Линейные и нелинейные искажения.

К линейным искажениям звукового сигнала относятся нежелательные изменения соотношений между амплитудами частотных составляющих сигнала при передаче его по тракту. Эти искажения называют амплитудно-частотными, или просто частотными.

Частотная зависимость коэффициента передачи, называемая частотной характеристикой тракта передачи, приводит к изменению соотношений между амплитудами частотных составляющих, входящих в первичный сигнал. Субъективно эти искажения ощущаются как изменение тембра первичного сигнала. Например, если подавлены низкочастотные составляющие, то звучание будет звенящим. При подавлении высокочастотных составляющих звук становится глухим. При резком подчеркивании низкочастотных составляющих звучание получается бубнящим, а при резком подчеркивании высокочастотных — свистящим. Линейные искажения оценивают по величине неравномерности частотной характеристики:

где К_макс и К_мин — максимальный и минимальный коэффициенты передачи в заданном диапазоне частот.

Неравномерность часто измеряют в логарифмических единицах:

где Ь_макс и L_MWl — максимальный и минимальный уровни вторичного сигнала при одном и том же уровне первичного.

Как правило, частотная характеристика наиболее неравномерна в областях самых низких и самых высоких частот диапазона, то есть вблизи его границ, поэтому для широкополосных трактов передачи сигнала, например, вещательных, неравномерность частотной характеристики часто задают в двух диапазонах: номинальном и основном (200...5 000 Гц). Установлено, что на низких частотах искажения более заметны, чем на высоких. В тех случаях, когда аппаратура не может быть изготовлена с заданной неравномерностью, в требуемом частотном диапазоне, оговаривают частотный диапазон, в котором неравномерность не превышает заданную норму.

Амплитудно-частотные искажения обычно устраняют путем частотной коррекции в звеньях тракта, ближайших к искажающим устройствам.

Нелинейными искажениями называют искажения сигнала, обусловленные нелинейностью зависимости между вторичным и первичным сигналами. Нелинейные искажения приводят к появлению в воспроизводимом сигнале новых частотных составляющих, которых не было в спектре исходного звука. Появление новых частот при нелинейной характеристике устройства можно показать с помощью несложных математических выводов.

Пусть источник звука создает одновременно два колебания с одинаковой амплитудой U_m и частотами со / и со₂: и = U„,(cos со it + cos co₂t).

Предположим, что амплитудная характеристика устройства описывается выражением у = ах + Ьх².

В этом случае сигнал на выходе определится как:

, 1 +cos 2а _n cos(a - 3) + cos(a + В)

_v cos'a =-, cosacosp =--

Учитывая, что 2 2

получим:

Из последнего выражения видно, что, кроме колебания с основными частотами со1 и со₂, в сигнале появились новые (паразитные) составляющие, которых не было в исходном сигнале.

Количественно нелинейные искажения чаще всего оцениваются с помощью коэффициента гармоник — отношения корня квадратного из суммы квадратов эффективных значений напряжений гармоник к эффективному значению напряжения полезного сигнала:

где U_m| — амплитуды гармоник сигнала, начиная со второй; Umi — амплитуда основной составляющей.

Метод коэффициента гармоник является наиболее распространенным методом оценки нелинейных искажений, однако он имеет существенные недостатки. Так, с его помощью трудно измерить нелинейные искажения в высокочастотной части звукового диапазона, так как гармонические составляющие выходят за пределы воспроизводимого устройством диапазона частот. Кроме того, при некоторых видах нелинейности преобладают не паразитные гармонические составляющие, а комбинационные частоты.