Проблема(?) линейных/векторных искажений

[Teoretic]

Тема линейных искажений возникает с завидной регулярностью в различных топиках, вызывая эмоциональные перепалки и захламляя оффтопиками чужие ветки.

Давайте расставим все точки над "i" здесь.

Итак.

Линейными искажениями здесь мы называем искажения, которые не вносят дополнительных гармонических составляющих в спектр сигнала.

По-другому их всегда называли частотными (или амплитудо-частотными, или амплитудо-фазочастотными, в зависимости от степени педантизма.)

Линейные искажения полностью характеризуются АФЧХ - амплитудо-фазочастотной характеристикой устройства. Грубо говоря, известна АФЧХ - известны частотные искажения. По АФЧХ определяется и ГВЗ, и переходная характеристика, и ее параметры: время задержки, время нарастания, время установления и т.д.

Теперь, что касается "векторных" искажений. Тут некоторые авторы смешивают два совершенно разных вида искажений. Как я понял, один вид "векторных искажений" берет свое начало из книги И. Достала об операционных усилителях, где он рассматривает динамическую ошибку в частотной области. Тут рассматриваются линейные искажения.

Второй вид "векторных" искажений происходит от векторного индикатора нелинейных искажений (компенсационный способ измерения нелинейных искажений осциллографом).Здесь как раз речь идет о нелинейных искажениях, поскольку в векторном индикаторе сам принцип измерения основан на компенсации линейных искажений измеряемой цепи.

Следовательно, огульно применяемый термин "векторные" искажения (имея в виду противоположные явления) просто провоцирует ненужные споры, и от него следовало бы отказаться. Зачем лишние запутывающие сущности, когда уже есть давно всем известные и понятные термины: линейные, частотные, фазовые, нелинейные искажения?

Теперь об актуальности рассмотрения линейных искажений применительно к звуковым УНЧ.
Нельзя сказать, чтобы АФЧХ усилителя была так неважна. Она важна, вернее ее горизонтальность и гладкость в диапазоне воспроизводимых частот. Просто получение требуемой АФЧХ для современных УНЧ не является проблемой.

Если уж так трепетно относиться к АФЧХ, то начинать, конечно, надо с колонок и комнаты для прослушивания (КДП). Вот уж где линейные искажения! Куда там усилителям.

Что касается рассуждений о "векторных" искажениях, присущих исключительно усилителям с ООС, о нулевых "задержках" в петле ОС и т.п, то это безграмотная ерунда, и рассматривать ее нет никакого смысла.

[свернуть]

[Игорь Гапонов]

ГВЗ важно лишь для сложного сигнала, когда есть сумма синусов, т.е. как раз в нашем случае звуковых сигналов. Как я понимаю, если ГВЗ постоянно и положительно, то синусы задерживаются пропорционально их частотам, синус с большей частотой имеет пропорционально бОльшую скорость сдвига и успевает догнать синус с меньшей частотой, соотношение по времени синусов не нарушается и именно поэтому форма такого сложного сигнала не нарушается.

Миша, говроя про "то синусы задерживаются пропорционально их частотам" ты говоришь про ФВЗ, а не про ГВЗ! Ведь касательная к точке ФЧХ (ГВЗ) отличается от прямой из нуля герц к этой же точке (ФВЗ). Именно последняя характеризует время задержки, а не первая. Почитай ту ссылку выше через гугель транслэйт хотя бы.

[Newman]

....поэтому форма такого сложного сигнала не искажается... в идеальном четырехполюснике на пассивных элементах. Во всех других случаях искажения неизбежны, а выходной сигнал аппроксимируется с помощью ряда Тейлора.

[SAPR]

См. LTI sistem . Не понимаю, почему по-русски такую фундаментальную вещь в вике не написали....

Это про линейные инвариантные во времени (ЛИВ системы)? Есть прекрасный двухтомник У.М. Сиберта "цепи, сигналы, системы". Причем как раз на русском . БОльшая часть - как раз ЛИВ системы. Если бы некоторые чукчи писатели хоть немного бы почитали, глядишь и бреда про векторные искажения поменьше бы стало.

[Игорь Гапонов]

Я всё понимаю, но почему ты оффтопом про фундамент топика?

https://en.wikipedia.org/wiki/Linear...variant_system

Offтопик:
Интересно, что по-русски инвариантность во времени почему-то преподносится в вике как стационарность. Известны нелинейные нестационарные системы инвариантные во времени - системы с памятью. Триггеры например, или системы с сухим (кулоновское) трением или очень распространённые системы с постоянными магнитами.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2...82%D0%B5%D0%BC

[Petr-1951]

для полноты картины привожу график Боде и дополнительный бурст на частоте ниже резонанса

ГВЗ для двух частот отрицательное и огибающая бурста имеет опережение по определению
но отдельные составляющие бурста в одном случае имеют опережение, в другом запаздывание в соответствии с ФЧХ

[SAPR]

почему ты оффтопом про фундамент топика?

Чтобы не спугнуть . Исправил.

Offтопик:

Offтопик:

Интересно, что по-русски инвариантность во времени почему-то преподносится в вике как стационарность.

Наверное, только в вике. В адекватных учебниках по физике используется термин как раз инвариантность (например, инвариантность к перемещению, вращению, во времени - и соответствующие ей законы сохранения).

Вообще, статья в вике по ссылке странноватая - если чел. не разбирается в вопросе, то и ничего не поймет, а если разбирается, то нового ничего нет. Ну и термины не уточняют. Например, определяя s как комплексную частоту, не поясняют, что она содержит и действительную и мнимую части (а не просто j*w).

[Petr-1951]

для диапазона частот у которого ГВЗ константа время задержки прохождения сигнала равно ГВЗ
Измерим время задержки для модели УПТ усилителя Sansui модель которого выложена выше
для начала измерим на частоте 20 кГц

измерения проведены по окончании первого и второго периодов (выделено прямоугольником). Как видим tPD в обоих случаях равны и совпадают с ГВЗ приведенном на графике Боде выложенном с моделью.
Гораздо сложнее измерить задержку прохождения на частоте 20 Гц. Поэтому пришлось прибегнуть к измерениям с помощью масштабирования (методом пропорциональности)

чтобы оценить время задержки измерим tPD в середине периода сигнала частотой 20 кГц

как видим и на частоте 20 Гц точно такая же задержка прохождения сигнала как и на частоте 20 кГц. Понятно что задержки фаз здесь будут совершенно разные: ничтожно малая на частоте 20 Гц и побольше на частоте 20 кГц (нетрудно посчитать: 0,21 мкс от 50 мкс составляет 1/250, 360/250=1,44 градуса)
p.s
измерим фазу с помощью диаграммы Боде в линейном масштабе на частотах 20 Гц и 20 кГц

при постоянстве ГВЗ задержка по фазе пропорциональна частоте (разница 20000/20=1000 раз). Можно пойти и от обратного и убедиться что время прохождения сигнала частотой 20 Гц равно времени прохождения сигнала частотой 20 кГц
вот пример измерения задержки в УН darTZeel (не УПТ)

время задержки совпадает с ГВЗ модели УН на частоте 10 кГц и выше.

[Teoretic]

Petr-1951, Вы бы объяснили смысл всех этих измерений.
Дело в том, что все эти измерения определяются полосой пропускания усилителя. Я вам уже об этом говорил.
Вывод из всех ваших измерений следует единственный: чем шире полоса пропускания - тем лучше усилитель.
К нему же сводится и вся бодяга с "векторными" искажениями.

[Petr-1951]

Petr-1951, Вы бы объяснили смысл всех этих измерений.
Дело в том, что все эти измерения определяются полосой пропускания усилителя. Я вам уже об этом говорил.
Вывод из всех ваших измерений следует единственный: чем шире полоса пропускания - тем лучше усилитель.
К нему же сводится и вся бодяга с "векторными" искажениями.

смотря что понимать под полосой пропускания. Если рассматривать малосигнальную полосу, то она может быть и несколько МГц, а полоса полной мощности может быть хорошо если 100...200 кГц. Если ориентироваться на полосу полной мощности, то да, согласен, она определяет скорость нарастания выходного напряжения.
Чуть выше встал вопрос о ГВЗ - как понимать отрицательное ГВЗ. Я дал ссылку на статью в которой сделана попытка рассмотреть этот вопрос. Но мне показалось что там этот вопрос раскрыт не полностью, поэтому и привел результаты поведения бурста на 2-х частотах: выше и ниже частоты резонанса.
Одновременно на примере модели усилителя Sansui показал что для УПТ время задержки практически равно ГВЗ для частот где ГВЗ константа. Я неоднократно обращал внимание что на качество звукоусиления оказывает влияние не только само по себе время задержки прохождения сигнала, но и поведение ГВЗ за пределами звукового диапазона. Идеальный вариант ГВЗ (по моим понятиям) - не более 50...70 нс с плавным спадом в конце (без выбросов независимо от изменения сопротивления источника сигнала). Разумеется не все усилители УПТ, для усилителей с разделительным конденсатором на входе ГВЗ имеет рост в районе 1...5 кГц (зависит от емкостей, в том числе и от емкости в цепи ОС, а также от АЧХ интегратора если он есть). Встречал статьи где рассматривалось влияние ГВЗ на звук в области НЧ.
Известно что Кг и ИМИ слабо коррелирует с качеством звука. Не у всех есть возможность проверить полосу полной мощности. Здесь также могут быть варианты: в одних усилителях с ростом частоты просто снижается уровень выходного сигнала в соответствии с АЧХ без видимых искажений формы сигнала, а в других усилителях сигнал начинает превращаться в треугольный (TIM-искажения).
Выше я привел результат проверки УН дартзил на меандре, заодно и времени задержки. После доработки время задержки снизилось более чем в 3,5 раза, при этом Кг остался неизменным, а качество звука существенно изменилось в лучшую сторону. Поэтому каждый решает сам какими тестами ограничиться на этапе проектирования. Я считаю что чем более всесторонне и полно будет исследована модель - тем лучше, тем больше будет уверенность в результате, и принятии решения о реализации в железе.

[Teoretic]

смотря что понимать под полосой пропускания. Если рассматривать малосигнальную полосу, .

А ГВЗ разве не иалосигнальный параметр?

[Petr-1951]

А ГВЗ разве не иалосигнальный параметр?

обрати внимание что я его сверяю с задержкой на полной мощности. И тесты треугольным напряжением также проводил на полной мощности.

[Teoretic]

я его сверяю с задержкой на полной мощности. И тесты треугольным напряжением также проводил на полной мощности.

Пока усилитель не перегружен, это не имеет значения. Вывод о полосе частот остается в силе.