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]

[Teoretic]

Я же писал, что достаточно просто измерить задержку.

Можно задержку, можно результирующую АЧХ... Задержка и полоса пропускания - эквивалентные величины. Ну сколько можно повторять?
Ты все толкуешь о линейных искажениях. А векторный индикатор показывает нелинейные.

---------- Сообщение добавлено 22:33 ---------- Предыдущее сообщение было 22:31 ----------

на реле мне кажется надо коммутацию делать

Реле - хорошо!

---------- Сообщение добавлено 22:41 ---------- Предыдущее сообщение было 22:33 ----------

В том то и трудность, что компенсация может на самом деле реализовываться совершенно "неожиданной" (точнее - непредсказуемой без разложения в ряд V) линейной цепью.

Ага, доходит. То есть, так не получится: скомпенсировали одним полюсом, потом попробовали добавить второй полюс и улучшить результат. Потом - еще один полюс или ноль...

Но это ведь нужно для полной компенсации во всей рабочей полосе. А если работать с синусом, первого порядка достаточно.

[оператор]

В реалии действительно многое не так,
и не потому что математика анализаторов совсем иная,
а по причине не достаточно реалистичных моделей элементов,
и вообще не реалистичных условий моделирования без огромного количества
влияющих на усилитель факторов в реалии.
У меня реализованы практически все измерения в железе, те что я использую в симуляторе.
Да это другие программы, да нужны знания по программированию приборов,
нужно программируемое измерительное оборудование с метрологическими характеристиками.
И простой приставки для "векторных" измерений сегодня не достаточно.
Как я вижу, имея некоторый опыт работы с векторными анализаторами,
такое оборудование может быть полезно в звукоусилении для обнаружения
- блуждающих полюсов и рождения такими полюсами также блуждающих
нелинейных искажений под действием сложных музыкальных сигналов.
- для определения эффектов амплитудно-фазовой конверсии от электрического тракта до звука,
- для модального анализа групповых воздействий на звукоусилительный комплекс,
от сложных сигналов до внешних воздействий,
-для оценки возможных межблочных отражений и переотражений, особенно в рамках взаимодействия с нагрузкой,
- оценки звукового поля, переотражений, стоячей волны, эффектов реверберации, точек деградации звукового поля,
краевых условий звукового поля.
В мире достаточно много исследований проводится в НЧ диапазонах при помощи векторного отображения и описания процессов,
но для таких исследований нужно понимать что мы ищем, какая цель поиска,
и как мы можем нашими новыми знаниями повлиять на качество звука.

Хорошо написано.
Красиво.
И, я со всем этим согласен.
Только сделать нормальный усилитель можно и много проще.
Если понимать основные процессы и использовать технологии.
Избыточное усложнение понятийного аппарата не на пользу.
Тем более рамки при создании усилительной техники достаточно узкие и сильно не попрыгаешь. Горизонт крайне ограничен.
Просто нужно делать все правильно и не создавать проблем себе.

Как говорил Менделеев, если не можешь простыми словами описать проблему, значит ты ее не понимаешь. Не точно.

[Игорь Гапонов]

Я не понимаю твоих слишком абстрактных рассуждений. На практике нет никакого порочного круга: крутим резистор, делая эллипс горизонтальным, крутим конденсатор, сплющивая эллипс. Добавляем усиление осциллографу. Повторяем. Сходимость хорошая.

Т.е. баланс по критерию минимальной разности? Так?. Тогда после этой твоей "сходимости", запомни параметры твоей "линейной RC симуляции" усилителя и подай НА ВХОД объекта тот же сигнал с коэфф. передачи не равным единице (например, через аттенюатор). И посмотри, что будет с теми RC параметрами при "балансе на минимум разности".

---------- Сообщение добавлено 22:57 ---------- Предыдущее сообщение было 22:54 ----------

Но это ведь нужно для полной компенсации во всей рабочей полосе. А если работать с синусом, первого порядка достаточно.

Но тогда ты поимеешь зависимость RC параметров от уровня синуса, т.е. нелинейность в твоей линейной компенсационной цепи Т.е. ты смоделируешь для заданного сигнала ядро р.V какого-то там порядка (зависит от количества проб при разных амплитудах синуса, а если это будет другой синус, то ядра расплывутся в непрерывные спектры нелинейных продуктов).

[wert]

если не можешь простыми словами описать проблему, значит ты ее не понимаешь.

Ты считаешь векторные измерения проблемой?
Это в связи с названием темы, или серьезно проблема?
Большинство радиолюбителей мира занимаются векторными измерениями,
измеряют параметры приемников, передатчиков, усилителей, антенно-фидерных устройств
и никто проблем не видит.
И в среде где проводятся такие измерения однозначно считается
те измерения, которые содержат информацию об амплитуде и фазе сигнала относятся к векторным измерениям.
Это в первую очередь относится к передаточной функции, S параметрам, КСВ, отражениям.
Передаточную функцию, часть S параметров можно точно перенести в звуковой диапазон,
вернее это уже давно сделано и давно используется.
Только мы пока застряли на векторном индикаторе,
в этом действительно проблема есть.
в понимании необходимости такого шага сегодня.

[Teoretic]

Но тогда ты поимеешь зависимость RC параметров от уровня синуса, т.е. нелинейность в твоей линейной компенсационной цепи

Ты прав. Я уже посмотрел в модели этого злосчастного Апекса.
Мне надо это обдумать.

Но ведь нелинейности вот, как на ладони!

[Nabludatel]

Вы невнимательны: отклонение настроек менее 0,1 нс

Вы при настройке схемы компенсации задержкой на одну частоту, пихаете туда другие...

Вы хоть имеете представление как работают селективные аналоговые ИНИ?

Это здесь каким боком? Вообще другой тип измерений. Где у Вас селективные фильтры???

Посмотрите как крутится фаза в простейшем режекторном фильтре...

При точной настройке фильтра сдвига фазы нет.

Я уже писал что линия задержки с высокой точностью подобрана к задержке усилителя.

Усилитель в широком диапазоне частот НИКОИМ ОБРАЗОМ не является линией задержки. Это требует доказательств?

Ни измерители НИ, ни компенсационный метод Баксандалла на выявляет этот вид искажений.

1 Не выявляют именно потому, что там происходит компенсация сдвига фаз, соответственно наиболее полная компенсация основного тона. И это как раз доказывает, что выдуманные ВИ - всего лишь линейные искажения, вызванные обычным сдвигом фаз, и это уже не раз объясняли. Такие же, но в гораздо бОльших количествах наваливаются в момент записи, и никого это не волнует. Потому, что:
2 Сколько не кричат о "необходимости идеально ровной ФЧХ", по факту, даже к значительным изменениям ФЧХ ухо малочувствительно, а на ВЧ > 10-12 кГц вообще крути фазу как хочешь, звучание не меняется. Чем мучать симы, покрутите в аудиоредакторе фазу на разных частотах, послушайте хоть на искусственных сигналах, хоть на музыке...
Ваши измерения всего лишь плохо давят основной сигнал. И, исходя из ошибочного метода измерений, Вы делаете выводы о необходимости очень высокой скорости нарастания. Понятно, что у усилителя с полосой пропускания 15 мГц фазовый сдвиг в аудио полосе будет гораздо меньше, чем у 200 кГцового. Компенсация кривым методом будет лучше, но крайне низкая чувствительность ушей к ФЧХ от этого не улучшится. Руководствуясь Вашей логикой, если перед "суперскоростным" усилителем поставить ФНЧ на 200кГц, он станет звучать хуже...так?

[Игорь Гапонов]

...
Но ведь нелинейности вот, как на ладони!

Если БЫ, нелинейности были безиннерционными ("мгновенными"), то по ряду Тейлора по измерениям единственного синуса, но с разными амплитудами можно было бы определить их продукт для любого входного спектра.. Собственно, это можно было бы сделать для любого объекта с "разделяемыми" нелинейными и линейными участками/узлами. Лампы гораздо лучше к таким подходят, чем транзисторы. Самое же интересное в том, что обратная связь делает из безобидных объектов с "разделяемой лин/нелин" более коварные, что ли. Потому, что общий продукт нелинейности хоть падает, но становится "замысловатым". Из-за неизбежного сумматора и реактивностей в петле.

[UDVA]

Teoretic,

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

Зато линейные искажения изменяют огибающую реального аудио сигнала и изменяют тембр результирующего звука.

Линейные искажения полностью характеризуются АФЧХ - амплитудо-фазочастотной характеристикой устройства. Грубо говоря, известна АФЧХ - известны частотные искажения. По АФЧХ определяется и ГВЗ,

Это верно только для аудио сигналов с малой базой ( полосой ) и расположенных по центру линейного участка АФЧХ. Для аудио сигналов с большой базой (полосой и динамическим диапазоном ), ГВЗ однозначно не определяется т.к. огибающая входного и выходного аудио сигнала различаются.

Компенсационные методы оценки искажений макродинамики референтного сигнала ( синус, треугольник или бурст ) позволяют наблюдать только качественно (каких-то «блох»). Количественные измерения на экране осциллографа ограничены точностью 10-1, а методом фильтрация и RMS точностью 10-4 ( за счет интегрирования в реальном приборе).

Для количественного измерения искажений микродинамики музыкальных аудио сигналов с большой базой в реальном усилителе мощности НЧ требуются другие методы и точности. Например, измерять время с точностью 10-7 можно легко и интегрировать ничего не нужно. Подходящие методы измерений и приборы существуют давно.

[Игорь Гапонов]

Зато линейные искажения изменяют огибающую реального аудио сигнала и изменяют тембр результирующего звука.



Это верно только для аудио сигналов с малой базой ( полосой ) и расположенных по центру линейного участка АФЧХ. Для аудио сигналов с большой базой (полосой и динамическим диапазоном ), ГВЗ однозначно не определяется т.к. огибающая входного и выходного аудио сигнала различаются.

То, о чём написал Теоретик, комплексная ЧХ, есть исчерпывающая и однозначная спектральная характеристика линейных искажений вносимых объектом в сигнал. В более общем виде линейные искажения представляют собой линейный оператор (см. талмуды), отличный от оператора тождества.

То, что я выделил в ваших возражениях, т.н. "огибающая", не является ни линейной ни спектральной характеристикой ни сигнала ни объекта. Поэтому ваши возражения не состоятельны. Например, "для аудио сигналов с большой базой ГВЗ однозначно не определяется"- чушь полная. ГВЗ, как и ФВЗ однозначно определяется точностью передачи фазового спектра сигнала или, что то же самое, фазочастотной х-кой объекта. Конечно, можно с некоторой натяжкой "усмотреть" во многих сигналах какую-то огибающую с каким-то почти периодическим заполнением, т.е. представлять сигнал не спектром как линейным операторам Фурье трансформ, а как нелинейным оператором амплитудной модуляции. Но ещё больше реальных сигналов от этого станут совершенно неудобоваримы для существующих методов анализа. Поэтому "АМ теория" очень быстро заглохла и осталась лишь в электромузыке.

Кроме этого, восприятие линейных искажений не ограничивается тембральным аспектом слуха. Например, HRTF (см. талмуды) - ни что иное как линейные искажения акустического поля вокруг головы и тела слушателя. Однако, без этой HRTF, например, в наушниках просто дико искажается звук именно в пространственном аспекте слуховых ощущений, по сравнению с которыми искажения тембрального - просто детский лепет.

[Petr-1951]

Фаза - график изменения задержки в зависимости от частоты.
К какой частоте вы прецизионно подобрали задержку, если она после 10 кГц для каждой частоты разная?
Вопрос риторический.

вот график изменения фазы выходного напряжения на частотах 9,5 кГц и 10,5 кГц составляющих бурст.

Задержки настраивались для центральной частоты 10 кГц с точностью 0,0083 градуса (менее 0,1 нс). Понятно что на частотах 9,5 и 10,5 кГц, как справедливо заметил nabludatel погрешности измерений возрастут.
Можно ведь оставить частоту одну, например те же 10 кГц, и менять только амплитуду сигнала, например от 4 В (1 W) до 30 В (полная мощность) и посмотреть результат измерений на границах изменения амплитуды. Это и будут искомые искажения которые не выявит ни один стандартный метод измерений.

[wert]

То, что я выделил в ваших возражениях, т.н. "огибающая", не является ни линейной ни спектральной характеристикой ни сигнала ни объекта.

Тут нужно быть аккуратным в однозначном определении.
Именно в векторных измерениях когда обьектом есть форма или вид электрического сигнала, звукового поля,
огибающая таких обьектов полностью характеризуется амплитудно-фазо-частотной т.е. комплексной характеристикой.
Если Вы когда в жизни измеряли характеристики поля, Вы помните что именно огибающая того самого поля
на конкретном участке исследования является объектом измерения.
Особенно когда мы говорим о полюсах и нулях поля,
тут только огибающая может дать нам представление об обьекте.

---------- Сообщение добавлено 07:32 ---------- Предыдущее сообщение было 07:22 ----------

Это и будут искомые искажения которые не выявит ни один стандартный метод измерений.

Это не верно.
Физика возникновения нелинейных искажений амплитуды и фазы
вследствие неравномерности ФЧХ вблизи полюсов давно известна и математически все описано,
на практике подтверждено.
В связи нелинейные искажения АМ прошедших через расстроенные по частоте контура узкополосных усилителей
тем больше чем выше не совпадение центральной частоты АМ и центральной частоты контура, т.е. чем выше
неравномерность ФЧХ контура относительно АМ сигнала.
Потому вблизи частот среза или полюсных характеристик не все так однозначно относительно искажений как линейных так и нелинейных.
Но измеряются такие искажения достаточно давно, практически с появлением простейшей балансной АМ.
А балансная АМ отдаленно напоминает по виду интермодуляционные искажения,
так связь тут можно обнаружить...

[Teoretic]

Можно ведь оставить частоту одну, например те же 10 кГц,

Вот и скатились от измерения на сложном широкополосном сигнале до этого примитивного синуса (который не "музыкальный" сигнал и ничего не показывает!)

[eksaedr]

Я собираюсь делать примерно такой...

Вы же говорили, что использовали векторный индикатор. А по схеме видно, нет. Изучите статью внимательно, у Вас неверное представление.

---------- Сообщение добавлено 10:32 ---------- Предыдущее сообщение было 10:18 ----------

Главное - это сигнал разворачивает сам себя, т.е. сигналом используются обе пары отклоняющих электродов, значит происходит компенсация вектора вектором. Вы нарисовали компенсационный не векторный метод, т.к. в Вашей схеме вектор компенсируется комплексным числом - мнимым или абстрактным аналогом вектора . Или лучше сказать: компенсация происходит несвязанными векторами.

[Petr-1951]

Вот и скатились от измерения на сложном широкополосном сигнале до этого примитивного синуса (который не "музыкальный" сигнал и ничего не показывает!)

Вы сначала разберитесь что происходит с простым сигналом когда изменяется только амплитуда вектора, без изменения скорости его вращения

на музыкальном сигнале вообще не поймете что происходит
p.s.
судя по реакции (высказыванию) теоретика он не понял что спектр сигнала частотой 10 кГц (второй рисунок) измерен на синусоиде амплитудой 30 В(пик). Приведен только для того чтобы оценить правильность измерения этого же сигнала в бурсте компенсационным методом. Только и всего. Так что нечего его приплетать к бурстам.

[wert]

Вы сначала разберитесь что происходит с простым сигналом когда изменяется только амплитуда вектора, без изменения скорости его вращения
на музыкальном сигнале вообще не поймете что происходит

Вы действительно разберитесь в том что вы написали.
Ну нельзя так дуболомно уперто писать о векторном представлении сигнала.
И постоянно на графиках скалярные величины называть векторами.
Это не правильно, это ошибки автора как видно непреодолимые сознанием автора.
но пишу не для Петрова а для тех кто следит за темой.

[Teoretic]

Вы сначала разберитесь что происходит с простым сигналом

Вынужден тебя огорчить. Синус, модулированный прямоугольником - весьма широкополосный сигнал.
Тебя даже не насторожило, что на твоих измерениях спектра нет боковых полос от прямоугольной огибающей.
Ясно же, спектр измерен неверно.
Подсказка: в интервал измерения должен поместиться хотя бы один период прямоугольника.

---------- Сообщение добавлено 10:42 ---------- Предыдущее сообщение было 10:39 ----------

Главное - это сигнал разворачивает сам себя

Согласен. Если на развертку осциллографа подавать сигнал генератора (как это обычно и делается), то настройка по векторной петле намного нагляднее.
Непонятно только, почему показанная схема, по-вашему, не позволяет это сделать?

[оператор]

Несколько лет уже пишу простые вещи.
Это измерение и обнаружение модуляционных процессов в усилителях.

Это модуляция.
Она бывает АМ, бывает ФМ, бывает ЧМ что по сути одно и тоже.

- АМ порождается в первую очередь БП, свойствами подавлением синфаза и тд. по теме.
- ФМ и ЧМ, по моему мнению, порождается в первую очередь КИ и как следствие работы общей ОС.

[vladimir sim]

ФМ и ЧМ в усилителях имеет два механизма- на НЧ- электротепловая обратная связь в биполярах , на ВЧ- нелинейная емкость коллектор -база. Не надо наводить тень на плетень.

[uriy]

Это модуляция.
Она бывает АМ, бывает ФМ, бывает ЧМ что по сути одно и тоже.

Так это, все три модуляции должны порождать боковые зеркальные тона на спектрограмме обыкновенного тона. Покажите эти дополнительные тона на спектрограмме реального УМЗЧ. Я сколько не видел спектрограмм УНЧ так боковые лепестки проявляются только от джитера в ЦАПах или же АЦП, сам же УНЧ если и порождают боковые лепестки то они явно лежат ниже полки шума т.к. их невидно на спектрограммах снятых АЦП с малым джитером.
Картинка искомых лепестков.

[оператор]

ФМ и ЧМ в усилителях имеет два механизма- на НЧ- электротепловая обратная связь в биполярах , на ВЧ- нелинейная емкость коллектор -база. Не надо наводить тень на плетень.

Это только Ваше мнение. Мое мнение другое.
Факторов порождающих модуляцию много.
Еще тепловые искажения забыли.

---------- Сообщение добавлено 11:48 ---------- Предыдущее сообщение было 11:44 ----------

Так это, все три модуляции должны порождать боковые зеркальные тона на спектрограмме обыкновенного тона. Покажите эти дополнительные тона на спектрограмме реального УМЗЧ. Я сколько не видел спектрограмм УНЧ так боковые лепестки проявляются только от джитера в ЦАПах или же АЦП, сам же УНЧ если и порождают боковые лепестки то они явно лежат ниже полки шума т.к. их невидно на спектрограммах снятых АЦП с малым джитером.
Картинка искомых лепестков.

Все верно.
Представьте себе, что эти боковые лепестки находятся рядом с фундаментальным спектром, или даже внутри него.
На такой картинке Вы их не увидите, в связи с низкой разрешающей способностью и принципиальными ограничениями такого вида отображения спектра.
И тут можно применить векторный анализ, который и применяется для обнаружения ФМ в ближней зоне.

АМ от БП можно увидеть и таким мощностным анализатором. Только ниже по частоте в условиях когда начинаются просадки.