Мысли об допустимом уровне различных искажений и объективности методов их измерения

[viktor8m]

Об допустимом уровне искажений звуковых усилителей немало сломано копий и, как обычно в таких случаях, имеются два диаметрально противоположных мнения, одно основывается на том, что большинство людей не замечают достаточно сильные искажения однотонного синуса (что в общем-то верно), и делают, как я понял, из этого вывод, что и на любой форме сигнала будет тоже самое и, соответственно, нет смысла гнаться за малыми искажениями, а второе мнение, это любыми способами добиться на синусе тысячных и меньше процентов искажений, хотя и признаётся, что это не отражает искажения тем же усилителем реального звукового сигнала, который имеет импульсную нестационарную сложную форму и поэтому, как известно, только одной гармониковой проверкой на стационарном сигнале гарантировать качество усилителя не возможно, нужны и проверки импульсных реакций. Я хочу изложить здесь своё, несколько отличающееся от общепринятого, видение более объективных проверок обоих типов и их необходимых результатов, при этом не претендую на истину в последней инстанции и приглашаю всех поучаствовать в обсуждении.

Итак, сначало о гармониковых проверках на стационарном сигнале, которые, как все знают, бывают однотональные и многотональные (интермодуляционные). Однотональные проверки очень просто реализуются, но совершенно не учитывают сложную структуру реального сигнала, поэтому конечно многотональные проверки лучше, но на какой остановиться? Стандартные многотональные проверки сводятся к проверке появления комбинационных частот. Посмотрим спектры реальных музыкальных инструментов, когда они издают сигнал постоянной частоты. На первом рисунке показаны спектры разных духовых инструментов, на втором скрипки. Как видим, спектр у всех довольно длинный и зачастую первая гармоника по амплитуде меньше последующих гармоник (особенно это видно у скрипки, у которой первая гармоника совсем мизерная по сравнению с большинством последующих гармоник и становится сильной на слух только в наших ушах как разница между второй и третьей). Понятно, что именно точная передача соотношений (как по амплитуде, так и по фазе) между всеми гармониками требуется для сохранения натурального тембра инструмента, а не амплитуда той или иной гармоники самой по себе, поэтому наиболее объективной из гармониковых проверок я вижу именно проверку передачи соотношений поданных на вход усилителя двух или более синусоид, как с целым соотношением по частоте (это соответствует одинокому инструменту), так и не с целым соотношением (как бы разные инструменты вместе, а заодно одновременно покажет и чуждые комбинационные частоты). Остаётся только вопрос, а какое несоответствие выходного соотношения по сравнению с входным считать разрешённым. Чисто логически думаю можно допустить 0.1% несоответствия между имеющимися во входном сигнале гармониками, а что касается частот, которых не было во входном сигнале, то хватает, если их амплитуда не более 0.001% от полезной гармоники с максимальной амплитудой.

Теперь что касается проверок передачи усилителем импульсных сигналов. Наиболее популярным (из-за простоты) методом является подача меандра, но форма реальных звуковых сигналов не симметрична (на рисунке со спектром скрипки есть и форма реального сигнала скрипки). Прикладываю статью известных японских специалистов, в которой они предлагают более объективный сигнал (показал ниже отдельно на третьем рисунке для одной полярности, но проверять надо и с зеркально повёрнутым вниз) с несимметричной формой, причём на рисунке справа указал соотношения между временем и амплитудой, чтобы не сдвигался ноль усилителя. Такой сигнал по идее должен высветить больше проблем, чем меандр. Интересны мнения форумчан.

[Vinni]

Измерения нелинейных искажений на шумовом сигнале

Результат измерения АС. Правда пока первый и единственный.

[Openreel]

Охотно верю, но разговор не про это, а как более объективно оценить нелинейность усилителя или АС.

Для начала нужно понять, что портит музыку, какие виды искажений как воспринимаются, но без аппаратуры.
Пример с гармониками довольно интересный. Если раскопать его дальше, то в первом приближении сильно страдет гармоническая часть, аккорды становятся грязными и тд. Причем для акустической музыки это будет более заметно, нежели для электронной, поскольку у последней гармоники инструмента совпадают с гармониками усилителя.

Но есть одно но, не для всех слушателей это реально важно. Я знаю людей которые не только не слышат грязный аккорд, но даже не слышат что музыкант не попал в ноту. При этом любят музыку, отличают на слух разные виды техники с полпинка и не ошибаются.
Делаем вывод, что не только в гармониках суть, а если музыка простая популярная, то проблем с гармониками еще меньше - там в 99.99% не бывает реально сложных многозвучий уже на этапе нот.

Если проводить анализ FFT, то он реально ничего кроме стабильных гармоник не увидит, и чем больше длина окна, тем точней результат и тем он бесполезней, поскольку в пределе мы получим среднюю температуру по больнице(средний спектр за весь трек).

Смотрим дальше в музыкальное образование, когда начинающий музыкант уже научился попадать в ноты и в ритм, петь сольфеджио, писать муздиктанты, то начинается самое интересное - до него пытаются донести идею туше. То, что одну ноту можно взять бесконечным количеством разных способов, придавая ей бесконечное количество чувственных оттенков. И оно никак вроде бы не формализовано, либо музыкант прочувствует это и будет иметь свой собственный стиль, либо будет как мидишная самограйка и вроде в ритм идеально попадает и мимо ноты никогда не промажет, а интереса слушать ноль, ибо туше нет.

Взятие ноты с точки зрения нас технарей - это атака. Малая доля секунды, и мельчайшие изменения в этом промежутке могут безнадежно испортить (или просто изменить) туше.
Но вполне возможно, что есть люди для которых туше не имеет никакого значения, они его не воспринимают. Зато к примеру легко отличат на слух ре бемоль от до диез на скрипке(на скрипке это действительно разные ноты, и скрипач не только обязан слышать разницу, но и уметь извлечь эти ноты). Я лично не знаю таких людей, но допускаю что вполне могут быть.
А также могут быть люди(и их наверное очень много) у которых приоритет межу туше и аккордами двигается плавно. В итоге имеем, что если не делать абстрактную систему, у которой совсем все хорошо(дорого будет и жизни не хватит) то получим некое множество компромиссных систем, но идеально вписывающихся под частные предпочтения.
Но вот как измерить туше, вот это вопрос тот еще.

[АЛВАЛИ]

Во-вторых, кратко, основные источники искажений - это АС и взаимодействие их с КДП

Ну скорее, не "Во-вторых", а во-первых (типа имхо).

А ушш "Во-вторых", это взаимодействие АС и УМЗЧ. И здесь основное, это подавления разных откликов от АС. Однако эффективность подавления этих сигналов от АС, усилителями работающими на основе структуры мощного ОУ, весьма низкая. И главная причина этого, большой коэффициент деления по петле ООС. Другими словами, от метода большого деления сигнала по петле ООС следует полюбому отказаться, так как усилители функционирующие на этой основе, по сути хлам. Соответственно использовать подобные усилители в разного рода тестах и слуховых измерениях просто глупо.

Однако не всё так плохо. Достаточно, в инвертирующем усилителе заменить входной резистор на ИТУН. В этом случае деление по петле ООС будет отсутствовать. Еще лучше такой усилитель дополнить, ещё одним усилительным каналом, см. рис.7 (Kompens.zip).

В этом случае, на основе компенсационного метода и причём очень красиво (с динамическим диапазоном более 200dB), можно производить измерение искажений усилителя. Выходной ток ИТУН2 и ток от R4 взаимно компенсируются, а остаточный сигнал (т.е. искажения) усиливается ОУ DA2. Именно сигнал с выхода ОУ DA2, удобно анализировать на предмет характера искажений УМЗЧ,к примеру спектроанализатором.