1..0,9 с. Сотня герц - мы получим явную модуляцию. 10 Гц - и так, кмк, многовато.
Сейчас ввожу тепловую и в выходной каскад тоже.

Скажем, ввели задержку в тракт - посмотрели на АХ.

Уже было. Не влияет . Это все были самые первые эксперименты.

Сделали задержку нелинейной - опять же посмотрели.

Только не задержку, а фазовую модуляцию.. Вы так сами захотели. Буду делать в конце.

Пульсация питания должна в том числе быть как функция от сигнала через фильтр.

Через какой фильтр? Не пойму физику.. Здесь нужно определиться с величиной модуляции. Амплитуда пульсаций питания мизерна, и ее влияние на изменение напряжения б-э ничтожно.
Влияние изменения Uкэ в первом приближении приводится как дополнительное напряжение (конструктивная ОООС), последовательно с rэ величиной 1e-4..1e-5 от изменения Uкэ. Т.е. при напряжении пульсации в 100 мВ (а это уже нереально большая величина), мы имеем добавку ко входному напряжению каскада около 0,01 мв. Даже не имеет смысла учитывать. Заметьте, что уровень тепловых я всаживал того же порядка, что и коэффициент передачи каскада . Здесь же будет глубина модуляции на три порядка меньше..
А вот добавить пульсации по питанию аддитивно к выходному напряжению - это я уже делал в текущем моделировании. Подавляется пропорционально глубине ОООС. Нет, это все не то .

Вот проверю остатки по тепловым искажениям - займусь фазой. Похоже, в шумах, помехах питания и тепловых особо ловить нечего. Там важен конструктив..

ЗЫ. А что Вас так смущает по модулирующим помехам питания? Без ОООС они честно висят с каждой стороны от спектральных палок сигнала на уровне -90 дБ, с ОООС - на уровне -110 дБ. Все честно.

[Игорь Гапонов]

Я понял, вы отрицаете факт наличия хороших колонок.
Я бы не смешивал восприятие стерео (пространства) с вращением фазы.
Для пространственного восприятия важна идентичность стереоканалов (разница фаз), а не абсолютный сдвиг фазы одинаковый в обоих каналах.


Ну да. Меняете отставание на опережение - меняется знак у времени, не воспринять такого было бы удивительно. Этот пример не про фазовые искажения. В нем нет вообще искажений.

---------- Сообщение добавлено 13.19 ---------- Предыдущее сообщение было 13.17 ----------


...

1. А я понял, что Вы отрицаете чужой опыт, противоречащий Вашим утверждениям. Конечно можно исправить хитрым фильтром почти любую колонку. Вон, шо программная коррекция вытворяет. Однако, чем меньше "мощность" кроссоверов, тем лучше комната и АС ;). Или Вы против однополосной бесфильтровой АС на полную диновскую полосу?

2. Чуток выше я приводил пример когерентного изменения ФЧХ в каналах (переворот дипольных излучателей в комбинации с омнидиректорными другой полосы и кроссоверами первого порядка). При этом АЧХ и когерентность каналов не меняются. Заметность 95% слушателей (стерео программа).

3. Для восприятия пространства и движения источников в нём человек использует три фактора: два пространственно разнесённых сенсора, ДН наружного уха и пеленг. "Разность ФЧХ" на входе слуховых каналов - лишь одно следствие одного фактора - ДН наружного уха. Кроме этого параллельно работает и "разность времён" через разнесённые приёмники и "интерактивная ориентация" через пеленг.

3. Как это нет? Ничего ведь не разобрать с непривычки к заду на перёд . И "вращение фазы" и "изменение направления времени" - суть одни искажения или фазового или временнОго масштабов, однозначно связанные друг с другом через преобразование Фурье в воздухе (линейная среда- линейные искажения, обратите внимание, что в частотном домене нет времени, а во временном частот как аргументов функций). Я же подчёркиваю СИЛЬНУЮ заметность даже тонких временнЫх/фазовых искажений на стереозаписях, но СЛАБУЮ их заметность в изменениях тембра, особенно в одноканальных записях неподвижных источников. А на периодических так и вовсе не заметно. И это единственный аргумент сторонников Гельмгольца ("фазовой глухоты").

4. Кстати Человек таки слышит лучше отрицательные фронты, чем положительные одинаковой формы и амплитуды (Блауэрт).

[bukvarev]

Чтобы не возникало вопросов по наглядности, увеличил уровень пульсаций по питанию в 100 раз и снял реакцию линейного усилителя на возрастающее напряжение.

Синяя кривая получается настолько кривая за счет тепловой модуляции. Ее уровень я не менял. А вот помехи питания (100+0.5*200+0.33*300 Гц) стали видны в виде еле различимой "зубчатости". Красная - результат работы ОООС.


Вот так давятся только модулирующие пульсации по питанию без тепловых искажений при двухкаскадном нелинейном усилителе:

Синяя кривая - крива уже за счет произведения нелинейных ПХ каскадов усиления.

А теперь - давим окурки обеими ногами одновременно . (К предыдущему случаю добавлена тепловая модуляция и первого, и второго каскадов с уровнем -10 дБ относительно первой пары графиков):

Синяя кривая стала совсем плоха из-за одновременного воздействия нелинейности и тепловой модуляции (последнюю я еще ослабил, а то выходило совсем ненаглядно).