Немного теории искажений

[Scop]

Не секрет, что существующие показатели нелинейных искажений с очень большой натяжкой могут характеризовать субъективное качество воспроизведения. Из-за этого искажения различают на искажения громкоговорителей и усилителей, ламповые и транзисторные, искажения активных и пассивных элементов и т.д. и т.п. И в каждом из этих разделов есть свое деление на хорошо/плохо, можно/нельзя, слышно/не слышно.
После некоторых раздумий возникло предположение разделить имеющуюся в звуковом тракте нелинейность на два класса:
1. Детерминированная нелинейность, которая существует в тракте независимо от наличия /отсутствия сигнала – например, нелинейность жесткости подвесов, ВАХ усилительных приборов, трансформаторов, кривая намагничивания магнитной ленты и т.п. Т.е. эта составляющая нелинейности однозначно задана, имеет стабильный вид в течение длительного времени.
2. Стохастическая (случайная) нелинейность, которая возникает непредсказуемо и, как правило, определяется наличием сигнала. Примеры такой случайной нелинейности – тепловые эффекты в полупроводниках (микро- и макро- разогрев), выходной каскад с нелинейным выходным сопротивлением, работающий на реальную АС (у такого каскада искажения определяются током, а ток в АС не очень коррелирован с напряжением на ней). Есть и другие примеры – джиттер, влияние серво-системы.

Наука (Теория информации) по поводу этого предположения сказала следующее (вольный перевод): С точки зрения передачи информации нет такого закона природы, по которому нельзя скомпенсировать детерминированную нелинейность и получить ВСЮ информацию, переданную по тракту с такой нелинейностью. (Там есть ограничения, но применительно к аудио несущественно).
Напротив, стохастическая нелинейность принципиально не может быть учтена ни технически, ни физиологически (ухом, и т.п.) и приводит к потерям информации в звуковом тракте. Вот эта самая стохастическая нелинейность и определяет объективную разницу в звучании.

В общем, под таким прицелом поисследовал я выходные каскады разных УМЗЧ, прослезился, написал статью "Стохастическая нелинейность электроакустического тракта и ее влияние на субъективное качество звуковоспроизведения" и положил у себя на сайте здесь.
Статья уже принята к публикации в редакции журнала. Когда выйдет –добавлю библиографичесую ссылку. Кстати, тема вполне диссертабельна

Собственно, чего пишу здесь – в статье есть простенькая методика измерения обратной интермодуляции (RIMD). Очень рекомендую использовать. У меня получилась поразительная точность соответствия слышимого и наблюдаемого: на слух чуть заметное ухудшение(улучшение) сопровождается изменением коэффициента ОИМ уже в полтора-два раза!

С уважением.

Статья опубликована 08.4.2010. Библиографическая ссылка:

Чумаков М.И. "Стохастическая нелинейность электроакустического тракта и ее влияние
на субъективное качество звуковоспроизведения"
Электронный журнал "Исследовано в России", 022, стр. 283-292, 2010 г.
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2010/022.pdf

[Lemmy]

Была б идея, а схему нарисовать проще всего

раз так - нарисуйте будьте добры

[anli]

раз так - нарисуйте будьте добры

Я ещё не въехал и не осознал. А что, есть сомнения, что могу?

[PMCF]

На тему влияния обратной ЭДС акустики на усилитель с ООС много говорил Лихницкий, это одна из главных тем его творчества. После десятилетий раздумий, вызванных в частности недостатками звучания Бриг-001, он рекомендует добиваться низкого Rвых не за счет глубины ООС, а за счет низкого собственного сопротивления компонентов выходного каскада. Например, ламповых триодов. Также SIT транзисторов. К сажалению, отечественные КП801 не впечатлили разработчиков, кристалл грязноват, емкость затвора большая. Японские 2SK60 в этом плане несравненно лучше, но они недоступны. Нельсон Пасс сейчас заказал специальную разработку SIT транзисторов по собственному техзаданию. Они естественно пойдут эксклюзивно в его продукцию.

[Валет]

Увы, очень мало людей, которые ещё "не решили для себя всё и навсегда" (а эти решения - просто обезьянничество), и пытаются ковырять неизъезженные пути. И при этом публикуют состояние своих изысканий.

Да, путь первооткрывателя тернист и первопроходцев надо только приветствовать. А нынешнее состояние его изысканий – явление временное. ИМХО, в данном случае нужно показать отличия нового метода от известных по сути, а не по форме, и показать его преимущества более обоснованно.

[Lemmy]

Offтопик:

Я ещё не въехал и не осознал. А что, есть сомнения, что могу?

ну автор не смог хотя по его же словам все карты выложены и любой грамотей сможет нарисовать ЭТО

а за статью Scop спасибо!

[anli]

ИМХО, в данном случае нужно показать отличия нового метода от известных по сути, а не по форме, и показать его преимущества более обоснованно.

Я так понял, что одной из мотиваций Михаила как раз является предложение совместного напряжение мозгов в этом направлении.

ну автор не смог

Наверное, в какой-то мере смог в конкретных топологических рамках.

[sia_2]

Sorry, briefly.
В первой части, где речь идет о пропускной способности канала - доходчивым образом изложены вещи, которые в принципе известны, но погребены в сильно математизированных по стилю работах.
Это большой плюс.
Однако гипотеза, выдвигаемая во второй части, о том, что именно "стохастическая" часть искажений ответственна за деградацию звучания, особенно атак, как наиболее информативных участков, с оценками порогов заметности в тысячные доли процента - не слишком согласуется с тем фактом, что именно передача атак у аналоговых магнитофонов (особенно если частотная коррекция в них выполнена с оптимизацией импульсного отклика) зачастую лучше, чем у цифровых формата 16/48, при том, что стохастическая неопределенность амплитуд у аналогового магнитофона заведомо не меньше 1% (доходя до ~10% выше 3 кГц) против менее 0.005% у цифровых.
Приведенное в статье сравнение усилителей представляется недостаточно представительным - слишком много отличий между сравниваемыми образцами, причем один из них изначально сильно хуже другого в отношении искажений. Подобные приемы IMHO более характерны для чисто рекламных статей.
Порог же заметности в 0.002...0.003%, как давно известно из психоакустики, весьма характерен для продуктов IMD, особенно разностных (немаскируемых) составляющих.

[krulfa]

Чтобы уж закрыть вопрос о том, каким способом какие искажения измерять,

1. Для измерения искажений УН нужно измерять искажения на синусе (или IMD) усилителя на холостом ходу, без нагрузки, но под максимальным выходным напряжением.

2. Измерения искажений ВК нужно проводить методом "вдувания" тока на выход усилителя в отсуствие входного сигнала, измерять КНИ остаточного напряжения на выходе усилителя и рассчитывать абсолютную величину нелинейности выходного импеданса усилителя в омах. Величина этой нелинейности, отнесенная к сопротивлению нагрузки, и будеь характеризовать искажения ВК.

"Вдувающий" усилитель должен быть значительно более линейным, чем измеряемый.

Все остальные способы измерений дают лишь некий промежуточный результат из суммы этих двух.

[sia_2]

На удельную крутизну (S/I), и, соответственно, на собственное выходное сопротивление повторителя без ООС при заданном токе покоя и температуре усилительного прибора есть теоретическое ограничение, оно независимо от любых технологических ухищрений.
Ближе всего к этому пределу биполярный транзистор, затем с отставанием примерно вдвое идут силовые MOSFET на начальном (экспоненциальном) участке характеристики.
Если же речь идет о выходном сопротивлении схемы ОЭ/ОИ/заземленный катод - оно большое, и там можно "играть" конструкцией прибора, но малое и относительно линейное выходное сопротивление при этом достижимо только с помощью ООС, местной (вплоть до "интегрированной в прибор", как в ламповом триоде с редкой сеткой/малым мю) и/или общей.

[Alex Nikitin]

не слишком согласуется с тем фактом, что именно передача атак у аналоговых магнитофонов (особенно если частотная коррекция в них выполнена с оптимизацией импульсного отклика) зачастую лучше, чем у цифровых формата 16/48, при том, что стохастическая неопределенность амплитуд у аналогового магнитофона заведомо не меньше 1% (доходя до ~10% выше 3 кГц) против менее 0.005% у цифровых.

Сергей, это интересное наблюдение, спасибо.

Алексей

[anli]

Offтопик:

Чтобы уж закрыть вопрос о том, каким способом какие искажения измерять

Все остальные способы измерений дают лишь некий промежуточный результат из суммы этих двух.

Вот она, Чаша Грааля! Пойду расскажу мужикам...

[SashaNetrusov]

При вдувании тока сзади ВК нагружается только по току, а при подаче на вход - и по току и по напряжению. Вот и вся разница. Искажений естественно должно быть меньше. Таким способом можно разделиться что вносит больше искажений - эмиттерные переходы или нелинейность УН и коллекторных сопротивлений ВК.

[krulfa]

Вот она, Чаша Грааля! Пойду расскажу мужикам...

У ламповых усилителей искажения на холостом ходу примерно равны или даже могут превышать искажения, вызываемые током нагрузки, а характер и спекральный состав этих двух искажений сходны друг другу.

У транзисторных усилителей искажения, вызваные током нагрузки, могут на 2 и более порядка превышать искажения УН и иметь совершенно непохожий спектральный состав.

[Olegyurich]

могут на 2 и более порядка превышать искажения УН

Offтопик:
А могут и не превышать. И что?

[krulfa]

А могут и не превышать. И что?

Если превышает, и хуже по спектру, то это и может объяснить худшее звучание транзисторных усилителей.

То есть, для оценки качества усилителя, вместо интегрального КНИ предлагается следующие два параметра:

1. КНИ на холостом ходу
2. Среднеквадратическая величина нелинейности выходного сопротивления в Омах - можно попробовать даже по всей полосе частот интергал взять.

[PMCF]

Собственное сопротивление полупроводникового прибора в рабочей точке - это отношение приращения напряжения коллектор-эмиттер (сток-исток) к вызванному этим приращению тока эмиттера (стока). В обычной для биполяров и мосфетов области насыщения собственное сопротивление большое (почти горизонтальная прямая). У ламповых триодов и ПСИТ транзисторов ток стока нарастает по степенному закону с ростом напряжения сток-исток (анод-катод).

Кто-нибудь видел опубликованную зависимость выходного импеданса УМ от частоты?

[anli]

У ламповых усилителей искажения на холостом ходу примерно равны или даже могут превышать искажения, вызываемые током нагрузки, а характер и спекральный состав этих двух искажений сходны друг другу.

У транзисторных усилителей искажения, вызваные током нагрузки, могут на 2 и более порядка превышать искажения УН и иметь совершенно непохожий спектральный состав.

krulfa, стёб вызван не тем, что я ламповик (я - не он), а тем, что меня очень забавят любые сакраментальные высказывания, когда с какой-то мерой убедительности не показана прямая связь этих высказываний с психоакустикой. Так что ничего личного Я с большим почтением отношусь к любой новой информации чисто инженерного толка, которой сам не владею, но не делаю при этом скоропалительные выводы, к которым, что греха таить, бывают склонны спектрофаны.

И, увы, первоначальная попытка Михаила иметь некую психоакустическую зацепку на данный момент полностью растворилась в традиционных рассуждениях.

Смысл (один из), как я понял, в том, чтобы обратить внимание на искажения, к которым ухи легко адаптируются, и те, к которым нет.

[Olegyurich]

Если превышает, и хуже по спектру, то это и может объяснить худшее звучание транзисторных усилителей.

Не может.

[sia_2]

Собственное сопротивление полупроводникового прибора в рабочей точке - это отношение приращения напряжения коллектор-эмиттер (сток-исток) к вызванному этим приращению тока эмиттера (стока). В обычной для биполяров и мосфетов области насыщения собственное сопротивление большое (почти горизонтальная прямая). У ламповых триодов и ПСИТ транзисторов ток стока нарастает по степенному закону с ростом напряжения сток-исток (анод-катод).

Это для схемы с общим эмиттером/истоком/катодом, у общего коллектора/стока/анода (т.е. повторителей) играет роль практически только крутизна (и ее абсолютная нелинейность) в рабочей точке.

[PMCF]

Это для схемы с общим эмиттером/истоком/катодом, у общего коллектора/стока/анода (т.е. повторителей) играет роль практически только крутизна (и ее абсолютная нелинейность) в рабочей точке.

Вы конечно правы для конкретного каскада, просто Лихницкий в своих заключениях не привязывался к каскадам вообще, он говорил об измерениях отдельно взятого полупроводникового или лампового прибора, который предполагается применить в выходном каскаде. Это на уровне интуитивной концепции.