비선형 왜곡 계수는 어떻게 결정됩니까? 비선형 왜곡. 최대 장기 전력

입력 신호는 입력 신호의 스펙트럼 구성 요소의 평균 제곱합에 비표준 동의어가 때때로 사용됩니다. 클리어 팩터(독일어에서 빌려옴). SOI는 일반적으로 백분율로 표시되는 무차원 수량입니다. SOI 외에도 비선형 왜곡 수준은 다음을 사용하여 표현할 수 있습니다. 고조파 왜곡 인자.

고조파 왜곡 인자- 장치(증폭기 등)의 비선형 왜곡 정도를 나타내는 값으로, 첫 번째 고조파를 제외한 신호의 고조파 합계에 대한 제곱평균제곱근 전압과 정현파 신호가 장치의 입력에 적용될 때 첫 번째 고조파입니다.

SOI와 마찬가지로 고조파 계수는 백분율로 표시됩니다. 고조파 왜곡( 킬로그램)는 CNI( 케이엔) 비율:

측정

  • 저주파(LF) 범위(최대 100-200kHz)에서는 비선형 왜곡 측정기(고조파 왜곡 측정기)가 SOI를 측정하는 데 사용됩니다.
  • 더 높은 주파수(MF, HF)에서는 스펙트럼 분석기 또는 선택적 전압계를 사용하여 간접 측정이 사용됩니다.

일반적인 SOI 값

  • 0% - 파형이 이상적인 사인파입니다.
  • 3% - 신호 모양이 정현파와 다르지만 왜곡이 눈에 띄지 않습니다.
  • 5% - 정현파에서 신호 형태의 편차가 오실로그램에서 눈에 띄게 나타납니다.
  • 10%는 UMZCH의 실제 전력(RMS)이 계산되는 표준 왜곡 수준입니다.
  • 21% - 예를 들어 사다리꼴 또는 계단형 신호입니다.
  • 43% - 예를 들어 구형파 신호입니다.

또한보십시오

문학

  • 무선 전자 장치 핸드북: 2권으로 구성; 에드. D. P. Linde-M.: 에너지,
  • 고로호프 P.K. 무선전자공학의 설명사전. 기본 용어- 남: 루스요. 언어,

연결

  • 사운드 전송 채널의 주요 전기적 특성

위키미디어 재단. 2010.

다른 사전에 ""가 무엇인지 확인하십시오.

    고조파 왜곡 인자- SOI 신호 품질에 대한 고조파 및 조합 구성요소의 영향을 고려할 수 있는 매개변수입니다. 왜곡되지 않은 신호의 전력에 대한 비선형 왜곡 전력의 비율로 수치적으로 정의되며 일반적으로 백분율로 표시됩니다. [L.M. 네브댜예프...

    고조파 왜곡 인자- 3.9 비선형 왜곡 계수(총 왜곡): 입력 신호에 없는 음향 교정기 출력 신호의 스펙트럼 성분의 제곱 평균 제곱근 값과 제곱 평균 제곱근의 비율(%) 값... ...

    고조파 왜곡 인자- netiesinių iškreipių faktorius statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. 비선형 왜곡 계수 vok. Klirrfaktor, m rus. 비선형 왜곡 계수, m pranc. taux de distorsion harmonique, m … 피지코스 종단 žodynas

    UPS 입력 전류의 THD 정현파에서 UPS 입력 전류 형태의 편차를 나타냅니다. 이 매개변수의 값이 높을수록 동일한 전원 공급 네트워크에 연결된 장비와 네트워크 자체가 악화되며, 이 경우 악화됩니다... ... 기술 번역가 가이드

    UPS 출력 전압의 THD 일반적으로 선형(모터, 일부 유형의 조명 장치) 및 비선형 부하에 대해 제공되는 정현파에서 출력 전압 형태의 편차를 특성화합니다. 이 값이 높을수록 더 나쁜 품질… … 기술 번역가 가이드

    증폭기 THD- - [L.G.수멘코. 정보 기술에 관한 영어-러시아어 사전. M.: 국영 기업 TsNIIS, 2003.] 주제 정보 기술일반적으로 EN 증폭기 왜곡 계수... 기술 번역가 가이드

    스피커 THD- 89. 스피커의 비선형 왜곡 계수 비선형 왜곡 계수 Ndp. 고조파 계수 방출되는 스펙트럼 성분의 유효값을 제곱한 비율의 제곱근을 백분율로 표시합니다.... 규범 및 기술 문서 용어에 대한 사전 참고서

    후두음 비선형 왜곡 계수- 94. 후두음의 비선형 왜곡 계수 백분율로 표현되며, 고조파 공기 이동 중에 후두음에 의해 발생된 기전력의 고조파 유효값의 제곱합 비율의 제곱근 값입니다. , 에게... ... 규범 및 기술 문서 용어에 대한 사전 참고서

    허용되는 비선형 왜곡 계수- - [L.G.수멘코. 정보 기술에 관한 영어-러시아어 사전. M.: State Enterprise TsNIIS, 2003.] 일반적인 EN 고조파 허용 오차에 관한 정보 기술 주제 ... 기술 번역가 가이드

    - (고조파 왜곡 측정기) 무선 장치의 신호의 비선형 왜곡(고조파 왜곡) 계수를 측정하는 장치입니다. 목차...위키피디아

안에소리 재생의 전체 역사는 환상을 원본에 더 가깝게 만들려는 시도로 구성되어 있습니다. 먼 거리를 여행했지만 라이브 사운드에 완전히 접근하려면 아직 멀었습니다. 수많은 매개변수의 차이를 측정할 수 있지만 그 중 상당수는 여전히 장비 개발자의 시야 밖에 남아 있습니다. 어떤 배경을 가진 소비자라도 항상 주목하는 주요 특징 중 하나는 비선형 왜곡 인자(THD) .

그리고 이 계수의 어떤 값이 장치의 품질을 상당히 객관적으로 나타냅니까? 참을성이 없는 사람은 마지막에 이 질문에 대한 답을 즉시 찾을 수 있습니다. 나머지 부분에 대해서는 계속하겠습니다.
총 고조파 왜곡 계수라고도 하는 이 계수는 장치(증폭기, 테이프 레코더 등)의 출력에서 ​​고조파 성분의 유효 진폭과 유효 진폭의 백분율로 표시되는 비율입니다. 이 주파수의 정현파 신호가 장치의 입력에 적용될 때 기본 주파수 신호입니다. 따라서 입력 신호에 없는 스펙트럼 성분(고조파)의 출력 신호에 나타나는 전달 특성의 비선형성을 정량화할 수 있습니다. 즉, 음악신호의 스펙트럼에 질적인 변화가 있는 것이다.

가청 소리 신호에 존재하는 객관적 고조파 왜곡 외에도 고음부에서 중이의 달팽이관에서 발생하는 주관적 고조파로 인해 실제 소리에는 나타나지 않지만 느껴지는 왜곡의 문제가 있습니다 음압 값. 인간의 보청기는 비선형 시스템입니다. 청각의 비선형성은 고막이 주파수 f의 정현파 소리에 노출될 때 나타납니다. 보청기이 소리의 고조파는 주파수 2f, 3f 등으로 생성됩니다. 이러한 고조파는 주요 영향을 미치는 톤에 존재하지 않으므로 주관적 고조파라고 합니다.

당연히 이는 오디오 경로에서 허용되는 최대 고조파 수준에 대한 아이디어를 더욱 복잡하게 만듭니다. 원음의 강도가 증가함에 따라 주관적 고조파의 크기도 급격하게 증가하며 원음의 강도를 초과할 수도 있습니다. 이러한 상황은 100Hz 미만의 주파수를 가진 소리는 그 자체로 느껴지지 않지만 그들이 생성하는 주관적인 고조파로 인해 100Hz 이상의 주파수 범위에 속한다는 가정에 대한 근거를 제공합니다. 청각의 비선형성 때문입니다. 서로 다른 장치에서 발생하는 하드웨어 왜곡의 물리적 이유는 성격이 다르며 전체 경로의 전체 왜곡에 대한 각각의 기여도는 동일하지 않습니다.

최신 CD 플레이어의 왜곡은 다른 장치의 왜곡에 비해 매우 낮고 거의 눈에 띄지 않습니다. 라우드스피커 시스템의 경우 베이스 헤드로 인한 저주파 왜곡이 가장 중요하며 표준에서는 최대 250Hz의 주파수 범위에서 두 번째 및 세 번째 고조파에 대해서만 요구 사항을 지정합니다. 그리고 아주 좋은 소리를 위해 스피커 시스템 1% 이내이거나 약간 더 높을 수도 있습니다. 아날로그 테이프 레코더에서 다음과 관련된 주요 문제는 물리적 기초자기 테이프에 녹음하는 것은 세 번째 고조파이며 그 값은 일반적으로 혼합 지침에 나와 있습니다. 그러나 예를 들어 소음 수준 측정이 항상 수행되는 최대값은 333Hz 주파수에 대해 3%입니다. 테이프 레코더 전자 부품의 왜곡이 훨씬 낮습니다.
음향 및 아날로그 테이프 레코더의 경우 왜곡이 주로 저주파라는 사실로 인해 주관적인 인지도는 마스킹 효과로 인해 크게 감소합니다. -주파수 1번이 더 잘 들립니다.)

따라서 회로의 주요 왜곡 소스는 전력 증폭기가 될 것이며, 주요 소스는 트랜지스터 및 진공관과 같은 능동 요소의 전달 특성의 비선형 성이며 변압기 증폭기에서는 변압기의 비선형 왜곡입니다. 또한 자화 곡선의 비선형성과 관련하여 추가됩니다. 한편으로 왜곡은 전달 특성의 비선형성 형태에 따라 달라지지만 입력 신호의 특성에도 따라 달라집니다.

예를 들어, 큰 진폭에서 부드러운 클리핑을 갖는 증폭기의 전달 특성은 클리핑 레벨 아래의 정현파 신호에 대해 왜곡을 일으키지 않지만 신호가 이 레벨 이상으로 증가하면 왜곡이 나타나고 증가합니다. 이러한 유형의 제한은 주로 진공관 앰프에 내재되어 있으며, 이는 어느 정도 청취자가 그러한 앰프를 선호하는 이유 중 하나가 될 수 있습니다. 그리고 이 기능은 NAD가 80년대 초반부터 생산한 "소프트 리미팅" 기능을 갖춘 일련의 호평을 받은 앰프에 사용되었습니다. 진공관 클리핑을 모방하여 모드를 켤 수 있는 기능으로 인해 이 회사의 수많은 트랜지스터 앰프 팬이 탄생했습니다. .
이에 반해, 트랜지스터 모델의 전형적인 앰프의 센터 컷팅(단계적 왜곡) 특성은 음악 신호 및 작은 사인 신호에서 왜곡을 일으키고 신호 레벨이 증가함에 따라 왜곡이 감소합니다. 따라서 왜곡은 전달 특성의 모양뿐만 아니라 입력 신호 레벨의 통계적 분포에도 영향을 받습니다. 음악 프로그램노이즈 신호에 가깝습니다. 따라서 정현파 신호를 사용하여 SOI를 측정하는 것 외에도 3개의 정현파 또는 잡음 신호의 합을 사용하여 증폭 장치의 비선형 왜곡을 측정할 수 있으며, 이는 위의 관점에서 왜곡에 대한 보다 객관적인 그림을 제공합니다.

비선형 왜곡 인자(SOI 또는 케이엔) - 비선형 왜곡의 정량적 평가 값입니다.

정의 [ | ]

비선형 왜곡 계수는 입력 신호의 스펙트럼에 없는 출력 신호의 스펙트럼 구성 요소의 평균 제곱근 합과 입력의 모든 스펙트럼 구성 요소의 평균 제곱근 합의 비율과 같습니다. 신호

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 + … (\displaystyle K_(\mathrm (H) )=(\frac (\sqrt (U_(2)^(2)+U_(3)^(2)+U_(4)^(2)+\ldots +U_(n)^(2)+\ldots ))(\sqrt (U_(1)^(2)+U_(2)^(2)+U_(3)^(2)+\ldots +U_(n)^(2)+\ldots ))) )

SOI는 무차원 수량이며 일반적으로 백분율로 표시됩니다. SOI 외에도 비선형 왜곡 수준은 다음과 같이 표현되는 경우가 많습니다. 고조파 왜곡 인자(KGI 또는 킬로그램) - 장치(증폭기 등)의 비선형 왜곡 정도를 나타내는 값으로, 첫 번째를 제외한 신호의 고조파 합과 첫 번째 전압의 RMS 전압 비율과 같습니다. 정현파 신호가 장치의 입력에 적용될 때 고조파.

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)+\ldots +U_(n)^(2)+\ldots ))(U_(1))))

KNI와 마찬가지로 KGI도 백분율로 표시되며 비율로 관련됩니다.

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

작은 값의 경우 THI와 SOI가 첫 번째 근사치와 일치한다는 것은 명백합니다. 흥미롭게도 서양 문학에서는 CGI가 일반적으로 사용되는 반면, 러시아 문학에서는 전통적으로 CNI가 선호됩니다.

KNI와 KGI는 단지 왜곡의 정량적 측정, 하지만 품질이 높지는 않습니다. 예를 들어, 3%에 해당하는 THD 값은 왜곡의 특성에 대해 아무 것도 나타내지 않습니다. 신호 스펙트럼에서 고조파가 어떻게 분포되는지, 예를 들어 저주파 또는 고주파 성분의 기여는 무엇인지에 대해 설명합니다. 따라서 진공관 UMZCH의 스펙트럼에서는 일반적으로 낮은 고조파가 우세하며 이는 종종 귀에 "따뜻한 진공관 사운드"로 인식되며, 트랜지스터 UMZCH에서는 왜곡이 스펙트럼 전체에 더 고르게 분포되어 더 평탄해집니다. "전형적인 트랜지스터 사운드"로 인식됩니다(이 논쟁은 주로 개인의 감정과 습관에 따라 달라지지만).

CGI 계산의 예[ | ]

많은 표준 신호의 경우 THD를 분석적으로 계산할 수 있습니다. 따라서 대칭 직사각형 신호(사행)의 경우

K Γ = π 2 8 − 1 ≒ 0.483 = 48.3% (\displaystyle K_(\Gamma )\,=\,(\sqrt ((\frac (\,\pi ^(2))(8))-1\ ,))\약\,0.483\,=\,48.3\%)

이상적인 톱니파 신호 KGI가 있다

K Γ = π 2 6 − 1 ≒ 0.803 = 80.3% (\displaystyle K_(\Gamma )\,=\,(\sqrt ((\frac (\,\pi ^(2))(6))-1\ ,))\약\,0.803\,=\,80.3\%)

그리고 대칭삼각형

K Γ = π 4 96 − 1 ≒ 0.121 = 12.1% (\displaystyle K_(\Gamma )\,=\,(\sqrt ((\frac (\,\pi ^(4))(96))-1\ ,))\대략 \,0.121\,=\,12.1\%)

펄스 지속 시간과 주기의 비율이 다음과 같은 비대칭 직사각형 펄스 신호 μ KGI가 있다

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} ,

이는 최소값(약 0.483)에 도달합니다. μ =0.5, 즉 신호가 대칭 구불구불해질 때. 그런데 필터링을 통해 이러한 신호의 THD를 크게 줄일 수 있으므로 정현파에 가까운 신호를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 초기 THD가 48.3%인 대칭 직사각형 신호(미앤더)는 2차 버터워스 필터(기본 고조파의 주파수와 동일한 차단 주파수를 사용)를 통과한 후 THD가 5.3%입니다. 4차 필터 - 그러면 THD = 0.6%입니다. 필터 입력의 신호가 더 복잡하고 필터 자체(또는 필터의 전달 함수)가 더 복잡할수록 TCG 계산은 더 번거롭고 시간이 많이 걸립니다. 따라서 1차 버터워스 필터를 통과한 표준 톱니파 신호의 THD는 더 이상 80.3%가 아니라 37.0%입니다. 이는 정확히 다음 식으로 표현됩니다.

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 \,))\,\대략 \,0.370\,=\,37.0\%)

그리고 동일한 필터를 통과했지만 2차 순서인 동일한 신호의 TCG는 이미 다소 번거로운 공식에 의해 제공됩니다.

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 + c t h 2 π 2) + π 2 3 − 1 ≒ 0.181 = 18.1% (\displaystyle K_(\Gamma )\,=(\sqrt (\pi \,(\frac (\,\mathrm (ctg) \,(\dfrac (\pi )(\sqrt (2\,)) ) )\cdot \,\mathrm (c번째) ^(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\%} !}

위에서 언급한 버터워스 필터를 통과한 비대칭 직사각형 펄스 신호를 고려하면 -번째 순서, 그럼

K Γ (μ , p) = csc ⁡ π μ ⋅ μ (1 − μ) π 2 − sin 2 π μ − π 2 ∑ s = 1 2 pc t g π z s z s 2 ∏ l = 1 l ≠ s 2 p 1 z s − z l + π 2 R e ∑ s = 1 2 pe i π z s (2 μ − 1) z s 2 sin ⁡ π z s ∏ l = 1 l ≠ s 2 p 1 z s − z l (\displaystyle K_(\Gamma )\,( \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)\,))\,)))

여기서 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)

계산에 대한 자세한 내용은 Yaroslav Blagushin 및 Eric Moreau를 참조하세요.

측정 [ | ]

  • 저주파(LF) 범위에서는 비선형 왜곡 미터(고조파 왜곡 미터)를 사용하여 SOI를 측정합니다.
  • 더 높은 주파수(MF, HF)에서는 스펙트럼 분석기 또는 선택적 전압계를 사용하여 간접 측정이 사용됩니다.

전자 증폭기의 주요 매개변수는 이득 K입니다. 전력 이득(전압, 전류)은 입력 신호의 전력(전압, 전류)에 대한 출력 신호의 전력(전압, 전류)의 비율에 의해 결정됩니다. 회로의 증폭 특성을 나타냅니다. 출력 신호와 입력 신호는 동일한 양적 단위로 표현되어야 하므로 이득은 무차원 양입니다.

회로에 반응 요소가 없고 특정 작동 모드에서 영향이 제외되면 이득은 주파수에 의존하지 않는 실제 값입니다. 이 경우 출력 신호는 입력 신호의 모양을 반복하며 진폭만 K배 다릅니다. 자료의 추가 프레젠테이션에서는 특별한 예약이 없는 한 게인 모듈에 대해 설명하겠습니다.

AC 신호 증폭기의 출력 매개변수에 대한 요구 사항에 따라 이득 요소가 구별됩니다.

a) 입력 전압의 교번 성분의 진폭에 대한 출력 전압의 교번 성분의 진폭의 비율로 정의되는 전압, 즉

b) 출력 전류의 교류 성분의 진폭과 입력 전류의 교류 성분의 진폭의 비율에 의해 결정되는 전류에 의해:

c) 힘으로

이므로 전력 이득은 다음과 같이 결정될 수 있습니다.

회로에 반응성 요소(커패시터, 인덕터)가 있는 경우 이득은 복소수 값으로 간주되어야 합니다.

여기서 m과 n은 입력 신호의 주파수에 따른 실수 및 허수 구성 요소입니다.

이득 K가 입력 신호의 진폭에 의존하지 않는다고 가정해 보겠습니다. 이 경우 정현파 신호가 증폭기의 입력에 적용되면 출력 신호도 정현파 모양을 갖지만 입력과 진폭은 K 배, 위상은 각도만큼 다릅니다.

푸리에의 정리에 따르면, 복잡한 형태의 주기적 신호는 서로 다른 진폭, 주파수 및 위상을 갖는 유한 또는 무한히 많은 수의 고조파 성분의 합으로 표현될 수 있습니다. K는 복소수이므로 증폭기를 통과할 때 입력 신호의 고조파 성분의 진폭과 위상이 다르게 변하고 출력 신호의 모양이 입력과 다릅니다.

증폭기를 통과할 때 주파수에 대한 증폭기 매개변수의 의존성과 입력 신호의 진폭에 관계없이 발생하는 신호 왜곡을 선형 왜곡이라고 합니다. 결과적으로 선형 왜곡은 주파수 왜곡으로 나눌 수 있습니다 (회로의 반응 요소의 영향으로 인해 주파수 대역에서 이득 K 계수의 변화를 나타냄). 위상 (반응 요소의 영향으로 인해 주파수에 대한 출력 신호와 입력 신호 사이의 위상 변이 의존성을 특성화).

신호의 주파수 왜곡은 주파수에 대한 전압 이득 계수의 의존성을 나타내는 진폭-주파수 특성을 사용하여 평가할 수 있습니다. 증폭기의 진폭-주파수 응답은 그림 1에 일반적인 형태로 표시됩니다. 1.2. 특정 정확도로 이득이 일정하다고 간주될 수 있는 증폭기의 작동 주파수 범위는 최저 주파수와 최고 주파수 사이에 있으며 이를 통과대역이라고 합니다. 컷오프 주파수는 중간 주파수의 최대값에서 주어진 양만큼 게인의 감소를 결정합니다.

주어진 주파수에서 주파수 왜곡 계수를 도입함으로써,

주어진 주파수에서의 전압 이득은 어디에 있습니까? 진폭-주파수 특성을 사용하여 증폭기의 모든 작동 주파수 범위에서 주파수 왜곡을 확인할 수 있습니다.

작동 범위 경계에서 가장 큰 주파수 왜곡이 있기 때문에 증폭기를 계산할 때 일반적으로 주파수 왜곡 계수는 가장 낮은 경계 주파수와 가장 높은 경계 주파수로 설정됩니다.

각각 최고 및 최저 차단 주파수에서의 전압 이득은 어디에 있습니까?

일반적으로 경계 주파수에서 전압 이득은 중간 주파수 이득 값의 0.707 수준으로 감소합니다. 이러한 조건에서 음성 및 음악 재생을 위해 설계된 오디오 증폭기의 대역폭은 30-20,000Hz 범위에 있습니다. 전화 통신에 사용되는 증폭기의 경우 300-3400Hz의 더 좁은 대역폭이 허용됩니다. 펄스 신호를 증폭하려면 대역폭이 수십 또는 단위 헤르츠에서 수십 또는 수백 메가헤르츠까지의 주파수 범위에 있는 소위 광대역 증폭기를 사용해야 합니다.

앰프의 품질을 평가하기 위해 매개변수가 자주 사용됩니다.

따라서 광대역 증폭기의 경우

광대역 증폭기의 반대는 선택적 증폭기로, 그 목적은 좁은 주파수 대역에서 신호를 증폭하는 것입니다(그림 1.3).

임의의 낮은 주파수로 신호를 증폭하도록 설계된 증폭기를 DC 증폭기라고 합니다. 정의에 따르면 이러한 증폭기 통과대역의 최저 차단 주파수는 0이라는 것이 분명합니다. DC 증폭기의 진폭-주파수 응답은 그림 1에 나와 있습니다. 1.4.

위상-주파수 특성은 주파수가 변할 때 출력 신호와 입력 신호 사이의 위상 변이 각도가 어떻게 변하는지 보여주고 위상 왜곡을 결정합니다.

위상-주파수 특성이 선형인 경우(그림 1.5의 점선) 위상 왜곡이 없습니다. 이 경우 입력 신호의 각 고조파 성분이 증폭기를 통과할 때 동일한 간격으로 시간 이동되기 때문입니다. 입력 신호와 출력 신호 사이의 위상 변이 각도는 주파수에 비례합니다.

가로축에 대한 특성의 경사각을 결정하는 비례 계수는 어디에 있습니까?

실제 증폭기의 위상-주파수 특성은 그림 1에 나와 있습니다. 1.5는 실선으로 표시됩니다. 그림에서. 1.5에서는 증폭기의 통과대역 내에서 위상 왜곡이 최소화되지만 경계 주파수 영역에서 급격히 증가하는 것을 볼 수 있습니다.

이득이 입력 신호의 진폭에 따라 달라지면 증폭기에 비선형 전류-전압 특성을 갖는 요소가 존재하기 때문에 증폭된 신호의 비선형 왜곡이 발생합니다.

변화의 법칙을 명시함으로써 특정 특성을 갖는 비선형 증폭기를 설계하는 것이 가능합니다. 이득은 의존성에 의해 결정됩니다. 여기서 는 비례 계수입니다.

그러면 증폭기의 입력에 정현파 입력신호가 인가되면 증폭기의 출력신호는

입력 신호의 진폭과 주파수는 어디에 있습니까?

식 (1.6)의 첫 번째 고조파 성분은 유용한 신호를 나타내고 나머지는 비선형 왜곡의 결과입니다.

비선형 왜곡은 소위 고조파 왜곡을 사용하여 평가할 수 있습니다.

고조파 성분의 전력, 전압 및 전류의 진폭 값은 각각 어디에 있습니까?

지수는 고조파 수를 결정합니다. 일반적으로 고조파 전력의 진폭 값이 상대적으로 작기 때문에 두 번째 및 세 번째 고조파만 고려됩니다.

선형 및 비선형 왜곡은 증폭기의 입력 신호 형태 재현의 정확성을 특징으로 합니다.

어떤 값에서든 선형 요소로만 구성된 4단자 네트워크의 진폭 특성은 이론적으로 기울어진 직선입니다. 실제로 최대값은 사중극자 네트워크 요소의 전기 강도에 의해 제한됩니다. 전자 장치(그림 1.6)에서 만들어진 증폭기의 진폭 특성은 원칙적으로 비선형이지만 곡선이 높은 정확도로 대략 선형인 OA 섹션을 포함할 수 있습니다. 입력 신호의 작동 범위는 증폭기 진폭 특성의 선형 부분(LA)을 넘어서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 비선형 왜곡이 허용 수준을 초과하게 됩니다.

총 고조파 왜곡(THD)​

이리나 알도시나

전송 채널뿐만 아니라 모든 전기 음향 변환기(스피커, 마이크, 전화기 등)는 전송된 사운드 신호에 왜곡을 도입합니다. 즉, 인지된 사운드 신호는 항상 원본과 동일하지 않습니다. 60년대에 라이브 사운드에 대한 "고충실도", 즉 High-Fidelity라고 불렸던 음향 장비를 만드는 이데올로기는 대부분 목표를 달성하지 못했습니다. 그 당시에는 장비의 오디오 신호 왜곡 수준이 여전히 매우 높았고 이를 줄이는 것만으로도 충분해 보였으며 장비를 통해 재생되는 사운드는 원본과 거의 구별할 수 없었습니다.

그러나 오디오 장비의 모든 유형의 왜곡 수준을 크게 감소시키는 설계 및 기술 개발의 발전에도 불구하고 자연음과 재생음을 구별하는 것은 여전히 ​​특별히 어렵지 않습니다. 그렇기 때문에 현재 여러 국가의 연구 기관, 대학 및 제조 회사에서 다양한 유형의 왜곡에 대한 청각 인식 및 주관적 평가를 연구하기 위해 많은 작업을 수행하고 있습니다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 많은 과학 논문과 보고서가 출판되고 있습니다. 거의 모든 AES 회의에서 이 주제에 관한 논문을 발표합니다. 이 기사에서는 오디오 장비의 오디오 신호의 비선형 왜곡에 대한 주관적 인식 및 평가 문제에 대해 지난 2~3년 동안 얻은 일부 최신 결과를 소개합니다.

오디오 장비를 통해 음악 및 음성 신호를 녹음, 전송 및 재생할 때 신호의 시간적 구조에 왜곡이 발생하며 이는 선형과 비선형으로 나눌 수 있습니다.

선형 왜곡입력 신호의 기존 스펙트럼 구성 요소 간의 진폭 및 위상 관계를 변경하고 이로 인해 시간 구조가 왜곡됩니다. 이러한 종류의 왜곡은 주관적으로 신호 음색의 왜곡으로 인식되므로 오디오 엔지니어링 개발 전체 기간 동안 전문가의 감소 문제 및 레벨에 대한 주관적인 평가에 많은 관심이 주어졌습니다.

오디오 장비에서 선형 신호 왜곡이 없어야 한다는 요구 사항은 다음 형식으로 작성할 수 있습니다.

Y(t) = K x(t - T), 여기서 x(t)는 입력 신호이고 y(t)는 출력 신호입니다.

이 조건은 계수 K가 있는 규모의 신호 변화와 양 T만큼의 시간 이동만 허용합니다. 이는 입력 신호와 출력 신호 간의 선형 관계를 정의하고 전달 함수 H(Ω)가 다음과 같은 요구 사항으로 이어집니다. 이는 고조파 영향을 받는 시스템의 출력 및 입력에서 복소 신호 진폭의 주파수 의존 비율로 이해되며 크기가 일정하고 주파수에 대한 인수(즉, 위상)의 선형 의존성을 가졌습니다 | H(Ω) | = K, Φ(Ω) = -T·Ω. 20·lg | 기능 이후 H(Ω) | 를 시스템의 진폭-주파수 응답(AFC)이라고 하고 Φ(Ω)는 위상-주파수 응답(PFC)으로, 마이크의 재생 주파수 범위에서 AFC의 일정한 레벨을 보장합니다(불균일성을 줄임). 시스템 등은 품질 향상을 위한 주요 요구 사항입니다. 측정 방법은 IEC268-5와 같은 모든 국제 표준에 포함되어 있습니다. 2dB의 불균일성을 갖는 Marantz 최신 제어 장치의 주파수 응답 예가 그림 1에 나와 있습니다.


Marantz 제어 모니터의 주파수 응답

주파수 응답 불균일 크기의 이러한 감소는 오디오 장비 설계에서 큰 성과라는 점에 유의해야 합니다(예를 들어 1956년 브뤼셀 전시회에서 발표된 제어 모니터의 불균일은 15dB였습니다). 새로운 기술, 재료 및 디자인 방법을 사용한 결과 가능합니다.

주관적으로 인식되는 사운드 음색의 왜곡에 대한 불균일한 주파수 응답(및 위상 응답)의 영향은 충분히 자세히 연구되었습니다. 앞으로 얻은 주요 결과를 검토하려고 노력할 것입니다.

비선형 왜곡원래 신호에는 없는 새로운 구성요소가 신호 스펙트럼에 나타나는 것이 특징이며, 그 수와 진폭은 입력 레벨의 변화에 ​​따라 달라집니다. 스펙트럼에 추가 구성 요소가 나타나는 것은 입력에 대한 출력 신호의 비선형 의존성, 즉 전달 함수의 비선형성 때문입니다. 이러한 의존성의 예가 그림 2에 나와 있습니다.


하드웨어의 다양한 유형의 비선형 전달 함수

비선형성의 원인은 전기음향 변환기의 설계 및 기술적 특징일 수 있습니다.

예를 들어 전기역학적 스피커(그림 3)의 주요 이유는 다음과 같습니다.


전기 역학적 스피커 디자인

서스펜션 및 센터링 와셔의 비선형 탄성 특성(보이스 코일 변위 크기에 대한 스피커 서스펜션의 유연성 의존성의 예가 그림 4에 나와 있습니다)


보이스 코일 변위 값에 대한 서스펜션 유연성의 의존성

코일과 자기장의 상호 작용 및 스피커의 열 프로세스로 인해 인가된 전압에 대한 보이스 코일 변위의 비선형 의존성
- 큰 크기의 작용력을 갖는 다이어프램의 비선형 진동;
- 하우징 벽의 진동;
- 음향 시스템에서 다양한 방사체의 상호 작용 중 도플러 효과.
비선형 왜곡은 마이크, 증폭기, 크로스오버, 효과 프로세서 등 오디오 경로의 거의 모든 요소에서 발생합니다.
그림 2에 표시된 입력 신호와 출력 신호 사이의 관계(예: 스피커에 적용된 전압과 음압 사이)는 다항식으로 근사화할 수 있습니다.
y(t) = h1 x(t) + h2 x2(t) + h3 x3(t) + h4 x4(t) + … (1).
이러한 비선형 시스템에 고조파 신호가 적용되면(예: x(t) = A sin Ωt) 출력 신호에는 주파수 Ω, 2Ω, 3Ω, ..., nΩ 등의 구성 요소가 포함됩니다. 예를 들어, 우리 자신을 2차 항으로만 제한하면 2차 고조파가 나타날 것입니다.
y(t) = h1 A 죄 Ωt + h2 (A 죄 Ωt)² = h1 A 죄 Ωt + 0.5 h2 A 죄 2Ωt + const.
실제 변환기에서는 고조파 신호가 공급되면 2차, 3차 및 그 이상의 고조파와 저조파(1/n) Ω가 나타날 수 있습니다(그림 5).


이러한 유형의 왜곡을 측정하기 위해 가장 널리 사용되는 방법은 출력 신호(일반적으로 두 번째와 세 번째만)의 추가 고조파 레벨을 측정하는 것입니다.
국제 및 국내 표준에 따라 2차 및 3차 고조파의 주파수 응답이 무향실에 기록되고 n차 고조파 왜곡 계수가 측정됩니다.
KГn = pfn / pav·100%
여기서 pfn은 n-고조파 성분에 해당하는 음압 제곱 평균 제곱근 값입니다. 총 고조파 왜곡 계수를 계산하는 데 사용됩니다.
Kg = (KG2² + KG3² + KG4² + KG5² + ...)1/2
예를 들어, IEC 581-7의 요구 사항에 따라 Hi-Fi 스피커 시스템의 경우 총 고조파 왜곡 계수는 250~1000Hz 주파수 범위에서 2%, 2000Hz 초과 범위에서 1%를 초과해서는 안 됩니다. . 10~32V 범위의 다양한 입력 전압에 대한 주파수와 직경 300mm(12") 서브우퍼의 고조파 왜곡 계수의 예가 그림 6에 나와 있습니다.


다양한 입력 전압 값에 대한 주파수에 따른 THD의 의존성

청각 시스템은 음향 변환기의 비선형 왜곡 존재에 매우 민감하다는 점에 유의해야 합니다. 고조파 성분의 "가시성"은 순서에 따라 달라집니다. 특히 청각은 이상한 성분에 가장 민감합니다. 반복해서 들으면, 특히 개별 악기를 들을 때 비선형 왜곡에 대한 인식이 더욱 심각해집니다. 이러한 유형의 왜곡에 대한 최대 청각 민감도의 주파수 영역은 1~2kHz 범위 내에 있으며, 여기서 민감도 임계값은 1~2%입니다.
그러나 이러한 비선형성 평가 방법은 실제 오디오 신호를 변환하는 과정에서 발생하는 모든 유형의 비선형 곱을 고려하는 것을 허용하지 않습니다. 결과적으로, 더 높은 고조파의 영향으로 인해 THD가 10%인 스피커 시스템이 THD가 1%인 시스템보다 음질이 주관적으로 더 높게 평가되는 상황이 발생할 수 있습니다.
따라서 비선형 왜곡을 평가하고 주관적 평가와의 상관 관계를 평가하는 다른 방법에 대한 검색은 항상 계속됩니다. 이는 특히 비선형 왜곡 수준이 크게 감소한 현재와 관련이 있으며, 장비의 비선형 왜곡을 줄이려면 상당한 경제적 비용이 필요하기 때문에 이를 더 줄이려면 실제 가청 임계값을 알아야 합니다.
고조파 성분의 측정과 함께 상호 변조 왜곡을 측정하는 방법은 전기 음향 장비를 설계하고 평가하는 실무에 사용됩니다. 측정 기술은 GOST 16122-88 및 IEC 268-5에 제시되어 있으며 주파수 f1 및 f2의 두 정현파 신호를 이미터에 공급하는 것을 기반으로 합니다. 여기서 f1< 1/8·f2 (при соотношении амплитуд 4:1) и измерении амплитуд звукового давления комбинационных тонов: f2 ± (n - 1)·f1, где n = 2, 3.
이 경우 총 상호 변조 왜곡 계수는 다음과 같이 결정됩니다.
김 = (ΣnKimn²)1/2
여기서 김 = /pcp.
상호 변조 왜곡의 원인은 출력 신호와 입력 신호 간의 비선형 관계, 즉 비선형 전달 특성입니다. 이러한 시스템의 입력에 두 개의 고조파 신호가 적용되면 출력 신호에는 더 높은 차수의 고조파와 다양한 차수의 합차 톤이 포함됩니다.
더 높은 차수의 비선형성을 고려한 출력 신호 유형이 그림 5에 나와 있습니다.


스피커의 비선형 왜곡 제품

서로 다른 길이의 보이스 코일을 갖는 저주파 스피커의 주파수에 대한 상호 변조 왜곡 계수의 의존성의 특성이 그림 7에 나와 있습니다(a - 더 긴 코일의 경우, b - 더 짧은 코일의 경우).


긴(a) 코일과 짧은(b) 코일이 있는 스피커의 주파수에 대한 상호 변조 왜곡(IMD)의 의존성

위에서 언급한 바와 같이, 국제 표준에 따라 장비에서는 2차 및 3차 상호 변조 왜곡 계수만 측정됩니다. 상호변조 왜곡 측정은 비선형성에 대한 보다 민감한 측정이기 때문에 고조파 왜곡 측정보다 더 많은 정보를 제공할 수 있습니다. 그러나 R. Geddes의 작업(뉴욕에서 열린 제115차 AES 의회 보고서)에서 수행된 실험에서 알 수 있듯이 음향 변환기의 품질에 대한 주관적인 평가와 상호 변조 왜곡 수준 사이의 명확한 상관 관계는 확립될 수 없었습니다. 얻은 결과의 분산이 너무 컸습니다(그림 8에서 볼 수 있듯이).


주관적 평가와 상호 변조 왜곡(IMD) 값 사이의 관계

전기음향 장비의 비선형 왜곡을 평가하기 위한 새로운 기준으로 다중 톤 방법이 제안되었으며, 그 적용 내역과 방법은 A. G. Voishvillo 등의 연구에서 자세히 연구되었습니다(JAES에 대한 기사와 다음 보고서에 있음). AES 회의). 이 경우 임의의 진폭 분포와 1~10kHz 범위의 로그 주파수 분포를 갖는 2차부터 20차까지의 고조파 세트가 입력 신호로 사용됩니다. 고조파 위상 분포는 다중 톤 신호의 파고율을 최소화하도록 최적화되었습니다. 입력 신호의 일반적인 모양과 시간적 구조는 그림 9a 및 9b에 나와 있습니다.


다중 톤 신호의 스펙트럼(a) 및 시간(b) 보기

출력 신호에는 모든 차수의 고조파 및 상호 변조 왜곡이 포함되어 있습니다. 스피커에 대한 이러한 왜곡의 예가 그림 10에 나와 있습니다.


다중 톤 신호 적용 시 일반적인 고조파 왜곡 제품

구조상의 다중 톤 신호는 실제 음악 및 음성 신호에 훨씬 더 가깝습니다. 이를 통해 훨씬 더 다양한 비선형 왜곡(주로 상호 변조) 제품을 식별할 수 있으며 음향 시스템의 음질에 대한 주관적인 평가와 더 잘 연관됩니다. 고조파 성분의 수가 증가함에 따라 이 방법을 사용하면 점점 더 자세한 정보를 얻을 수 있지만 동시에 계산 비용도 증가합니다. 이 방법을 적용하려면 추가 연구가 필요하며, 특히 주관적 평가의 관점에서 선택된 비선형 왜곡 제품에 대한 기준 및 허용 가능한 표준 개발이 필요합니다.
Voltaire 시리즈와 같은 다른 방법도 음향 변환기의 비선형 왜곡을 평가하는 데 사용됩니다.
그러나 이들 모두는 변환기(마이크, 확성기, 음향 시스템 등)의 음질 평가와 알려진 객관적인 방법으로 측정한 비선형 왜곡 수준 사이의 명확한 연결을 제공하지 않습니다. 따라서 지난 AES 회의에서 R. Geddes의 보고서에서 제안된 새로운 심리음향학적 기준은 상당한 관심을 끌고 있습니다. 그는 모든 매개 변수를 객관적인 단위로 평가하거나 주관적인 기준에 따라 평가할 수 있다는 점을 고려하여 진행했습니다. 예를 들어 온도는 정도 또는 추위, 따뜻함, 뜨거운 감각으로 측정할 수 있습니다. 소리의 크기는 dB 단위의 음압 수준으로 평가할 수도 있고 주관적인 단위(배경, 수면)로 평가할 수도 있습니다. 비선형 왜곡에 대한 유사한 기준을 찾는 것이 그의 작업 목표였습니다.
심리음향학에서 알려진 바와 같이, 보청기는 기본적으로 비선형 시스템이며, 그 비선형성은 높은 신호 레벨과 낮은 신호 레벨 모두에서 나타납니다. 비선형성의 원인은 달팽이관의 유체역학적 과정과 외유모 세포의 신장을 위한 특별한 메커니즘으로 인한 비선형 신호 압축입니다. 이로 인해 고조파 또는 총 고조파 신호를 들을 때 주관적인 고조파 및 조합 톤이 나타나며 그 레벨은 입력 신호 레벨의 15~20%에 도달할 수 있습니다. 따라서 보청기와 같은 복잡한 비선형 시스템의 전기음향 변환기 및 전송 채널에서 생성된 비선형 왜곡 제품의 인식 분석은 심각한 문제입니다.
청각 시스템의 또 다른 근본적으로 중요한 속성은 마스킹 효과입니다. 이는 다른 신호(마스커)가 있을 때 청력 임계값을 하나의 신호로 변경하는 것으로 구성됩니다. 청각 시스템의 이러한 속성은 다양한 채널(MPEG 표준)을 통해 오디오 정보를 전송할 때 오디오 정보를 압축하기 위한 최신 시스템에서 널리 사용됩니다. 청각 마스킹 특성을 사용한 압축을 통해 전송되는 정보의 양을 줄이는 기술의 발전은 이러한 효과가 비선형 왜곡의 인식 및 평가에도 매우 중요하다는 것을 시사합니다.
확립된 청각 마스킹 법칙을 통해 다음과 같이 말할 수 있습니다.
- 고주파 성분(마스커 신호의 주파수 위에 위치)의 마스킹은 저주파 방향보다 훨씬 강하게 발생합니다.
- 마스킹은 가까운 주파수에서 더 두드러집니다(국소 효과, 그림 11).
- 마스커 신호 레벨이 증가함에 따라 영향 영역이 확장되고 점점 더 비대칭이 되며 고주파수 쪽으로 이동합니다.

이것으로부터 우리는 청각 시스템의 비선형 왜곡을 분석할 때 다음 규칙이 준수된다고 가정할 수 있습니다.
- 기본 주파수 이상의 비선형 왜곡 제품은 저주파 구성 요소보다 인식에 덜 중요합니다(차폐가 더 잘됨).
- 비선형 왜곡의 산물이 기본 톤에 가까울수록 보이지 않게 되고 주관적인 의미를 가지지 않을 가능성이 커집니다.
- 비선형성으로 인해 발생하는 추가 비선형 구성 요소는 높은 레벨보다 낮은 신호 레벨에서 인식하는 데 훨씬 더 중요할 수 있습니다. 이는 그림 11에 나와 있습니다.


마스킹 효과

실제로 주 신호의 레벨이 증가함에 따라 마스킹 영역이 확장되고 점점 더 많은 왜곡 제품(고조파, 전체 및 차이 왜곡 등)이 해당 영역에 들어갑니다. 낮은 레벨에서는 이 영역이 제한되므로 고차 왜곡 제품이 더 잘 들립니다.
순음에서 비선형 곱을 측정할 때 주로 주 신호 n f보다 높은 주파수를 갖는 고조파가 변환기에 나타납니다. 그러나 스피커에서는 주파수(1/n) f의 낮은 고조파가 발생할 수도 있습니다. 상호 변조 왜곡을 측정할 때(두 개의 신호를 사용하고 다중 톤 신호를 사용하여) 총차 왜곡 곱이 주 신호 m f1 ± n f2 위와 아래 모두에서 발생합니다.
청각 마스킹의 나열된 속성을 고려하면 다음과 같은 결론을 도출할 수 있습니다. 고차의 비선형 왜곡 제품은 저차의 제품보다 더 잘 들릴 수 있습니다. 예를 들어, 라우드스피커 설계의 실제 사례에서는 5번째보다 높은 숫자의 고조파가 두 번째 및 세 번째 고조파보다 훨씬 더 불쾌하게 인식된다는 사실을 보여줍니다. 비록 그 레벨이 처음 두 고조파의 레벨보다 훨씬 낮더라도 말입니다. 일반적으로 그 외관은 덜거덕거리는 것으로 인식되어 생산 시 라우드스피커를 거부하게 됩니다. 절반 이하의 주파수를 갖는 저조파의 출현은 매우 낮은 레벨에서도 청각 시스템에 의해 즉시 배음으로 인식됩니다.
비선형성 차수가 낮으면 입력 신호 레벨이 증가함에 따라 추가 고조파가 청각 시스템에서 가려지고 왜곡으로 인식되지 않을 수 있으며 이는 전기 음향 변환기 설계 실습을 통해 확인됩니다. 비선형 왜곡 수준이 2%인 스피커 시스템은 청취자로부터 매우 높은 평가를 받을 수 있습니다. 동시에 좋은 앰프는 0.01% 이하의 왜곡 수준을 가져야 합니다. 이는 분명히 스피커 시스템이 낮은 수준의 왜곡 제품을 생성하고 앰프는 훨씬 더 높은 왜곡 제품을 생성하기 때문입니다.
낮은 신호 레벨에서 발생하는 비선형 왜곡 제품은 높은 레벨보다 훨씬 더 잘 들릴 수 있습니다. 전기음향 변환기와 경로의 비선형 왜곡이 낮은 신호 레벨에서도 발생할 수 있기 때문에 이 겉보기에 역설적인 진술은 실용적인 의미도 가질 수 있습니다.
위의 고려 사항을 바탕으로 R. Geddes는 비선형 왜곡을 평가하기 위한 새로운 심리 음향 기준을 제안했습니다. 이 기준은 고차 왜곡에 더 민감하고 낮은 신호 레벨에 더 중요하다는 요구 사항을 충족해야 했습니다.
문제는 이 기준이 현재 허용되는 평가 방법(총 고조파 왜곡 계수 및 2톤 또는 다중 톤 신호의 상호 변조 왜곡 계수)보다 고조파 왜곡에 대한 주관적인 인식과 더 일치한다는 점을 보여주는 것입니다.
이를 위해 다음과 같이 구성된 일련의 주관적 시험이 수행되었습니다. 청력 역치 테스트를 받은 34명의 전문가(평균 연령 21세)가 음악 구절의 음질을 평가하는 대규모 일련의 실험에 참여했습니다(예: 남성 보컬과 교향곡)에는 다양한 유형의 비선형 왜곡이 도입되었습니다. 이는 다양한 유형의 변환기(스피커, 마이크, 스테레오 폰 등)의 특징인 비선형 전달 함수를 사용하여 테스트 신호를 "컨볼루션"함으로써 수행되었습니다.
먼저 정현파 신호를 자극으로 사용하고 다양한 전달 함수로 "복합"한 후 고조파 왜곡 계수를 결정했습니다. 그런 다음 두 개의 정현파 신호를 사용하고 상호 변조 왜곡 계수를 계산했습니다. 마지막으로 새로 제안된 계수 Gm은 주어진 전달 함수로부터 직접 결정되었습니다. 불일치는 매우 심각한 것으로 나타났습니다. 예를 들어 동일한 전달 함수의 경우 SOI는 1%, Kim - 2.1%, Gm - 10.4%입니다. Kim과 Gm은 더 많은 고차 비선형 왜곡 곱을 고려하기 때문에 이러한 차이는 물리적으로 설명 가능합니다.
청각 실험은 20Hz~16kHz 범위, 최대 감도 108dB의 스테레오 전화기에서 수행되었습니다. SPL 122dB. 주관적 평가는 각 음악 조각에 대해 참조 조각보다 "훨씬 좋음"(즉, 선형 전달 함수로 음악 조각이 "붕괴됨")부터 "훨씬 나쁨"까지 7점 척도로 주어졌습니다. 청각 평가 결과의 통계 처리를 통해 주관적 평가의 평균값과 Gm 계수 값 사이에 상당히 높은 상관 계수를 설정할 수 있었으며 이는 0.68로 나타났습니다. 동시에 SOI의 경우 0.42, Kim의 경우 - 0.34(이 일련의 실험에서)였습니다.
따라서 제안된 기준과 주관적인 음질 평가 사이의 연관성은 다른 계수의 연관성보다 훨씬 높은 것으로 나타났습니다(그림 12).


Gm 계수와 주관적 평가의 관계

실험 결과는 또한 Gm이 1% 미만인 전기음향 변환기의 비선형 왜곡이 실질적으로 들리지 않는다는 점에서 음질 측면에서 상당히 만족스러운 것으로 간주될 수 있음을 보여주었습니다.
물론 이러한 결과는 제안된 기준을 고조파 왜곡 계수 및 상호 변조 왜곡 계수와 같은 표준에서 사용할 수 있는 매개 변수로 대체하기에는 아직 충분하지 않지만 추가 실험을 통해 결과가 확인되면 아마도 이것이 정확히 일어날 것입니다. .
오디오 장비의 전반적인 품질이 향상됨에 따라 기존 매개변수(특히 처음 두 개의 고조파만 평가하는 고조파 왜곡 계수)와 주관적으로 인식되는 음질 간의 불일치가 점점 더 분명해지기 때문에 다른 새로운 기준에 대한 탐색도 적극적으로 계속되고 있습니다.
분명히 이 문제를 해결하는 추가 방법은 비선형 프로세스와 마스킹 효과를 고려하여 청각 시스템의 컴퓨터 모델을 만드는 방향으로 갈 것입니다. 독일의 통신 음향 연구소(Institute of Communication Acoustics)는 D. Blauert의 지도 하에 이 분야에서 작업하고 있으며, 이는 이미 제114차 AES 의회에 관한 기사에서 언급된 바 있습니다. 이러한 모델을 사용하면 실제 음악 및 음성 신호에서 다양한 유형의 비선형 왜곡에 대한 가청도를 평가할 수 있습니다. 그러나 아직 생성되지는 않았지만 장비의 비선형 왜곡에 대한 평가는 실제 청각 프로세스에 최대한 가까운 단순화된 방법을 사용하여 이루어질 것입니다.




맨 위