Koti › Navigaattorit › Miten epälineaarinen vääristymätekijä määritetään? Epälineaariset vääristymät. Suurin pitkäkestoinen teho

Miten epälineaarinen vääristymätekijä määritetään? Epälineaariset vääristymät. Suurin pitkäkestoinen teho

Tulosignaali, tulosignaalin spektrikomponenttien neliökeskiarvoon, käytetään joskus ei-standardoitua synonyymiä - clearfactor(lainattu saksasta). SOI on dimensioton suure, yleensä ilmaistuna prosentteina. SOI:n lisäksi epälineaarisen vääristymän taso voidaan ilmaista käyttämällä harmoninen särötekijä.

Harmoninen vääristymätekijä- arvo, joka ilmaisee laitteen (vahvistimen jne.) epälineaarisen vääristymän asteen, joka on yhtä suuri kuin signaalin korkeampien harmonisten, paitsi ensimmäistä, summan neliöjännitteen suhde signaalin jännitteeseen. ensimmäinen harmoninen, kun laitteen sisäänmenoon syötetään sinimuotoinen signaali.

Harmoninen kerroin, kuten SOI, ilmaistaan prosentteina. Harmoninen särö ( K G) liittyy CNI:hen ( K N) suhde:

Mitat

Matalataajuisella (LF) alueella (jopa 100-200 kHz) käytetään epälineaarisia vääristymiä (harmonisia vääristymiä) mittaamaan SOI:ta.
Korkeammilla taajuuksilla (MF, HF) käytetään epäsuoria mittauksia käyttämällä spektrianalysaattoreita tai selektiivisiä volttimittareita.

Tyypilliset SOI-arvot

0% - aaltomuoto on ihanteellinen siniaalto.
3% - signaalin muoto eroaa sinimuotoisesta, mutta vääristymä ei ole havaittavissa silmälle.
5% - signaalin muodon poikkeama sinimuotoisesta on havaittavissa oskilogrammissa.
10 % on standardisärötaso, jolla UMZCH:n todellinen teho (RMS) lasketaan.
21% - esimerkiksi puolisuunnikkaan muotoinen tai porrastettu signaali.
43% - esimerkiksi neliöaaltosignaali.

Katso myös

Kirjallisuus

Radioelektronisten laitteiden käsikirja: 2 osassa; Ed. D. P. Linde - M.: Energia,
Gorokhov P.K. Radioelektroniikan selittävä sanakirja. Perustermit- M: Venäjä. Kieli,

Linkit

ÄÄNENSIIRTOKANAVAN SÄHKÖISET PÄÄOMINAISUUDET

Wikimedia Foundation. 2010.

Katso, mitä "" on muissa sanakirjoissa:

harmoninen särötekijä- SOI Parametri, jonka avulla voit ottaa huomioon harmonisten ja yhdistelmäkomponenttien vaikutuksen signaalin laatuun. Numeerisesti määritelty epälineaaristen vääristymien tehon suhteeksi vääristymättömän signaalin tehoon, yleensä ilmaistuna prosentteina. [L.M. Nevdjajev...

harmoninen särötekijä- 3,9 epälineaarisen vääristymän kerroin (kokonaissärö): Tulosignaalista puuttuvien akustisen kalibraattorin lähtösignaalin spektrikomponenttien neliökeskiarvon suhde neliöjuureen prosentteina arvo......

harmoninen särötekijä- netiesinių iškreipių faktorius statusas T ala fizika atitikmenys: engl. epälineaarinen vääristymätekijä vok. Klirrfaktor, m rus. epälineaarinen vääristymätekijä, m pranc. taux de distorsion harmonique, m … Fizikos terminų žodynas

UPS-tulovirran THD Kuvaa UPS-tulovirran muodon poikkeamia sinimuotoisesta. Mitä suurempi tämän parametrin arvo on, sitä huonompi se on samaan virtalähdeverkkoon liitetyille laitteille ja itse verkolle, tässä tapauksessa se huononee... ... Teknisen kääntäjän opas

UPS-lähtöjännitteen THD Kuvaa lähtöjännitteen muodon poikkeamia sinimuotoisesta, yleensä annettu lineaarisille (moottorit, tietyntyyppiset valaistuslaitteet) ja epälineaarisille kuormille. Mitä suurempi tämä arvo, sitä huonompi laatu… … Teknisen kääntäjän opas

vahvistin THD- - [L.G. Sumenko. Englanti-venäläinen tietotekniikan sanakirja. M.: Valtionlaitos TsNIIS, 2003.] Aiheet tietotekniikka yleisesti EN-vahvistimen särökerroin... Teknisen kääntäjän opas

Kaiutin THD- 89. Kaiuttimen epälineaarisen vääristymän kerroin Epälineaarisen vääristymän kerroin Ndp. Harmoninen kerroin Ilmaistuna prosentteina, neliöjuuri emittoitujen spektrikomponenttien tehollisten arvojen neliösumman suhteesta... ... Normatiivisen ja teknisen dokumentaation termien sanakirja-viitekirja

Laryngofonin epälineaarinen vääristymäkerroin- 94. Laryngofonin epälineaarisen vääristymän kerroin Prosentteina ilmaistuna laryngofonin harmonisen ilmanliikkeen aikana kehittämien sähkömotorisen voiman tehollisten arvojen neliösumman neliöjuuren arvo , ...... Normatiivisen ja teknisen dokumentaation termien sanakirja-viitekirja

sallittu epälineaarinen vääristymäkerroin- - [L.G. Sumenko. Englanti-venäläinen tietotekniikan sanakirja. M.: Valtionlaitos TsNIIS, 2003.] Aiheet tietotekniikka yleisesti FI harmoninen toleranssi ... Teknisen kääntäjän opas

- (harmoninen vääristymämittari) laite radiolaitteiden signaalien epälineaarisen vääristymän (harmonisen vääristymän) kertoimen mittaamiseen. Sisältö... Wikipedia

SISÄÄN Koko äänentoiston historia on muodostunut yrityksistä tuoda illuusio lähemmäs alkuperäistä. Ja vaikka valtava matka on ajettu, olemme edelleen hyvin, hyvin kaukana täysin lähestyvästä live-soundista. Lukuisten parametrien eroja voidaan mitata, mutta monet niistä jäävät edelleen laitekehittäjien näkökentän ulkopuolelle. Yksi tärkeimmistä ominaisuuksista, johon kuluttaja taustalla tahansa kiinnittää aina huomiota on epälineaarinen vääristymätekijä (THD) .

Ja mikä tämän kertoimen arvo osoittaa melko objektiivisesti laitteen laadun? Ne, jotka ovat kärsimättömiä, voivat heti löytää yrityksen vastauksen tähän kysymykseen lopussa. Muilta osin jatketaan.
Tämä kerroin, jota kutsutaan myös harmoniseksi kokonaissärökertoimeksi, on prosentteina ilmaistuna laitteen (vahvistimen, nauhurin jne.) lähdössä olevien harmonisten komponenttien tehollisen amplitudin suhde teholliseen amplitudiin. perustaajuuden signaali, kun tämän taajuuden sinimuotoinen signaali syötetään laitteen tuloon. Siten se mahdollistaa siirtokäyrän epälineaarisuuden kvantifioinnin, joka ilmenee tulosignaalista puuttuvien spektrikomponenttien (harmonisten) esiintymisenä lähtösignaalissa. Toisin sanoen musiikillisen signaalin spektrissä tapahtuu laadullinen muutos.

Äänisignaalissa esiintyvien objektiivisten harmonisten vääristymien lisäksi ongelmana on vääristymät, joita ei ole todellisessa äänessä, mutta jotka tuntuvat subjektiivisista harmonisista, joita syntyy keskikorvan simpukassa korkealla. äänenpainearvot. Ihmisen kuulokoje on epälineaarinen järjestelmä. Kuulon epälineaarisuus ilmenee siinä, että kun tärykalvo altistuu sinimuotoiselle äänelle, jonka taajuus on f in kuulolaite tämän äänen harmoniset muodostuvat taajuuksilla 2f, 3f jne. Koska nämä harmoniset eivät ole läsnä ensisijaisessa vaikuttavassa äänessä, niitä kutsutaan subjektiivisiksi harmonisiksi.

Luonnollisesti tämä vaikeuttaa entisestään ajatusta ääniradan yliaaltojen suurimmasta sallitusta tasosta. Kun ensiöäänen intensiteetti kasvaa, subjektiivisten harmonisten voimakkuus kasvaa jyrkästi ja voi jopa ylittää ensisijaisen äänen intensiteetin. Tämä seikka antaa aihetta olettaa, että alle 100 Hz:n taajuudet eivät tunne itseään, vaan niiden synnyttämien subjektiivisten harmonisten yli 100 Hz:n taajuusalueelle, ts. kuulon epälineaarisuuden vuoksi. Fyysiset syyt laitteiston vääristymiin eri laitteissa ovat luonteeltaan erilaisia, ja kunkin osuus koko polun yleisissä vääristymissä ei ole sama.

Nykyaikaisten CD-soittimien särö on hyvin vähäistä ja lähes huomaamaton verrattuna muiden laitteiden säröihin. Kaiutinjärjestelmissä bassopään aiheuttama matalataajuinen särö on merkittävin, ja standardi määrittelee vaatimukset vain toiselle ja kolmannelle harmoniselle taajuusalueella 250 Hz asti. Ja erittäin hyvälle kuuloiselle kaiutinjärjestelmä ne voivat olla 1 prosentin sisällä tai jopa hieman enemmän. Analogisissa nauhureissa suurin ongelma liittyy fyysiset perusteet magneettinauhalle äänitys on kolmas harmoninen, jonka arvot on yleensä annettu sekoitusohjeissa. Mutta maksimiarvo, jolla esimerkiksi melutason mittaukset tehdään aina, on 3 % taajuudella 333 Hz. Nauhureiden elektronisen osan särö on paljon pienempi.
Sekä akustisten että analogisten nauhurien tapauksessa, koska säröt ovat pääosin matalataajuisia, niiden subjektiivinen havaittavuus heikkenee huomattavasti maskiefektin ansiosta (joka koostuu siitä, että kahdesta samanaikaisesti soivasta signaalista, sitä korkeampi -taajuus yksi on paremmin kuultavissa).

Joten tärkein vääristymän lähde piirissäsi on tehovahvistin, jossa puolestaan päälähde on aktiivisten elementtien siirtoominaisuuksien epälineaarisuus: transistorit ja tyhjiöputket, ja muuntajavahvistimissa muuntajan epälineaariset vääristymät. lisätään myös, jotka liittyvät magnetointikäyrän epälineaarisuuteen. On selvää, että toisaalta särö riippuu siirto-ominaisuuden epälineaarisuuden muodosta, mutta myös tulosignaalin luonteesta.

Esimerkiksi vahvistimen siirto-ominaisuus, jossa on tasainen leikkaus suurilla amplitudeilla, ei aiheuta säröä sinimuotoisille signaaleille leikkaustason alapuolella, mutta signaalin kasvaessa tämän tason yläpuolelle vääristymiä ilmenee ja ne kasvavat. Tämäntyyppinen rajoitus liittyy pääasiassa putkivahvistimiin, mikä voi jossain määrin toimia yhtenä syynä siihen, miksi kuuntelijat suosivat tällaisia vahvistimia. Ja tätä ominaisuutta NAD käytti ylistetyissä vahvistimissaan "pehmeällä rajoituksella", joita on tuotettu 80-luvun alusta lähtien: kyky ottaa käyttöön tila, joka jäljittelee putken leikkaamista, loi suuren armeijan tämän yrityksen transistorivahvistimien faneja. .
Sitä vastoin vahvistimen transistorimalleille tyypillinen keskileikkaus (askelsärö) aiheuttaa säröä musiikillisiin ja pieniin sinisignaaleihin, ja särö vähenee signaalitason noustessa. Vääristymä ei siis riipu pelkästään siirto-ominaisuuden muodosta, vaan myös tulosignaalin tasojen tilastollisesta jakautumisesta, joka musiikkiohjelmat lähellä kohinasignaalia. Siksi SOI:n sinimuotoisella signaalilla mittaamisen lisäksi on mahdollista mitata vahvistuslaitteiden epälineaarisia vääristymiä kolmen sinimuotoisen tai kohinasignaalin summalla, mikä edellä esitetyn valossa antaa objektiivisemman kuvan vääristymistä.

Epälineaarinen vääristymätekijä(SOI tai K N) - arvo epälineaaristen vääristymien kvantitatiiviseen arviointiin.

Määritelmä [ | ]

Epälineaarinen vääristymäkerroin on yhtä suuri kuin tulosignaalin spektristä puuttuvien lähtösignaalin spektrikomponenttien neliöjuurisumman suhde tulon kaikkien spektrikomponenttien neliöjuurimäärään. signaali

K H = U 2 2 + U 3 2 + U 4 2 + … + U n 2 + … U 1 2 + U 2 2 + U 3 2 + … + U n 2 + … (\näyttötyyli K_(\mathrm (H)) )=(\frac (\sqrt (U_(2)^(2)+U_(3)^(2)+U_(4)^(2)+\lpisteet +U_(n)^(2)+\lpistettä ))(\sqrt (U_(1)^(2)+U_(2)^(2)+U_(3)^(2)+\lpisteet +U_(n)^(2)+\lpisteet ))) )

SOI on dimensioton suure, ja se ilmaistaan yleensä prosentteina. SOI:n lisäksi epälineaarisen vääristymän taso ilmaistaan usein kautta harmoninen särötekijä(KGI tai K G) - arvo, joka ilmaisee laitteen (vahvistimen jne.) epälineaarisen vääristymän asteen ja on yhtä suuri kuin signaalin korkeampien harmonisten, paitsi ensimmäistä, summan rms-jännitteen suhde ensimmäisen jännitteeseen harmoninen, kun laitteen tuloon syötetään sinimuotoinen signaali.

K Γ = U 2 2 + U 3 2 + U 4 2 + … + U n 2 + … U 1 (\displaystyle K_(\Gamma )=(\frac (\sqrt (U_(2)^(2)+U_) (3)^(2)+U_(4)^(2)+\lpisteitä +U_(n)^(2)+\lpisteitä ))(U_(1))))

KGI, kuten KNI, ilmaistaan prosentteina ja on suhteessa siihen suhteella

K Γ = K H 1 − K H 2 (\displaystyle K_(\Gamma )=(\frac (K_(\mathrm (H) ))(\sqrt (1-K_(\mathrm (H) )^(2))) ))

On selvää, että pienillä arvoilla THI ja SOI osuvat yhteen ensimmäisen likiarvon kanssa. On mielenkiintoista, että länsimaisessa kirjallisuudessa käytetään yleensä CGI:tä, kun taas venäläisessä kirjallisuudessa CNI on perinteisesti suositeltu.

On myös tärkeää huomata, että KNI ja KGI ovat vain vääristymän määrällisiä mittareita, mutta ei korkealaatuista. Esimerkiksi 3 %:n THD-arvo ei kerro mitään vääristymän luonteesta, ts. miten harmoniset jakautuvat signaalispektrissä ja mikä on esimerkiksi pientaajuisten tai korkeataajuisten komponenttien osuus. Siten putkien UMZCH:iden spektrissä alemmat harmoniset hallitsevat yleensä, minkä korva kokee usein "lämpimänä putkiäänenä", ja transistori-UMZCH:issa säröt jakautuvat tasaisemmin spektriin ja se on litteämpi, mikä on usein pidetään "tyypillisenä transistoriäänenä" (vaikka tämä keskustelu riippuu suurelta osin henkilön henkilökohtaisista tunteista ja tavoista).

Esimerkkejä CGI:n laskemisesta[ | ]

Monille vakiosignaaleille THD voidaan laskea analyyttisesti. Joten symmetriselle suorakaiteen muotoiselle signaalille (meander)

K Γ = π 2 8 − 1 ≈ 0,483 = 48,3 % (\displaystyle K_(\Gamma )\,=\,(\sqrt ((\frac (\,\pi ^(2))(8))-1\ ,))\noin\,0,483\,=\,48,3\%)

Ihanteellinen sahanhammassignaali on KGI

K Γ = π 2 6 − 1 ≈ 0,803 = 80,3 % (\displaystyle K_(\Gamma )\,=\,(\sqrt ((\frac (\,\pi ^(2))(6))-1\ ,))\noin\,0,803\,=\,80,3\%)

ja symmetrinen kolmio

K Γ = π 4 96 − 1 ≈ 0,121 = 12,1 % (\displaystyle K_(\Gamma )\,=\,(\sqrt ((\frac (\,\pi ^(4)))(96))-1\ ,))\noin \,0,121\,=\,12,1\%)

Epäsymmetrinen suorakulmainen pulssisignaali, jonka pulssin keston ja jakson suhde on yhtä suuri μ on KGI

K Γ (μ) = μ (1 − μ) π 2 2 sin 2 ⁡ π μ − 1 , 0< μ < 1 {\displaystyle K_{\Gamma }\,(\mu)={\sqrt {{\frac {\mu (1-\mu)\pi ^{2}\,}{2\sin ^{2}\pi \mu }}-1\;}}\,\qquad 0<\mu <1} ,

joka saavuttaa minimin (≈0,483) klo μ =0,5, so. kun signaali muuttuu symmetriseksi mutkiksi. Muuten, suodattamalla voit saavuttaa näiden signaalien THD:n merkittävän pienenemisen ja siten saada signaaleja, jotka ovat muodoltaan lähellä sinimuotoisia. Esimerkiksi symmetrisen suorakaiteen muotoisen signaalin (meander), jonka alkuperäinen THD on 48,3 %, sen jälkeen, kun se on läpäissyt toisen asteen Butterworth-suodattimen (jonka rajataajuus on yhtä suuri kuin perusharmonisen taajuus), sen THD on 5,3 % ja jos neljännen asteen suodatin - silloin THD = 0,6 % . On huomattava, että mitä monimutkaisempi signaali suodattimen sisääntulossa on ja mitä monimutkaisempi itse suodatin (tai pikemminkin sen siirtofunktio), sitä raskaampia ja aikaavievämpiä TCG-laskelmat ovat. Siten ensimmäisen asteen Butterworth-suodattimen läpi kulkevan standardin sahahammassignaalin THD ei ole enää 80,3 %, vaan 37,0 %, joka saadaan tarkasti seuraavalla lausekkeella

K Γ = π 2 3 − π c t h π ≈ 0,370 = 37,0 % (\displaystyle K_(\Gamma )\,=\,(\sqrt ((\frac (\,\pi ^(2))(3))- \pi \,\mathrm (cth) \,\pi \,))\,\noin \,0,370\,=\,37,0\%)

Ja saman signaalin TCG, joka kulkee saman suodattimen läpi, mutta toista kertaluokkaa, annetaan jo melko hankalalla kaavalla

K Γ = π c t g π 2 ⋅ c t h 2 π 2 − c t g 2 π 2 ⋅ c t h π 2 − c t g π 2 − c t h π 2 2 (c t g 2 π 2 2 (c t g 2 π 2 + c t 2 ) 1 = 18,1 % (\displaystyle K_(\Gamma )\,=(\sqrt (\pi \,(\frac (\,\mathrm (ctg)) \,(\dfrac (\pi )(\sqrt (2\,)) ) )\cdot \,\mathrm (cth) ^(2\{\dfrac {\pi }{\sqrt {2\,}}}-\,\mathrm {ctg} ^{2\!}{\dfrac {\pi }{\sqrt {2\,}}}\cdot \,\mathrm {cth} \,{\dfrac {\pi }{\sqrt {2\,}}}-\,\mathrm {ctg} \,{\dfrac {\pi }{\sqrt {2\,}}}-\,\mathrm {cth} \,{\dfrac {\pi }{\sqrt {2\,}}}\;}{{\sqrt {2\,}}\left(\mathrm {ctg} ^{2\!}{\dfrac {\pi }{\sqrt {2\,}}}+\,\mathrm {cth} ^{2\!}{\dfrac {\pi }{\sqrt {2\,}}}\!\right)}}\,+\,{\frac {\,\pi ^{2}}{3}}\,-\,1\;}}\;\approx \;0.181\,=\,18.1\%} !}

Jos tarkastellaan edellä mainittua Butterworth-suodattimen läpi kulkevaa epäsymmetristä suorakaiteen muotoista pulssisignaalia s-siis järjestys

K Γ (μ , p) = csc ⁡ π μ ⋅ μ (1 − μ) π 2 − sin 2 π μ − π 2 ∑ s = 1 2 p c t g π z s z s 2 ∏ l = p 1 z s 2 ∏ l = 1 z l + π 2 R e ∑ s = 1 2 p e i π z s (2 μ − 1) z s 2 sin ⁡ π z s ∏ l = 1 l ≠ s 2 p 1 z s − z näyttö K_ (näyttö) \mu ,p)=\csc \pi \mu \,\cdot \!(\sqrt (\mu (1-\mu)\pi ^(2)-\,\sin ^(2)\!\pi \ mu \,-\,(\frac (\,\pi )(2))\sum _(s=1)^(2p)(\frac (\,\mathrm (ctg) \,\pi z_(s) )(z_(s)^(2)))\prod \limits _(\scriptstyle l=1 \atop \scriptstyle l\neq s)^(2p)\!(\frac (1)(\,z_(s) )-z_(l)\,))\,+\,(\frac (\,\pi )(2))\,\mathrm (Re) \sum _(s=1)^(2p)(\frac (e^(i\pi z_(s)(2\mu -1)))(z_(s)^(2)\sin \pi z_(s)))\prod \limits _(\scriptstyle l=1 \atop \scriptstyle l\neq s)^(2p)\!(\frac (1)(\,z_(s)-z_(l)\,))\,)))

missä 0<μ <1 и

z l ≡ exp ⁡ i π (2 l − 1) 2 p , l = 1 , 2 , … , 2 p (\displaystyle z_(l)\equiv \exp (\frac (i\pi (2l-1))) 2p))\,\qquad l=1,2,\ldots ,2p)

lisätietoja laskelmista, katso Yaroslav Blagushin ja Eric Moreau.

Mitat [ | ]

Matalataajuisella (LF) alueella käytetään epälineaarisia vääristymiä (harmonisia vääristymiä) mittaamaan SOI:ta.
Korkeammilla taajuuksilla (MF, HF) käytetään epäsuoria mittauksia käyttämällä spektrianalysaattoreita tai selektiivisiä volttimittareita.

Elektronisen vahvistimen pääparametri on vahvistus K. Tehon vahvistus (jännite, virta) määräytyy lähtösignaalin tehon (jännite, virta) suhteesta tulosignaalin tehoon (jännite, virta) ja luonnehtii piirin vahvistusominaisuuksia. Lähtö- ja tulosignaalit on ilmaistava samoissa kvantitatiivisissa yksiköissä, joten vahvistus on dimensioton suure.

Jos piirissä ei ole reaktiivisia elementtejä, samoin kuin tietyissä sen toimintatavoissa, kun niiden vaikutus on poissuljettu, vahvistus on todellinen arvo, joka ei riipu taajuudesta. Tällöin lähtösignaali toistaa tulosignaalin muodon ja eroaa siitä K kertaa vain amplitudiltaan. Materiaalin jatkoesityksessä puhumme vahvistusmoduulista, ellei ole erityisiä varauksia.

Vahvistustekijät erotetaan vaihtovirtasignaalivahvistimen lähtöparametrien vaatimuksista riippuen:

a) jännitteellä, joka määritellään lähtöjännitteen vaihtokomponentin amplitudin suhteeksi tulojännitteen vaihtokomponentin amplitudiin, ts.

b) virralla, joka määräytyy lähtövirran vaihtokomponentin amplitudin suhteesta tulovirran vaihtokomponentin amplitudiin:

c) voimalla

Koska , tehon vahvistus voidaan määrittää seuraavasti:

Jos piirissä on reaktiivisia elementtejä (kondensaattoreita, induktoreja), vahvistusta tulee pitää kompleksiarvona

missä m ja n ovat todelliset ja imaginaariset komponentit tulosignaalin taajuudesta riippuen:

Oletetaan, että vahvistus K ei riipu tulosignaalin amplitudista. Tässä tapauksessa, kun vahvistimen sisäänmenoon syötetään sinimuotoinen signaali, lähtösignaalilla on myös sinimuotoinen muoto, mutta se eroaa tulosta amplitudiltaan K kertaa ja vaiheen suhteen kulman verran.

Fourier'n lauseen mukaan monimutkaisen muotoinen jaksollinen signaali voidaan esittää äärellisen tai äärettömän suuren amplitudin, taajuuden ja vaiheen harmonisten komponenttien summana. Koska K on kompleksisuure, tulosignaalin harmonisten komponenttien amplitudit ja vaiheet muuttuvat eri tavalla kulkiessaan vahvistimen läpi ja lähtösignaali poikkeaa muodoltaan tulosignaalista.

Signaalin säröä vahvistimen läpi kulkiessaan, joka johtuu vahvistimen parametrien riippuvuudesta taajuudesta ja joka on riippumaton tulosignaalin amplitudista, kutsutaan lineaarisäröksi. Lineaariset vääristymät puolestaan voidaan jakaa taajuusvääristymiin (joka luonnehtii vahvistuksen K moduulin muutosta taajuuskaistalla piirin reaktiivisten elementtien vaikutuksesta); vaihe (joka luonnehtii lähtö- ja tulosignaalien välisen vaihesiirron riippuvuutta taajuudesta reaktiivisten elementtien vaikutuksesta).

Signaalin taajuusvääristymää voidaan arvioida käyttämällä amplitudi-taajuusominaisuutta, joka ilmaisee jännitteen vahvistusmoduulin riippuvuuden taajuudesta. Vahvistimen amplitudi-taajuusvaste on esitetty yleisessä muodossa kuvassa. 1.2. Vahvistimen toimintataajuusalue, jonka sisällä vahvistusta voidaan pitää vakiona tietyllä tarkkuudella, on alimman ja suurimman rajataajuuden välissä ja sitä kutsutaan päästökaistaksi. Rajataajuudet määrittävät vahvistuksen pienenemisen tietyllä määrällä sen maksimiarvosta keskitaajuudella.

Ottamalla käyttöön taajuuden vääristymäkerroin tietyllä taajuudella,

missä on jännitteen vahvistus tietyllä taajuudella, voit käyttää amplitudi-taajuusominaisuutta määrittääksesi taajuusvääristymän kaikilla vahvistimen toimintataajuuksilla.

Koska meillä on suurimmat taajuusvääristymät toiminta-alueen rajoilla, vahvistinta laskettaessa taajuussärökertoimet asetetaan pääsääntöisesti alimmalle ja ylimmälle rajataajuudelle, ts.

missä ovat jännitteen vahvistukset suurimmalla ja pienimmällä rajataajuudella.

Yleensä ottaen eli rajataajuuksilla jännitevahvistus laskee tasolle 0,707 vahvistusarvosta keskitaajuudella. Tällaisissa olosuhteissa puheen ja musiikin toistoon suunniteltujen audiovahvistimien kaistanleveys on 30-20 000 Hz. Puhelimessa käytettäville vahvistimille kapeampi kaistanleveys 300-3400 Hz on hyväksyttävä. Pulssisignaalien vahvistamiseen on käytettävä ns. laajakaistavahvistimia, joiden kaistanleveys on taajuusalueella kymmenistä tai yksiköistä hertsejä kymmeniin tai jopa satoihin megahertseihin.

Parametria käytetään usein vahvistimen laadun arvioimiseksi

Laajakaistavahvistimille siis

Laajakaistavahvistimien vastakohta ovat selektiiviset vahvistimet, joiden tarkoituksena on vahvistaa signaaleja kapealla taajuuskaistalla (kuva 1.3).

Vahvistimia, jotka on suunniteltu vahvistamaan signaaleja mielivaltaisen matalilla taajuuksilla, kutsutaan DC-vahvistimiksi. Määritelmästä käy selvästi ilmi, että tällaisen vahvistimen päästökaistan alin rajataajuus on nolla. DC-vahvistimen amplitudi-taajuusvaste on esitetty kuvassa. 1.4.

Vaihetaajuusominaiskäyrä näyttää kuinka vaihesiirtokulma lähtö- ja tulosignaalien välillä muuttuu taajuuden muuttuessa ja määrittää vaihesäröä.

Kun vaihetaajuusominaisuus on lineaarinen, ei ole vaihevääristymiä (katkoviiva kuvassa 1.5), koska tällöin jokainen tulosignaalin harmoninen komponentti siirtyy ajallisesti samalla aikavälillä, kun se kulkee vahvistimen läpi. Tulo- ja lähtösignaalien välinen vaihesiirtokulma on verrannollinen taajuuteen

missä on suhteellisuuskerroin, joka määrittää ominaisuuden kaltevuuskulman abskissa-akseliin nähden.

Todellisen vahvistimen vaihetaajuusominaisuus on esitetty kuvassa. 1,5 yhtenäisellä viivalla. Kuvasta 1.5:stä voidaan nähdä, että vahvistimen päästökaistalla vaihesärö on minimaalinen, mutta kasvaa jyrkästi rajataajuuksien alueella.

Jos vahvistus riippuu tulosignaalin amplitudista, vahvistetun signaalin epälineaarisia vääristymiä esiintyy, koska vahvistimessa on elementtejä, joilla on epälineaariset virta-jännite-ominaisuudet.

Muutoslakia määrittämällä on mahdollista suunnitella epälineaarisia vahvistimia, joilla on tietyt ominaisuudet. Määritetään vahvistus riippuvuudella , jossa on suhteellisuuskerroin.

Sitten kun sinimuotoinen tulosignaali syötetään vahvistimen tuloon, vahvistimen lähtösignaali

missä on tulosignaalin amplitudi ja taajuus.

Lausekkeen (1.6) ensimmäinen harmoninen komponentti edustaa hyödyllistä signaalia, loput ovat epälineaaristen vääristymien tulosta.

Epälineaarista säröä voidaan arvioida käyttämällä ns. harmonista säröä

missä ovat harmonisten komponenttien tehon, jännitteen ja virran amplitudiarvot.

Indeksi määrittää harmonisen luvun. Yleensä vain toinen ja kolmas harmoninen otetaan huomioon, koska korkeampien harmonisten tehojen amplitudiarvot ovat suhteellisen pieniä.

Lineaariset ja epälineaariset vääristymät luonnehtivat vahvistimen tulosignaalin muodon toiston tarkkuutta.

Vain lineaarisista elementeistä koostuvien nelipääteverkkojen amplitudiominaisuus millä tahansa arvolla on teoriassa kalteva suora viiva. Käytännössä maksimiarvoa rajoittaa nelinapaverkon elementtien sähköinen vahvuus. Elektroniikkalaitteilla tehdyn vahvistimen amplitudikäyrä (kuva 1.6) on periaatteessa epälineaarinen, mutta voi sisältää OA-osuuksia, joissa käyrä on suunnilleen lineaarinen suurella tarkkuudella. Tulosignaalin toiminta-alue ei saa ylittää vahvistimen amplitudikäyrän lineaarista osaa (LA), muuten epälineaarinen särö ylittää sallitun tason.

Täydellinen harmoninen särö (THD)
Irina Aldoshina
Kaikki sähköakustiset muuntimet (kaiuttimet, mikrofonit, puhelimet jne.) Sekä lähetyskanavat tuovat vääristymisensä lähetettyyn äänisignaaliin, eli havaittu äänisignaali ei aina ole identtinen alkuperäisen kanssa. Äänilaitteiden luomisen ideologia, jota 60-luvulla kutsuttiin High-Fidelityksi eli "high fidelityksi" elävään soundiin, ei pääsääntöisesti saavuttanut tavoitettaan. Niinä vuosina äänisignaalin vääristymistasot laitteissa olivat vielä erittäin korkeat, ja näytti siltä, että niiden vähentäminen riittää - ja laitteiden kautta toistettu ääni olisi käytännössä mahdotonta erottaa alkuperäisestä.
Huolimatta tekniikan suunnittelussa ja kehityksessä tapahtuneesta edistyksestä, joka on johtanut kaikentyyppisten äänilaitteiden vääristymistasojen huomattavaan vähenemiseen, luonnollisen äänen erottaminen toistetusta äänestä ei silti ole erityisen vaikeaa. Siksi tällä hetkellä eri maissa tutkimuslaitokset, yliopistot ja tuotantoyritykset tekevät paljon työtä kuuloaistin ja erityyppisten vääristymien subjektiivisen arvioinnin tutkimiseksi. Näiden tutkimusten tulosten perusteella julkaistaan monia tieteellisiä artikkeleita ja raportteja. Lähes kaikki AES:n kongressit esittävät asiakirjoja tästä aiheesta. Tässä artikkelissa esitellään joitain nykyaikaisia tuloksia, jotka on saatu viimeisen kahden tai kolmen vuoden aikana audiosignaalin subjektiivisen havainnon ja epälineaaristen vääristymien arvioinnin ongelmista äänilaitteissa.
Tallennettaessa, siirrettäessä ja toistettaessa musiikki- ja puhesignaaleja audiolaitteiden kautta signaalin ajallisessa rakenteessa esiintyy vääristymiä, jotka voidaan jakaa lineaarisiin ja epälineaarisiin.
Lineaarinen vääristymä muuttaa tulosignaalin olemassa olevien spektrikomponenttien välisiä amplitudi- ja vaihesuhteita ja vääristää tästä johtuen sen ajallista rakennetta. Tällainen vääristymä koetaan subjektiivisesti signaaliäänen vääristymäksi, ja siksi niiden vähentämisen ongelmat ja niiden tason subjektiiviset arvioinnit ovat kiinnittäneet asiantuntijoilta paljon huomiota koko äänitekniikan kehityskauden ajan.
Vaatimus lineaarisen signaalin vääristymisen puuttumisesta audiolaitteissa voidaan kirjoittaa muodossa:
Y(t) = K x(t - T), missä x(t) on tulosignaali, y(t) on lähtösignaali.
Tämä ehto sallii vain signaalin muutoksen asteikolla, jonka kerroin on K ja sen aikasiirtymä määrällä T. Se määrittelee lineaarisen suhteen tulo- ja lähtösignaalien välillä ja johtaa vaatimukseen, että siirtofunktio H(ω), joka ymmärretään taajuudesta riippuvainen suhde kompleksisignaalin amplitudien järjestelmän lähdössä ja sisääntulossa harmonisten vaikutusten alaisena olivat vakiosuuruisia ja niillä oli lineaarinen argumentin (eli vaiheen) riippuvuus taajuudesta | H(ω) | = K, φ(ω) = -T·ω. Koska funktio 20·lg | H(ω) | kutsutaan järjestelmän amplitudi-taajuusvasteeksi (AFC), ja φ(ω) on vaihetaajuusvaste (PFC), jolloin varmistetaan AFC:n vakiotaso toistetulla taajuusalueella (vähentäen sen epätasaisuutta) mikrofoneissa, akustinen järjestelmät jne. on tärkein vaatimus niiden laadun parantamiselle. Niiden mittausmenetelmät sisältyvät kaikkiin kansainvälisiin standardeihin, esimerkiksi IEC268-5. Kuvassa 1 on esimerkki Marantzin nykyaikaisen ohjausyksikön taajuusvasteesta, jonka epätasaisuus on 2 dB.

Marantz-ohjausmonitorin taajuusvaste
On huomattava, että tällainen taajuusvasteen epätasaisuuden suuruuden pienentäminen on valtava saavutus audiolaitteiden suunnittelussa (esimerkiksi Brysselin näyttelyssä vuonna 1956 esitellyissä ohjausmonitoreissa oli 15 dB:n epätasaisuus), josta tuli mahdollista uusien teknologioiden, materiaalien ja suunnittelumenetelmien käytön seurauksena.
Epätasaisen taajuusvasteen (ja vaihevasteen) vaikutusta subjektiivisesti havaittuun äänensävyjen vääristymiseen on tutkittu riittävän yksityiskohtaisesti. Pyrimme jatkossa käymään läpi tärkeimmät saavutetut tulokset.
Epälineaarinen vääristymä niille on ominaista uusien komponenttien ilmaantuminen signaalispektriin, jotka puuttuvat alkuperäisestä signaalista ja joiden lukumäärä ja amplitudit riippuvat tulotason muutoksista. Lisäkomponenttien esiintyminen spektrissä johtuu lähtösignaalin epälineaarisesta riippuvuudesta sisääntulosta, eli siirtofunktion epälineaarisuudesta. Esimerkkejä tällaisesta riippuvuudesta on esitetty kuvassa 2.

Erityyppiset epälineaariset siirtofunktiot laitteistossa
Epälineaarisuuden syy voi olla sähköakustisten muuntimien suunnittelu ja tekniset ominaisuudet.
Esimerkiksi sähködynaamisissa kaiuttimissa (kuva 3) tärkeimmät syyt ovat:

Elektrodynaaminen kaiuttimen muotoilu
Jousituksen ja keskitysaluslevyn epälineaariset elastiset ominaisuudet (kuvassa 4 on esimerkki kaiuttimen jousituksen joustavuuden riippuvuudesta puhekelan siirtymän suuruudesta);

Jousituksen joustavuuden riippuvuus äänikelan siirtymäarvosta
Puhekelan siirtymän epälineaarinen riippuvuus käytetystä jännitteestä johtuen kelan vuorovaikutuksesta magneettikentän kanssa ja kaiuttimissa tapahtuvista lämpöprosesseista;
- kalvon epälineaariset värähtelyt suurella vaikuttavalla voimalla;
- kotelon seinien tärinää;
- Doppler-ilmiö eri säteilijöiden vuorovaikutuksessa akustisessa järjestelmässä.
Epälineaarisia vääristymiä esiintyy lähes kaikissa äänipolun elementeissä: mikrofoneissa, vahvistimissa, jakomuuntimissa, tehosteprosessoreissa jne.
Kuvassa 2 esitetty tulo- ja lähtösignaalien välinen suhde (esimerkiksi kaiuttimen jännitteen ja äänenpaineen välillä) voidaan arvioida polynomina:
y(t) = h1 x(t) + h2 x2(t) + h3 x3(t) + h4 x4(t) + … (1).
Jos tällaiseen epälineaariseen järjestelmään syötetään harmoninen signaali, eli x(t) = A sin ωt, niin lähtösignaali sisältää komponentteja, joiden taajuudet ovat ω, 2ω, 3ω, ..., nω jne. Jos esim. rajoita itseämme vain neliötermin, niin toiset harmoniset ilmestyvät, koska
y(t) = h1 A sin ωt + h2 (A sin ωt)² = h1 A sin ωt + 0,5 h2 A sin 2ωt + vakio.
Reaalimuuntimissa, kun harmonista signaalia syötetään, voi esiintyä toisen, kolmannen ja korkeamman asteen harmonisia sekä aliharmonisia (1/n) ω (kuva 5).

Tämän tyyppisen vääristymän mittaamiseksi yleisimmin käytetyt menetelmät ovat yliaaltojen tason mittaaminen lähtösignaalissa (yleensä vain toinen ja kolmas).
Kansainvälisten ja kotimaisten standardien mukaisesti toisen ja kolmannen harmonisen taajuusvaste tallennetaan kaiuttomiin kammioihin ja mitataan n-kertainen harmoninen särökerroin:
KГn = pfn / pav·100 %
jossa pfn on n-harmonista komponenttia vastaava äänenpaineen neliökeskiarvo. Sitä käytetään harmonisen kokonaissärökertoimen laskemiseen:
Kg = (KG2² + KG3² + KG4² + KG5² + ...)1/2
Esimerkiksi standardin IEC 581-7 vaatimusten mukaisesti Hi-Fi-kaiutinjärjestelmissä harmoninen kokonaissärökerroin ei saa ylittää 2 % taajuusalueella 250...1000 Hz ja 1 % yli 2000 Hz. . Kuvassa 6 on esimerkki harmonisen särön kertoimesta halkaisijaltaan 300 mm (12") subwooferille verrattuna taajuuteen eri tulojännitteillä, jotka vaihtelevat välillä 10 - 32 V.

THD:n riippuvuus taajuudesta eri tulojännitearvoilla
On huomattava, että kuulojärjestelmä on erittäin herkkä akustisten muuntimien epälineaarisille vääristymille. Harmonisten komponenttien "näkyvyys" riippuu niiden järjestyksestä, erityisesti kuulo on herkin parittomille komponenteille. Toistuvassa kuuntelussa epälineaaristen vääristymien havaitseminen tulee akuutimmaksi, etenkin kun kuunnellaan yksittäisiä soittimia. Suurimman kuuloherkkyyden taajuusalue tämän tyyppisille vääristymille on alueella 1...2 kHz, jossa herkkyyskynnys on 1...2 %.
Tämä epälineaarisuuden arviointimenetelmä ei kuitenkaan salli kaikentyyppisten epälineaaristen tuotteiden huomioon ottamista, joita syntyy todellisen äänisignaalin muuntamisen aikana. Tämän seurauksena voi olla tilanne, jossa kaiutinjärjestelmä, jonka THD on 10 %, saatetaan subjektiivisesti arvioida paremmaksi äänenlaadussa kuin järjestelmä, jonka THD on 1 % korkeampien harmonisten vaikutuksesta.
Siksi etsitään jatkuvasti muita tapoja arvioida epälineaarisia vääristymiä ja niiden korrelaatiota subjektiivisten arvioiden kanssa. Tämä on erityisen relevanttia tällä hetkellä, kun epälineaaristen vääristymien tasot ovat laskeneet merkittävästi ja niiden edelleen vähentämiseksi on tarpeen tietää todelliset kuuluvuuden kynnykset, koska epälineaaristen vääristymien vähentäminen laitteissa vaatii huomattavia taloudellisia kustannuksia.
Sähköakustisten laitteiden suunnittelussa ja arvioinnissa käytetään harmonisten komponenttien mittausten ohella menetelmiä keskinäismodulaatiosäröjen mittaamiseen. Mittaustekniikka on esitetty standardeissa GOST 16122-88 ja IEC 268-5 ja se perustuu kahden sinimuotoisen signaalin syöttämiseen taajuuksilla f1 ja f2 emitteriin, jossa f1< 1/8·f2 (при соотношении амплитуд 4:1) и измерении амплитуд звукового давления комбинационных тонов: f2 ± (n - 1)·f1, где n = 2, 3.
Keskinäismodulaation kokonaissärökerroin määritetään tässä tapauksessa seuraavasti:
Kim = (ΣnKimn²)1/2
missä kim = /pcp.
Keskinäismodulaation vääristymän syynä on lähtö- ja tulosignaalien välinen epälineaarinen suhde eli epälineaarinen siirtoominaisuus. Jos tällaisen järjestelmän sisäänmenoon syötetään kaksi harmonista signaalia, niin lähtösignaali sisältää korkeamman kertaluokan harmonisia ja eri asteisia summa-eroääniä.
Lähtösignaalin tyyppi, jossa otetaan huomioon korkeamman asteen epälineaarisuudet, on esitetty kuvassa 5.

Epälineaarisen vääristymän tuotteet kaiuttimissa
Keskinäismodulaatiosärökertoimen taajuudesta riippuvuuden ominaisuudet matalataajuiselle kaiuttimelle, jossa on eripituisia puhekäämejä, on esitetty kuvassa 7 (a - pidemmälle kelalle, b - lyhyemmälle).

Intermodulaatiosärön (IMD) riippuvuus taajuudesta kaiuttimessa, jossa on pitkä (a) ja lyhyt (b) kela
Kuten edellä on todettu, kansainvälisten standardien mukaisesti laitteessa mitataan vain toisen ja kolmannen asteen keskinäismodulaatiosärökertoimet. Intermodulaatiosärömittaukset voivat olla informatiivisempia kuin harmonisten vääristymien mittaukset, koska ne ovat herkempi epälineaarisuuden mitta. Kuitenkin, kuten R. Geddesin teoksissa tehdyt kokeet osoittavat (raportti AES:n 115. kongressissa New Yorkissa), selkeää korrelaatiota akustisten muuntimien laatua koskevien subjektiivisten arvioiden ja keskinäisen modulaation vääristymän tason välillä ei voitu määrittää. saatujen tulosten hajonta oli liian suuri (kuten kuvasta 8 voidaan nähdä).

Suhde subjektiivisten arvioiden ja intermodulaatiovääristymän (IMD) arvojen välillä
Uutena kriteerinä sähköakustisten laitteiden epälineaaristen vääristymien arvioinnissa ehdotettiin monisävymenetelmää, jonka historiaa ja soveltamismenetelmiä on tutkittu yksityiskohtaisesti A. G. Voishvillon ym. töissä (artikkeleita on JAES:ssä ja raportteja osoitteessa AES-kongressit). Tässä tapauksessa tulosignaalina käytetään harmonisten sarjaa 2. - 20., jolla on mielivaltainen amplitudijakautuma ja logaritminen taajuusjakauma välillä 1 - 10 kHz. Harmoninen vaihejakauma on optimoitu minimoimaan moniäänisen signaalin huippukerroin. Tulosignaalin yleinen ulkonäkö ja sen ajallinen rakenne on esitetty kuvissa 9a ja 9b.

Spektri (a) ja ajallinen (b) näkymä monisävysignaalista
Lähtösignaali sisältää kaikkien kertalukujen harmonisia ja keskinäismodulaatiosäröjä. Esimerkki tällaisesta kaiuttimen säröstä on esitetty kuvassa 10.

Yleisiä harmonisia vääristymiä käytettäessä monisävyistä signaalia
Monisävyinen signaali on rakenteeltaan paljon lähempänä todellista musiikkia ja puhesignaaleja, sen avulla voidaan tunnistaa huomattavasti enemmän erilaisia epälineaaristen vääristymien tuotteita (ensisijaisesti keskinäismodulaatiota) ja korreloi paremmin subjektiivisten arvioiden kanssa akustisten järjestelmien äänenlaadusta. Harmonisten komponenttien määrän kasvaessa tällä menetelmällä saadaan entistä yksityiskohtaisempaa tietoa, mutta samalla laskentakustannukset kasvavat. Tämän menetelmän soveltaminen vaatii lisätutkimusta, erityisesti kriteerien ja hyväksyttävien standardien kehittämistä valituille epälineaaristen vääristymien tuotteille niiden subjektiivisen arvioinnin kannalta.
Muita menetelmiä, kuten Voltaire-sarjaa, käytetään myös arvioimaan epälineaarisia vääristymiä akustisissa muuntimissa.
Ne kaikki eivät kuitenkaan tarjoa selkeää yhteyttä muuntimien (mikrofonit, kaiuttimet, akustiset järjestelmät jne.) äänenlaadun arvioinnin ja niissä olevien epälineaaristen vääristymien tason välillä, mitattuna millä tahansa tunnetuista objektiivisista menetelmistä. Siksi uusi psykoakustinen kriteeri, jota ehdotettiin R. Geddesin raportissa viime AES:n kongressissa, on erittäin kiinnostava. Hän lähti ajatuksistaan, että mitä tahansa parametria voidaan arvioida objektiivisina yksiköinä tai subjektiivisin kriteerein, esimerkiksi lämpötila voidaan mitata asteina tai aistimuksilla: kylmä, lämmin, kuuma. Äänen voimakkuutta voidaan arvioida äänenpainetasolla desibeleinä, tai se voidaan arvioida subjektiivisina yksiköinä: tausta, uni. Hänen työnsä tavoitteena oli samanlaisten kriteerien etsiminen epälineaarisille vääristymille.
Kuten psykoakustiikasta tiedetään, kuulokoje on pohjimmiltaan epälineaarinen järjestelmä, ja sen epälineaarisuus ilmenee sekä korkealla että matalalla signaalitasolla. Epälineaarisuuden syyt ovat simpukan hydrodynaamiset prosessit sekä epälineaarinen signaalin kompressio, joka johtuu erityisestä ulkokarvasolujen pidentämismekanismista. Tämä johtaa subjektiivisten harmonisten ja yhdistelmäsävyjen ilmenemiseen, kun kuunnellaan harmonisia tai kokonaisharmonisia signaaleja, joiden taso voi olla 15...20 % tulosignaalin tasosta. Siksi sähköakustisissa muuntimissa ja lähetyskanavissa syntyneiden epälineaaristen vääristymien havaitsemisen analysointi niin monimutkaisessa epälineaarisessa järjestelmässä kuin kuulokoje on vakava ongelma.
Toinen kuulojärjestelmän perustavanlaatuinen ominaisuus on peittovaikutus, joka koostuu kuulokynnysten muuttamisesta yhdeksi signaaliksi toisen (masker) läsnäollessa. Tätä kuulojärjestelmän ominaisuutta käytetään laajalti nykyaikaisissa järjestelmissä audioinformaation pakkaamiseen, kun se lähetetään eri kanavien kautta (MPEG-standardit). Edistyminen lähetetyn tiedon määrän vähentämisessä kompressoinnin avulla käyttämällä kuulon peittämisominaisuuksia viittaavat siihen, että nämä vaikutukset ovat myös erittäin tärkeitä epälineaaristen vääristymien havaitsemisessa ja arvioinnissa.
Kuulon peittämisen vakiintuneet lait antavat meille mahdollisuuden todeta, että:
- korkeataajuisten komponenttien peittäminen (sijaitsee maskaussignaalin taajuuden yläpuolella) tapahtuu paljon voimakkaammin kuin matalien taajuuksien suunnassa;
- peittäminen on voimakkaampaa lähellä oleville taajuuksille (paikallinen vaikutus, kuva 11);
- maskerisignaalin tason noustessa sen vaikutusalue laajenee, siitä tulee yhä epäsymmetrisempi ja se siirtyy korkeita taajuuksia kohti.
Tästä voidaan olettaa, että analysoitaessa epälineaarisia vääristymiä kuulojärjestelmässä noudatetaan seuraavia sääntöjä:
- perustaajuuden yläpuolella olevat epälineaariset vääristymät ovat vähemmän tärkeitä havainnolle (ne ovat paremmin peitettyjä) kuin matalataajuiset komponentit;
- mitä lähempänä perussäveltä epälineaaristen vääristymien tuotteet sijaitsevat, sitä suurempi on todennäköisyys, että niistä tulee näkymättömiä eikä niillä ole subjektiivista merkitystä;
- Epälineaarisuudesta johtuvat ylimääräiset epälineaariset komponentit voivat olla paljon tärkeämpiä havaitsemisessa matalilla signaalitasoilla kuin korkeilla tasoilla. Tämä näkyy kuvassa 11.

Naamioefektit
Todellakin, kun pääsignaalin taso kasvaa, sen peittoalue laajenee ja siihen putoaa yhä enemmän vääristymiä (harmonisia, kokonais- ja erosäröjä jne.). Matalilla tasoilla tämä alue on rajoitettu, joten korkeamman asteen vääristymät ovat paremmin kuultavissa.
Mitattaessa epälineaarisia tuotteita puhtaalla äänellä, muuntimissa esiintyy pääasiassa yliaaltoja, joiden taajuus on suurempi kuin pääsignaali n f. Matalia harmonisia taajuuksilla (1/n) f voi kuitenkin esiintyä myös kaiuttimissa. Mittaattaessa keskinäismodulaatiosäröjä (sekä käyttämällä kahta signaalia että käyttämällä monisävyisiä signaaleja) syntyy kokonaiseron vääristymiä - sekä pääsignaalien m f1 ± n f2 ylä- että alapuolella.
Kun otetaan huomioon luetellut kuulon peittämisen ominaisuudet, voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset: korkeamman asteen epälineaaristen vääristymien tuotteet voivat olla paremmin kuultavissa kuin matalamman asteen tuotteet. Esimerkiksi kaiutinsuunnittelun käytäntö osoittaa, että harmoniset, joiden numerot ovat korkeammat kuin viidennen, koetaan paljon epämiellyttävämmin kuin toinen ja kolmas, vaikka niiden tasot ovat paljon alhaisemmat kuin kahden ensimmäisen harmonisen. Yleensä niiden ulkonäkö koetaan täriseväksi ja johtaa kaiuttimien hylkäämiseen tuotannossa. Puolitaajuisten ja matalampien taajuuksien aliharmonisten esiintyminen havaitaan myös kuulojärjestelmässä välittömästi ylisävynä, jopa erittäin matalilla tasoilla.
Jos epälineaarisuuden kertaluku on alhainen, tulosignaalin tason noustessa lisäharmonisia voidaan peittää kuulojärjestelmässä eikä niitä nähdä vääristymänä, minkä vahvistaa sähköakustisten muuntimien suunnittelukäytäntö. Kaiutinjärjestelmät, joiden epälineaarinen särötaso on 2 %, voivat arvioida kuuntelijoilta varsin korkeaksi. Samaan aikaan hyvien vahvistimien särötason tulisi olla 0,01% tai pienempi, mikä ilmeisesti johtuu siitä, että kaiutinjärjestelmät luovat matalan kertaluvun särötuotteita ja vahvistimet paljon korkeampia.
Epälineaariset vääristymät, joita esiintyy matalilla signaalitasoilla, voivat olla paljon paremmin kuultavissa kuin korkeilla tasoilla. Tällä näennäisesti paradoksaalisella väitteellä voi olla myös käytännön seurauksia, koska epälineaarisia vääristymiä sähköakustisissa muuntimissa ja poluissa voi esiintyä myös alhaisilla signaalitasoilla.
Edellä esitettyjen näkökohtien perusteella R. Geddes ehdotti uutta psykoakustista kriteeriä epälineaaristen vääristymien arvioimiseksi, jonka piti täyttää seuraavat vaatimukset: olla herkempi korkeamman asteen vääristymille ja olla tärkeämpi matalilla signaalitasoilla.
Ongelmana oli osoittaa, että tämä kriteeri oli yhdenmukaisempi subjektiivisen harmonisen vääristymän käsityksen kanssa kuin tällä hetkellä hyväksytyt luokitusmenetelmät: harmoninen kokonaissärökerroin ja keskinäismodulaatiosärökerroin kaksi- tai monisävyisissä signaaleissa.
Tätä varten suoritettiin sarja subjektiivisia tutkimuksia, jotka järjestettiin seuraavasti: 34 asiantuntijaa, joilla oli testattu kuulokynnys (keski-ikä 21 vuotta), osallistui laajaan koesarjaan, jossa arvioitiin musiikillisten kohtien äänenlaatua (esim. laulu sinfonisella musiikilla), jossa on otettu käyttöön erilaisia epälineaarisia vääristymiä. Tämä tehtiin "konvoluutioimalla" testisignaalin epälineaarisilla siirtofunktioilla, jotka ovat ominaisia erityyppisille muuntimille (kaiuttimet, mikrofonit, stereopuhelimet jne.).
Ensin käytettiin sinimuotoisia signaaleja ärsykkeinä, ne "konvolvoitiin" erilaisilla siirtofunktioilla ja määritettiin harmoninen särökerroin. Sitten käytettiin kahta sinimuotoista signaalia ja laskettiin keskinäismodulaation vääristymäkertoimet. Lopuksi äskettäin ehdotettu kerroin Gm määritettiin suoraan annetuista siirtofunktioista. Erot osoittautuivat erittäin merkittäviksi: esimerkiksi samalle siirtofunktiolle SOI on 1%, Kim - 2,1%, Gm - 10,4%. Tämä ero on fyysisesti selitettävissä, koska Kim ja Gm ottavat huomioon monia korkeamman asteen epälineaarisia vääristymiä.
Kuulokokeita suoritettiin stereopuhelimilla, joiden taajuusalue oli 20 Hz...16 kHz, herkkyys 108 dB, max. SPL 122 dB. Subjektiivinen arvio annettiin seitsemän pisteen asteikolla jokaiselle musiikkifragmentille "paljon paremmasta" kuin referenssifragmentista (eli musiikkifragmentti "lukiutui" lineaarisella siirtofunktiolla) ja "paljon huonompaan". Auditiivisen arvioinnin tulosten tilastollinen käsittely mahdollisti melko korkean korrelaatiokertoimen määrittämisen subjektiivisten arvioiden keskiarvojen ja Gm-kertoimen arvon välille, joka osoittautui 0,68:ksi. Samaan aikaan SOI:lle se oli 0,42 ja Kimille - 0,34 (tälle koesarjalle).
Siten yhteys ehdotetun kriteerin ja subjektiivisten äänenlaadun arvioiden välillä osoittautui huomattavasti korkeammaksi kuin muiden kertoimien (kuva 12).

Gm-kertoimen ja subjektiivisten arvioiden välinen suhde
Kokeilutulokset osoittivat myös, että sähköakustista muuntajaa, jonka Gm on alle 1 %, voidaan pitää äänenlaadun kannalta varsin tyydyttävänä siinä mielessä, että siinä olevat epälineaariset vääristymät ovat käytännössä kuultamattomia.
Nämä tulokset eivät tietenkään vielä riitä korvaamaan ehdotettua kriteeriä standardeissa olevilla parametreilla, kuten harmoninen särökerroin ja keskinäismodulaation vääristymäkerroin, mutta jos tulokset vahvistuvat lisäkokeilla, niin ehkä juuri näin tapahtuu. .
Myös muiden uusien kriteerien etsiminen jatkuu aktiivisesti, sillä ero olemassa olevien parametrien (erityisesti harmoninen särökerroin, joka arvioi vain kaksi ensimmäistä harmonista) ja subjektiivisesti koetun äänenlaadun välinen ero tulee yhä selvemmäksi audiolaitteiden yleisen laadun parantuessa.
Ilmeisesti jatkokeinot tämän ongelman ratkaisemiseksi menevät kohti kuulojärjestelmän tietokonemallien luomista ottaen huomioon epälineaariset prosessit ja siinä olevat peitevaikutukset. Saksan viestintäakustiikan instituutti työskentelee tällä alalla D. Blauertin johdolla, mistä kirjoitettiin jo AES:n 114. kongressille omistetussa artikkelissa. Näiden mallien avulla on mahdollista arvioida erilaisten epälineaaristen vääristymien kuuluvuutta todellisessa musiikissa ja puhesignaaleissa. Vaikka niitä ei ole vielä luotu, laitteiden epälineaaristen vääristymien arvioinnit tehdään yksinkertaistetuilla menetelmillä, jotka ovat mahdollisimman lähellä todellisia kuulon prosesseja.