ノイズ信号の非線形歪みの測定。スキーム、説明

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ノイズ信号の非線形歪みを測定します。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事の中で、著者は、増幅器の非線形性を測定するための、実際には使用されていない XNUMX つの方法に読者の注意を促しています。この方法を使用した UMZCH の非線形歪みの客観的な測定結果は、専門家による試聴による主観的な評価の結果と驚くべきことに一致します。

音響伝送路の非線形歪みを測定する既知の方法は非常に多様です [1、2]。調和法は実験に最も簡単で計算にも便利な方法として普及しています。その他のあまり一般的ではない方法には、差分トーン、変調トーン、相互変調 (相互変調) があります。過渡相互変調歪みも測定されます。

上記の方法にはそれぞれ独自の応用分野があります。さらに、それぞれの信号は歪み成分の検出に最大の効率をもたらす特別な信号を使用します。しかし、これがまさに、オーディオ経路に導入された歪みの総合評価に関する情報量が少なく、実際の音声信号の伝送品質の主観的（専門家による）評価に大きな影響を与える理由です。

実際の信号の非線形歪みの顕著さは、時間の経過に伴うプロセスを考慮した場合にどのくらいの頻度で、またはそれに統計的測定を適用した場合にその瞬間値が重大な非線形性の領域に入る確率に関係します。音の伝達経路。多くの人はおそらく、過負荷のチャンネルの信号レベルが低下すると、音のかすれがどのように消えるかを観察したことがあります。信号スパイクが過負荷領域に陥る頻度が低いほど、過負荷領域は小さくなります。

音響伝達経路における信号伝達関数の代表的な特性を図に示します。 1、a.ここで: sin、sout - パワーで正規化された入力信号と出力信号。 W(s) - 瞬時信号値の確率密度 sin。セクション A は比較的小さな非線形性に対応し、セクション B は大きな非線形性に対応します。分析の便宜上、図では図 1b は、同じ電力の 2 つの信号、白色 (ガウス) ノイズ (曲線 1) と高調波 (曲線 1) の瞬時値の確率密度分布 W(s) のグラフを示しています。図より以下の通り。 16a、正弦波の場合、関数 W(s) によって制限される入力信号のすべての値は、非線形性が低い伝送特性のセクションに収まりますが、ノイズ信号の場合、その値は XNUMX% の確率でセクション内にあります。非直線性の高い伝送特性を実現します。ノイズ信号が正弦波信号よりもはるかに大きな歪みを受けることは明らかです。

ノイズ信号の非線形歪みの測定

[3] では、自然音信号 (音声と音楽) の瞬時値の確率密度の研究結果が示されています。レベル分布に関しては、高調波信号よりもノイズ信号にはるかに近いことが判明しました。したがって、上記の方法に基づく非線形歪みの推定では、実際の信号の実際の非線形歪みが不正確に表現されます。

ノイズ信号を使用するあまり知られていない測定方法には、非常に多くの情報量が含まれています [1、2、4 ～ 9]。

方法の 4 つ [5] は、映画やテレビで写真のサウンドトラックの非線形歪みを測定するために使用されています [2]。この方法の測定ブロック図とスペクトル図を図XNUMXに示します。

ノイズ信号の非線形歪みの測定

測定信号はホワイトノイズ発生器 GBSH によって生成され、PF バンドパスフィルターを使用して 3 ～ 12 kHz の周波数帯域に制限され、測定対象 OM の入力に供給されます。ノイズ信号の非線形歪み PNI (相互変調) の積は、周波数帯域 30 Hz ～ 1,2 kHz で重み付けを行ったローパスフィルターの後、電圧計 V で測定されます。非線形性の数値指標は、デバイスに組み込まれた周波数の発生器によって生成される基準信号 (UV) の電圧に対する歪み積 (UC) の二乗平均平方根電圧の比をデシベルで表したものです。 1kHz:

KISH \u20d 1 lg（UС / UВ）。（XNUMX）

ここで説明した測定方法は 7E-67 デバイスに実装されており、映画スタジオでうまく使用されています。テレビでは、同様のデバイスに INIF メーターがあります。

歪み測定は、5/9 オクターブのノイズ帯域の形式の測定信号を使用する高調波法でも実行されます [3-XNUMX]。ブロック図とスペクトル図を図に示します。 XNUMX.

ノイズ信号の非線形歪みの測定

GRS ジェネレーターによって生成されたピンクノイズは、FFT バンドパスフィルターのブロックによって生成され、ROI の測定対象を調べるために帯域が交互に選択され、周波数の増加に伴って 3 オクターブあたり 1 dB のレベルの低下により、一定のパワーが確保されます。任意の 2/3 オクターブバンドの信号を測定します。信号 U1 の電圧歪み積のうち、平均周波数 nf2 の 3/1 オクターブバンドにある高調波 UXNUMX、UXNUMX のみが考慮されます。ここで、n = XNUMX、XNUMX...、fXNUMX は測定信号の平均周波数です。バンド。測定は、測定対象の出力に接続されたスピーカースペクトラムアナライザで実行されます。ノイズ信号の高調波歪み係数の数値指標は、次の式で決定されます。

この方法による測定の信頼性は、測定対象の帯域幅の制限に大きく依存することを考慮する必要があります。

ノイズ信号を使用した、より複雑な測定方法は他にもあります。著者によれば、オーディオ機器の測定におけるこのような信号の普及は、多くの要因によって妨げられているという。ランダム信号を分析するための機器の不足と高コスト、規格の改訂の必要性（たとえば、アンプの出力電力など）である。 )、そして正弦波信号に慣れている多くのエンジニアの思考の慣性。

ノイズ信号の使用の有効性を実際に評価するために、著者は、標準技術 (高調波法) を使用したいくつかの UMZCH の非線形歪みの比較測定と、同じアンプの過負荷値で 7E-67 デバイスを使用したノイズ信号の非線形歪みの比較測定を実行しました。。テストでは、広い部屋でのサウンディングを目的として、異なる回路設計と素子ベースの UMZCH が選択されました (電力 100 W 以上、すべてのモデルに過負荷インジケーターが付いています)。さらに、サウンド再生の主観的品質評価 (SQA) を XNUMX 段階評価で実施しました。

アンプの非直線性テストの結果を表に示します。パワーアンプ 1 ～ 4 は異なるフィードバック深さ (A) を備えたトランジスタであり、アンプ 5 は真空管です。この表は、1E-7 デバイスの周波数 67 kHz での高調波歪み係数とノイズ相互変調係数の値を示しています。

アンプの条件数	係数高調波、KG、%	係数ノイズ相互変調、KIS、%	CG/KIS比	一般的な OSS の深さ、A (dB)	SOK (スコア)
1	0,01	9,8	980	78	2
2	0,02	9,3	465	72	3
3	0,01	10	100	81	1
4	0,1	0,9	9	19	5
5	0,13	0,8	6,15	14	9

ノイズ信号の非線形性を測定する際に、全体的なフィードバックが深いトランジスタアンプで高レベルの歪みが発生するのは、ノイズの形をした測定信号の波高率が高く、かなり広範囲の周波数が含まれているため、均一なノイズが生成されるためです。より広い範囲の歪み積、およびすべてのアンプの CG /KISH の点での大きな違い - 短期間の過負荷時の相互変調歪みの増加。表から、OOS の深さが深い UMZCH は CG/ISH の比率も高く、したがって SOC スコアが低くなることになります。

テストの結果、次の結論を導き出すことができます。

1. ノイズ信号の非線形歪みを監視することは、はるかに有益であり、サウンド再生の品質の主観的な評価に近づくことができます。

2. 音響伝送経路のすべての部分を設計するときは、高調波係数だけでなく、ノイズ相互変調係数も低減するように努める必要があります。

ここで説明した方法は、もともとフィルムの写真レコードの非線形性を測定するために（その複製の技術的プロセスの品質を監視する場合に）提案されたものであるため、スピーカーを含む高品質の音声伝送路での測定に関しては、次のことを推奨します。測定信号の帯域幅を調整します。

この場合、専門的な目的での UMZCH のノイズ相互変調の測定は、この装置が最大出力で使用されることが多く、短期間の過負荷が許容されるという点で異なります。真空管アンプと比較して、トランジスタアンプでは過負荷になると最大電流制限がより顕著になることが多く、これは非線形歪みの急激な増加に相当します。家庭環境で使用される UMZCH では、正しく選択された電力による信号制限モードは実際には実現されないため、最大ノイズ信号レベルを制限する技術を使用するオプションを検討することをお勧めします。この場合、素子ベースの異なるアンプ間の差は大幅に小さくなる可能性があります。さらに、周波数帯域、位相および過渡特性、ノイズレベルなど、多くの重要なパラメータがあることを考慮する必要があります。

文学

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GOST16122-78。スピーカー。電気音響試験の方法。

著者: A.シリツォ、モスクワ

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