Амплитудные искажения гармонического спектра УМЗЧ, ООС и амплитудная характеристика.

[bukvarev]

Просто меня шокировала идея моделировать усилительный каскад, который в отдельных областях становится инвертором для малых приращений.

Ну, моделировать - не значит делать. А потом - моделирование поведения системы в различных "нестандартных" ситуациях может позволить получить много интересной информации.

[Игорь Гапонов]

Колебательный характер "мгновенной" ААХ в основном определяется в реалиях точками перегиба, а не локальными максимумами-минимумами - т.е. сменой знака второй производной, а не первой. Хотя, конечно, в каких-то "микроинтервалах" ААХ паразитный тиристор (гистерезис по воздействию) или туннельный диод (отрицательный импеданс) никто не отменяет.

Сама идеальная линейная безинерционная ООС не способна изменить эти экстремумы производных в принципе. Она изменяет лишь долю отклонений от линейности, причём пропорционально для продуктов всех порядков НИ. Это и приводит к изменению спектрального распределения продуктов, т.к. эквивалентное "по ООС" уменьшение входного уровня приводит к более резкому снижению НИ уже начиная с продуктов четвёртого порядка. Это и соответсвует в графической интерпретации "обострению ступенек" при уменьшении их "высоты".

Если дальше, как это в классическом матане происходит, продлить такие интерпретации на бесконечное количество ступенек ограниченной амплитуды на неограниченном интервале воздействий, то скорее всего получим "доменную структуру" ААХ по типу "скачков Баркгаузена". Из практики техники МЗ и ГЗ (структурный хаотический шум носителя) известна толерантность человеческого слуха к таким искажениям. Но из практики ЦЗ (шум квантования, эффекты дискретного преобразования Фурье) известна наша аудио нетолерантность к тем или иным способом упорядоченному характеру шумов канала.

[A.B.ANTONOV]

Re: Амплитудные искажения гармонического спектра УМЗЧ, ООС и амплитудная характеристика.

Сделал наконец измерения реальные. Самая большая проблема была заставит себя спаять унч на TDA.
И так Tda2003 в классическом включении. Картинки поведения гармоник при треугольной огибающей 3Гц синуса 1500 Гц.
Мощность 0.5 и 1 Ватт. Измерения сделаны на реальной нагрузке 4 Ом, 192 кГц/ 16 бит, окно Фурье 1024 сэмпла
(1024/192000=0.00533 сек), синус 1500 Гц (чтоб в степень двойки попасть), перекрытие окон 0.97. Амплитуда
гармоник увеличена в 200 раз, чтобы на фоне основной не потеряться.


Хорошо видно, что гармоники ведут себя несколько иначе основной. На да ладно. Дальше сделал измерения с
синтезированным сигналом А1=1, А2=0.5, А3=0.25, А4=0.1. А - это амплитуды гармоник. А1 основная частота 1500 Гц
и т.д.. Как видно из картинки, на глаз, искажений гармоник, относительно основной частоты А1 не наблюдается.


Теперь самое интересное. Так ли важно поведение гармоник с амплитудой 0.0..%, относительно поведения гармоники
основного сигнала (в случае реального музыкального инструмента)?

Файл расчёта в Маткаде 14.

[lazertok]

Offтопик:
когда пошли первые "Дэнди" - взял (ткнул в схему на дин) звуки на осцил
- увидел возрастающие /модулированные ступеньки
- а так на слух - ... вроде потянет.

[bukvarev]

Провел проверку шумом.
Суммарный шум (фликер + звуковой + тепловой) подавал в неизменном виде прямо на вход первого каскада (после вычитающего устройства).
Усилитель двухкаскадный, оба каскада - однотактные.
При изменении глубины ОООС изменялся коэффициент передачи корректирующего звена, расположенного между первым и вторым каскадами.

Получились равномерно зашумленные реализации ААХ. Вроде все честно.
Проверил то же самое с сигналом помехи по питанию (sin(100) + 0.33sin(200) + 0.1sin(300) Гц).. ОООС честно выровняла усиление по всему диапазону значений ААХ. Сигнал помехи (как и шума) добавился к выходному в неискаженном виде (почти ).
Без ОООС видно, что мощность шума изменяется пропорционально общему усилению нелинейных элементов в каждой точке.

Нужно пробовать "модуляцию фазы" и сравнивать временные формы сигналов.

---------- Сообщение добавлено 00.20 ---------- Предыдущее сообщение было 00.09 ----------

Так ли важно поведение гармоник с амплитудой 0.0..%, относительно поведения гармоники
основного сигнала (в случае реального музыкального инструмента)?

Мое текущее мнение, что нет. Но можно попробовать пропустить WAV через частотно-зависимую нелинейность и послушать . В виртуале будет явная разница огибающих гармоник разных частот.

[Rova]

Шум, вероятно, так и стоит рассматривать, как аддитивный сигнал. А вот те же 100 герц должны модулировать АХ, то есть должны быть мультипликативны (как и тепловые).

[bukvarev]

А вот те же 100 герц должны модулировать АХ, то есть должны быть мультипликативны.

Это - в следующей серии . Усе будет..

[Rova]

Offтопик:

[bukvarev]

Offтопик:
Кстати, уже некоторое время после начала моделирования меня неотступно преследует ощущение, что 6 дб ОООС - уже хорошо, а 20 дБ - вообще шик+блеск. Зачем крутить +30, 50, 80 ? Такие вот дела..

[Rova]

Offтопик:
Кстати, уже некоторое время после начала моделирования меня неотступно преследует ощущение, что 6 дб ОООС - уже хорошо, а 20 дБ - вообще шик+блеск. Зачем крутить +30, 50, 80 ? Такие вот дела..

Ну так это если все класс А. А если ОУшная схемотехника, то 20 явно не хватит.

[Scop]

Теперь самое интересное. Так ли важно поведение гармоник с амплитудой 0.0..%, относительно поведения гармоники
основного сигнала (в случае реального музыкального инструмента)?

Это важно в том смысле, что если ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ соотношения амплитуд и фаз основного тона/гармоник остаются НЕИЗМЕННЫМИ в течение от пары периодов осн. тона и до единиц (лучше- десятков) секунд, то есть шанс, что на слух это не будет заметно.
А вот измениться эти соотношения могут от дрейфа нелинейности от прогрева (то самое кТ/q) или от модуляции нелинейности "длинным" процессом - например реакцией АС.
Возможно измерения окажутся более информативными если их делать в БПФ16-32 и наблюдать в динамике.

[bukvarev]

Offтопик:

Ну так это если все класс А. А если ОУшная схемотехника, то 20 явно не хватит.

Формально, на ОУшной тоже можно получить монотонную нелинейность. Если, конечно, ВК в "А".
А пока что напрашивается вообще однокаскадная схема, для которой ОУшная - явно избыточна..

---------- Сообщение добавлено 00.48 ---------- Предыдущее сообщение было 00.44 ----------

А вот измениться эти соотношения могут от дрейфа нелинейности от прогрева (то самое кТ/q) или от модуляции нелинейности "длинным" процессом - например реакцией АС

Может быть, лучше просто проверить на звуковом файле? Мне представляется такой путь наиболее простым. А главное, исключающим влияние АС.

[Scop]

[OFF]
Может быть, лучше просто проверить на звуковом файле? Мне представляется такой путь наиболее простым. А главное, исключающим влияние АС.

Так я об этом и говорил неделю назад - проверьте слышимость на звуковом файле МОДУЛЯЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ "длинным" процессом.
В свое время anli выкладывал файлы с модуляцией рабочей точки транзистора тепловыми эффектами.
При исходной нелинейности каскада Кг=0,1% и модуляции тока покоя в 10% искажения были весьма заметны на слух.

[Rova]

Offтопик:

Offтопик:

Формально, на ОУшной тоже можно получить монотонную нелинейность. Если, конечно, ВК в "А".
А пока что напрашивается вообще однокаскадная схема, для которой ОУшная - явно избыточна..

Да, для наших целей лучше не усложнять - один каскад. По идее, на нем можно отработать все типы проблем.

[bukvarev]

Так я об этом и говорил неделю назад - проверьте слышимость на звуковом файле МОДУЛЯЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ "длинным" процессом.
В свое время anli выкладывал файлы с модуляцией рабочей точки транзистора тепловыми эффектами.
При исходной нелинейности каскада Кг=0,1% и модуляции тока покоя в 10% искажения были весьма заметны на слух.

Согласен! Это было в планах.
Предлагаю желающим подключиться и проверить хотя бы частотно зависимую нелинейность.
Со своей стороны попробую ускориться и подтянуть "медленную" модуляцию рабочей точки. Просто я в этом проекте периодически отвлекаюсь на разные разности . Которые тоже весьма интересны.

[A.B.ANTONOV]

Возможно измерения окажутся более информативными если их делать в БПФ16-32 и наблюдать в динамике.

И так уже из пушки по воробьям стреляю. БПФ с плавающей точкой, окно 0.005 сек. На графиках как раз динамика во времени показана
поведения гармоник.

Скажем так. То, что описано у Пахомова в статье из первого поста подтверждается для собственных гармоник унч, но... так ли это важно для слуха?
Не плохо бы потестить варианты унч, который считают хорошо звучащими и посмотреть динамику гармоник у них.

[Nick-nack]

Предлагаю желающим подключиться и проверить хотя бы частотно зависимую нелинейность.

https://dl.dropboxusercontent.com/u/...st2-dist1.flac

Файл - test2
Искажения частотнозависимые, начинают расти с 1.5-2к
И зависят от уровня:

level . .. <=1k .......2k . ... 5k . . ...10k .. ..20k
...0 dBFS 0.024% 0.032% 0.082% 0.3% _ 4.2%
-12 dBFS 0.006% 0.007% 0.019% 0.06% 0.24%
-20 dBFS 0.002% 0.003% 0.007% 0.02% 0.09%

В музыке 0 dBFS на высоких частотах не встречаются, поэтому я задрал уровень (х4) перед "гармонизатором" и опустил (/4) на выходе.

Получается, данные выше искажения на уровнях на 12дБ ниже ...т.е. 4.2% THD@-12dBFS 20kHz, а не 0dBFS


Как делал: Модель транзистора (ebers-moll), усиление около 44дБ, нагрузил на частотнозависимую нагрузку. (искажения растут после 1к)
+ Все это засунул в петлю ООС с идеальным сумматором, повторителем.
петлевое начинает падать после 2к - соответственно ещё больше растут искажения, + становятся жестче.

[bukvarev]

Файл - test2

Мне кажется, слишком низкие искажения. Плохо "идентифицировать".
Еще, кмк, слишком быстро спадают со снижением уровня сигнала.
Может, стоит проверить по критерию искажения огибающих на разных частотах, добавить искажений, а потом - прогнать файл..

Файл, содержащий разность с оригинальным, усиленную на 30 дБ:
https://drive.google.com/file/d/0B0_...ew?usp=sharing
По этому файлу хорошо заметны искажения во второй части фрагмента, особенно на "железе", но особой разницы с частотно независимыми искажениями я не ощутил .

ЗЫ. Возможно, автор топика сможет дать конкретную рекомендацию, как получить "авторские" искажения в "селектированном виде"?

[АЛВАЛИ]

Сама идеальная линейная безинерционная ООС не способна...

Способна ... и очень даже способна.

[Игорь Гапонов]

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.