Промяната във формата на хармоничен сигнал, която възниква в резултат на преминаването му през устройство, съдържащо нелинейни елементи, се нарича нелинейно изкривяване. Изкривена нехармоничен сигналсъдържа в спектъра си постоянен компонент, първата хармонична (основна честота и по-високи хармоници с честоти).

Хармоничното изкривяване често се изразява като процент.

Нелинейните изкривявания на сигнал с всякаква форма се оценяват чрез коефициента на нелинейност, който се изчислява по формулата

(отношението на ефективната стойност на висшите хармоници към ефективната стойност на напрежението на всички хармоници, т.е. към напрежението на сигнала).

Формулите и са свързани с релацията

от което следва, че и двата израза дават практически еднакви резултати.

Има и други методи за оценка на нелинейността - комбинационни, статистически, които характеризират нелинейните свойства на радиотехническите устройства повече от изкривяването на сигнала.

Ориз. 6-9. Структурна схема на измерване на хармонично напрежение

Нелинейните изкривявания на сигнала се измерват по хармоничния метод, който се осъществява по два начина - аналитичен и интегрален. Аналитичният метод се основава на формулата и се провежда по схемата на фиг. 6-9. Хармоничният сигнал на генератора се подава на входа на измервания обект, на изхода на който се включва спектрален анализатор или хармоничен анализатор. С помощта на спектрален анализатор се получава спектрограма на изходния сигнал, измерват се абсолютните или относителните стойности на амплитудите на по-високите хармоници и първия хармоник и се изчислява хармоничният коефициент по формулата. Ако се използва хармоничен анализатор, той се настройва ръчно за всеки следващ хармоник, техните стойности се записват и изчисляват по същата формула. Аналитичният метод отнема време и се използва за определяне на ролята на всеки хармоник поотделно.

Интегралният метод се основава на формула и ви позволява да оцените влиянието на всички висши хармоници върху формата на сигнала, без да определяте техните стойности отделно. За да направите това, първо измерете средната квадратична стойност на сигнала и след това стойността на по-високата

хармоник, който ще остане след потискане на напрежението на първия хармоник. Интегралният метод често се нарича метод за потискане на напрежението на първата хармоника (основна честота).

Измерването на коефициента на нелинейно изкривяване се извършва с помощта на устройство - измервател на нелинейни изкривявания (фиг. 6-10). Устройството за съгласуване SU е проектирано да осигурява балансиран или небалансиран вход и да съгласува изходния импеданс на обекта с входния импеданс на измервателния уред.

Ориз. 6-10. Измервател на нелинейни изкривявания: a - структурна схема; b - филтърна верига с прорези

С помощта на превключвателя за режим на работа PRR се извършва режим на калибриране, когато се измерва напрежението на целия сигнал, режим на измерване, когато се измерва по-високото хармонично напрежение, и режим на волтметър за обичайното измерване на ефективната стойност на всяко напрежение.

Атенюаторът е предназначен да зададе нивото на напрежение, което осигурява нормалната работа на следващите компоненти на устройството. Входният усилвател трябва да има честотна лента от минималната честота на изследвания сигнал до - пъти стойността на горната му честота. Честотните, фазовите и амплитудните характеристики на усилвателя в тази лента са линейни. Усилвателят с прорези е проектиран да потиска напрежението на първия хармоник с помощта на RC филтър за отхвърляне (мост на Wien), включен във веригата обратна връзка. Филтър фиг. 6-10, b) е настроен на честотата на първия хармоник

Стъпки, кратни на 10 чрез превключване на резистори и плавно - с помощта на двоен блок от кондензатори с променлив капацитет C. Изострянето на характеристиката на филтъра за прорези, което е необходимо за точното балансиране на моста, пълното потискане на първото хармонично напрежение и намаляването грешка на измерване, се постига чрез изпълнение на равенството.Контролните копчета на резистора са обозначени: “ Балансиране: грубо, фино. Волтметърът се състои от атенюатор на UV усилвателя и RMS преобразувател тип оптрон с магнитоелектрически индикатор. Скалата на индикатора е калибрирана в единици напрежение, проценти и децибели на коефициента на нелинейност.

За визуално наблюдение на формата на вълната на входа и изхода на измерваното устройство и висшите хармоници след филтриране на първия хармоник са осигурени клеми за включване на осцилоскопа. Има калибровъчен генератор за проверка на волтметъра.

Предлагат се измерватели на нелинейни изкривявания за работа в честотния диапазон на изследвания сигнал от 20 Hz до с честотна лента до , Те се използват широко за контрол на качеството на всякакви усилващи устройства и модулационни пътища. Коефициентът на нелинейност се измерва в границите при входни напрежения от 0,1 до 100 V. Границите на измерване на напрежението при работа в режим на волтметър в честотния диапазон 20 Hz-1 MHz. Грешката на измерване зависи от точността на настройката на прорезния филтър, която се извършва чрез последователно приближаване на показанията на волтметъра до минимум, т.е. до напрежението на някои по-високи хармоници. Грешката е

При измерване на нелинейното изкривяване на сигнал едновременно се оценява и нелинейността на устройството, през което сигналът е преминал. Тази оценка обаче е неточна, тъй като се прави под въздействието на един сигнал и в една точка от честотния диапазон. В реални условия на работа входът на радиотехническия усилвател в повечето случаи получава произволни сигнали с широк спектър или много детерминистични сигнали с различни честоти. Следователно продуктите на нелинейността се появяват в цялата честотна лента на измервания обект.

Статистическият метод позволява най-пълно

за характеризиране на нелинейните свойства на обекта при условия, които имитират добре работниците. Като източник на сигнал се използва генератор на нискочестотен шум (фиг. 6-11, а) с равномерен спектър в работния честотен диапазон на измервания обект. На изхода на измервания обект в тази лента се формират компонентите на изходния сигнал, които са продукти на нелинейността.

Ориз. 6-11. Измерване на нелинейни изкривявания по статистически метод: а - блокова схема; b - спектрална плътност на сигнала на входа на измервания обект; в - същото на изхода

Напрежението на тези компоненти се измерва със селективен волтметър, настроен на честота. Напрежението на общия сигнал на изхода на обекта се измерва с конвенционален широколентов волтметър B rms (фиг. 6-11, c). Стойността на нелинейността, измерена чрез статистически метод,

Използвайки набор от режекторни филтри с различни средни честоти, е възможно да се измери и начертае зависимостта на нелинейността от честотата в целия работен диапазон на обекта.

Фактор на нелинейно изкривяване (THD)​

Ирина Алдошина

Всички електроакустични преобразуватели (високоговорители, микрофони, телефони и др.), както и предавателните канали, въвеждат свои собствени изкривявания в предавания аудио сигнал, тоест възприеманият аудио сигнал винаги не е идентичен с оригинала. Идеологията за създаване на звуково оборудване, което през 60-те години получи името High-Fidelity, " висока вярностза жив звук, до голяма степен пропусна целта си. В онези години нивата на изкривяване на аудио сигнала в оборудването бяха все още много високи и изглеждаше, че е достатъчно да се намалят - и звукът, възпроизвеждан чрез оборудването, щеше да бъде практически неразличим от оригинала.

Но въпреки напредъка в дизайна и технологиите, които доведоха до значително намаляване на нивата на всички видове изкривявания в аудио оборудването, все още не е трудно да се различи естественият звук от възпроизведения. Ето защо в момента в различни страни в изследователски институти, университети и производствени фирми в голям обемработи се за изследване на слуховото възприятие и субективна оценка на различни видове изкривявания. Въз основа на резултатите от тези изследвания се публикуват много научни статии и доклади. Почти всички конгреси на AES представят доклади по тази тема. В тази статия ще бъдат представени някои съвременни резултати, получени през последните две или три години по проблемите на субективното възприемане и оценка на нелинейните изкривявания на аудио сигнал в аудио оборудване.

При запис, предаване и възпроизвеждане на музикални и речеви сигнали чрез аудио оборудване възникват изкривявания на времевата структура на сигнала, които могат да бъдат разделени на линейни и нелинейни.

Линейно изкривяванепроменят амплитудните и фазовите съотношения между наличните спектрални компоненти на входния сигнал и по този начин изкривяват неговата времева структура. Такива изкривявания субективно се възприемат като изкривявания на тембъра на сигнала и затова много внимание се отделя на проблемите на тяхното намаляване и субективни оценки на тяхното ниво от специалисти през целия период на развитие на звуковото инженерство.

Изискването за липса на линейно изкривяване на сигнала в аудио оборудването може да бъде написано във формата:

Y(t) = K x(t - T), където x(t) е входният сигнал, y(t) е изходният сигнал.

Това условие позволява само промяна на сигнала в скалата с коефициент K и изместването му във времето с величина T. То определя линейна връзкамежду входния и изходния сигнал и води до изискването предавателната функция H(ω), която се разбира като честотно зависимо съотношение на комплексните амплитуди на сигнала на изхода и на входа на системата при хармонични ефекти, да е постоянна по абсолютна стойност и да има линейна зависимост на аргумента (т.е. фазата) от честотата | H(ω) | \u003d K, φ (ω) \u003d -T ω. Тъй като функцията 20·lg | H(ω) | се нарича амплитудно-честотна характеристика на системата (AFC), а φ(ω) е фазово-честотната характеристика (PFC), след което се осигурява постоянно ниво на честотна характеристика във възпроизводимия честотен диапазон (намаляване на неговата неравномерност) в микрофоните, акустични системи и др. е основно изискване за подобряване на тяхното качество. Методите за тяхното измерване са въведени във всички международни стандарти, например IEC268-5. Пример за честотната характеристика на модерен контролен блок Marantz с неравномерност от 2 dB е показан на фигура 1.

Честотна характеристика на референтния монитор Marantz

Трябва да се отбележи, че това намаляване на честотната характеристика е огромен напредък в аудио дизайна (напр. референтните монитори, представени на изложението в Брюксел през 1956 г., имаха 15 dB плоскост), което стана възможно благодарение на използването на нови технологии, материали и дизайн методи.

Ефектът от неравномерната честотна характеристика (и PFC) върху субективно възприеманото изкривяване на звуковия тембър е изследван достатъчно подробно. Ще се опитаме да прегледаме основните получени резултати в бъдеще.

Нелинейно изкривяванесе характеризират с появата в спектъра на сигнала на нови компоненти, които липсват в оригиналния сигнал, чийто брой и амплитуда зависят от промяната на входното ниво. Появата на допълнителни компоненти в спектъра се дължи на нелинейната зависимост на изходния сигнал от входа, т.е. нелинейността на предавателната функция. Примери за такава зависимост са показани на фигура 2.

Различни видове нелинейни предавателни функции в хардуера

Нелинейността може да бъде причинена от конструктивни и технологични характеристики на електроакустичните преобразуватели.

Например при електродинамичните високоговорители (Фигура 3) основните причини включват:

Конструкция на електродинамичен високоговорител

Нелинейни еластични характеристики на окачването и центриращата шайба (пример за зависимостта на гъвкавостта на окачванията в високоговорителя от стойността на изместването на гласовата намотка е показана на фигура 4);

Гъвкавост на окачването срещу изместване на гласовата намотка

Нелинейна зависимост на преместването на звуковата намотка от големината на приложеното напрежение поради взаимодействието на намотката с магнитното поле и поради термичните процеси в високоговорителите;
- нелинейни трептения на диафрагмата с голяма стойност на действащата сила;
- вибрации на стените на тялото;
- Доплеров ефект при взаимодействието на различни излъчватели в акустичната система.
Нелинейните изкривявания възникват в почти всички елементи на аудио пътя: микрофони, усилватели, кросоувъри, процесори за ефекти и др.
Връзката, показана на Фигура 2, между входните и изходните сигнали (например между приложеното напрежение и звуковото налягане за високоговорител) може да бъде апроксимирана като полином:
y(t) = h1 x(t) + h2 x2(t) + h3 x3(t) + h4 x4(t) + … (1).
Ако към такава нелинейна система се приложи хармоничен сигнал, т.е. x(t) = A sin ωt, тогава изходният сигнал ще съдържа компоненти с честоти ω, 2ω, 3ω, ..., nω и т.н. Например, ако ние се ограничим само до квадратичен член, тогава ще се появят втори хармоници, тъй като
y(t) = h1 A sin ωt + h2 (A sin ωt)² = h1 A sin ωt + 0,5 h2 A² sin 2ωt + const.
В реални преобразуватели, когато се прилага хармоничен сигнал, могат да се появят хармоници от втори, трети и по-висок ред, както и субхармоници (1/n) ω (Фигура 5).

За измерване на този вид изкривяване най-широко използваните методи са измерване на нивото на допълнителните хармоници в изходния сигнал (обикновено само втория и третия).
В съответствие с международните и местни стандарти честотната характеристика на втория и третия хармоник се записва в безехови камери и се измерва коефициентът на хармонично изкривяване от n-порядък:
KГn = pfn / pср 100%
където pfn е средноквадратичната стойност на звуковото налягане, съответстваща на n-хармоничния компонент. Той изчислява общото хармонично изкривяване:
Kg \u003d (KG2² + KG3² +KG4² +KG5² + ...) 1/2
Например, в съответствие с изискванията на IEC 581-7, за Hi-Fi високоговорители, общият фактор на хармонично изкривяване не трябва да надвишава 2% в честотния диапазон от 250 ... 1000 Hz и 1% в диапазона над 2000 Hz . Пример за THD за 300 mm (12") високоговорител спрямо честотата за различни стойностивходно напрежение, вариращо от 10 до 32 V, е показано на фигура 6.

THD спрямо честотата за различни входни напрежения

Трябва да се отбележи, че слуховата система е изключително чувствителна към наличието на нелинейни изкривявания в акустичните преобразуватели. „Забележимостта“ на хармоничните компоненти зависи от техния ред, по-специално слухът е най-чувствителен към странните компоненти. При многократно слушане възприемането на нелинейни изкривявания се влошава, особено при слушане на отделни музикални инструменти. Честотният диапазон на максимална слухова чувствителност към тези видове изкривявания е в рамките на 1...2 kHz, където прагът на чувствителност е 1...2%.
Въпреки това, такъв метод за оценка на нелинейността не позволява да се вземат предвид всички видове нелинейни продукти, които възникват в процеса на преобразуване на реален аудио сигнал. В резултат на това може да има ситуация, при която система от високоговорители с 10% THD може субективно да бъде оценена като превъзхождаща качеството на звука от система с 1% THD поради влиянието на по-високи хармоници.
Следователно търсенето на други начини за оценка на нелинейните изкривявания и тяхното съотнасяне със субективните оценки продължава през цялото време. Това е особено важно в момента, когато нивата на нелинейните изкривявания значително са намалели и за да бъдат допълнително намалени, е необходимо да се знаят реалните прагове на чуваемост, тъй като намаляването на нелинейните изкривявания в оборудването изисква значителни икономически разходи.
Наред с измерванията на хармонични компоненти, в практиката на проектиране и оценка на електроакустично оборудване се използват методи за измерване на интермодулационни изкривявания. Техниката за измерване е представена от GOST 16122-88 и IEC 268-5 и се основава на подаване на два синусоидални сигнала към излъчвателя с честоти f1 и f2, където f1< 1/8·f2 (при соотношении амплитуд 4:1) и измерении амплитуд звукового давления комбинационных тонов: f2 ± (n - 1)·f1, где n = 2, 3.
Общият коефициент на интермодулационно изкривяване се определя в този случай като:
Kim = (ΣnKimn²)1/2
където kim=/pcp.
Причината за интермодулационното изкривяване е нелинейната връзка между изходния и входния сигнал, т.е. нелинейната трансферна характеристика. Ако към входа на такава система се приложат два хармонични сигнала, тогава изходният сигнал ще съдържа хармоници от по-висок порядък и сумарно-разликови тонове от различен порядък.
Формата на изходния сигнал, като се вземат предвид нелинейностите от по-високи порядки, е показана на фигура 5.

Продукти от хармонично изкривяване в високоговорителите

Характеристиките на коефициента на интермодулационно изкривяване спрямо честотата за нискочестотен високоговорител с гласови намотки с различна дължина са показани на Фигура 7 (a - за по-дълга намотка, b - за по-къса).

Фактор на интермодулационно изкривяване (IMD) спрямо честотата за високоговорител с дълга (a) и къса (b) намотка

Както бе споменато по-горе, в съответствие с международните стандарти в оборудването се измерват само коефициентите на интермодулационно изкривяване от втория и третия ред. Измерванията на интермодулационните изкривявания могат да бъдат по-информативни от хармоничните измервания, тъй като те са по-чувствителен критерий за нелинейност. Въпреки това, както показаха експериментите, проведени в работата на R. Gedds (доклад на 115-ия конгрес на AES в Ню Йорк), не беше възможно да се установи ясна връзка между субективните оценки на качеството на акустичните преобразуватели и нивото на интермодулация изкривяване - разсейването на получените резултати е твърде голямо (както се вижда от фигура 8).

Връзката на субективните оценки със стойността на коефициента на интермодулационно изкривяване (IMD)

Като нов критерий за оценка на нелинейните изкривявания в електроакустичното оборудване беше предложен многотонов метод, чиято история и методи на приложение бяха подробно проучени в трудовете на A. G. Voishvillo и др. (има статии в JAES и доклади на конгреси на AES). В този случай входният сигнал е набор от хармоници от 2-ри до 20-ти с произволно разпределение на амплитудите и логаритмично разпределение на честотата в диапазона от 1 до 10 kHz. Хармоничното фазово разпределение е оптимизирано, за да минимизира върховия фактор на многотонален сигнал. Обща формавходният сигнал и неговата времева структура са показани на фигури 9а и 9b.

Спектрален (а) и времеви (б) изглед на многотонен сигнал

В изходния сигнал се разграничават хармонични и интермодулационни изкривявания от всички порядки. Пример за такова изкривяване за високоговорител е показано на фигура 10.

Често срещани продукти на нелинейно изкривяване при прилагане на многотонален сигнал

Многотоналният сигнал е много по-близък по структура до реалните музикални и речеви сигнали, той ви позволява да изберете много повече различни продуктинелинейно изкривяване (предимно интермодулация) и корелира по-добре със субективните оценки на качеството на звука на акустичните системи. С увеличаване на броя на компонентните хармоници този методви позволява да получавате повече и по-подробна информация, но в същото време изчислителните разходи се увеличават. Прилагането на този метод изисква допълнителни изследвания, по-специално разработването на критерии и приемливи стандарти за избраните продукти на нелинейни изкривявания от гледна точка на техните субективни оценки.
Други методи, като серията на Волтер, също се използват за оценка на нелинейното изкривяване в акустичните преобразуватели.
Въпреки това, всички те не дават ясна връзка между оценката на качеството на звука на преобразувателите (микрофони, високоговорители, акустични системи и др.) и нивото на нелинейните изкривявания в тях, измерени с някой от известните обективни методи. . Ето защо новият психоакустичен критерий, предложен в доклада на R. Gedds на последния конгрес на AES, представлява значителен интерес. Той изхожда от съображенията, че всеки параметър може да бъде оценен в обективни единици или може да бъде субективен критерий, например температурата може да бъде измерена в градуси или в усещания: студено, топло, горещо. Силата на звука може да се оцени по нивото на звуковото налягане в dB или можете - в субективни единици: фон, сън. Търсенето на подобни критерии за нелинейни изкривявания беше целта на неговата работа.
Както е известно от психоакустиката, слуховият апарат е фундаментално нелинейна система и нейната нелинейност се проявява както при високи, така и при ниски нива на сигнала. Причините за нелинейността са хидродинамичните процеси в кохлеята, както и нелинейната компресия на сигнала поради специален механизъм на удължаване на външните космени клетки. Това води до появата на субективни хармоници и комбинирани тонове при слушане на хармонични или общи хармонични сигнали, чието ниво може да достигне 15 ... 20% от нивото на входния сигнал. Следователно анализът на възприемането на продуктите от нелинейни изкривявания, създадени в електроакустични преобразуватели и предавателни канали в такава сложна нелинейна система като слуховия апарат, е сериозен проблем.
Друго фундаментално важно свойство на слуховата система е ефектът на маскиране, който се състои в промяна на праговете на слуха на един сигнал в присъствието на друг (маскир). Това свойство на слуховата система се използва широко в модерни системикомпресия звукова информациякогато се предава по различни канали (стандарти MPEG). Напредъкът, постигнат в намаляването на количеството предавана информация чрез компресия, използвайки свойствата на слуховото маскиране, предполага, че тези ефекти също са от голямо значение за възприемането и оценката на нелинейни изкривявания.
Установените закони на слуховото маскиране ни позволяват да твърдим, че:
- маскирането на високочестотните компоненти (разположени над честотата на сигнала-маскер) е много по-силно, отколкото в посоката на ниските честоти;
- маскирането е по-изразено за най-близките честоти (локален ефект, фигура 11);
- с увеличаване на нивото на маскиращия сигнал, зоната на неговото влияние се разширява, той става все по-асиметричен и се измества към високите честоти.

От това можем да приемем, че при анализиране на нелинейни изкривявания в слуховата система се спазват следните правила:
- нелинейните продукти на изкривяване над основната честота са по-малко важни за възприятието (те са по-добре маскирани), отколкото нискочестотните компоненти;
- колкото по-близо до основния тон са продуктите на нелинейното изкривяване, толкова по-вероятноче ще станат невидими и няма да имат субективно значение;
- допълнителните нелинейни компоненти, произтичащи от нелинейността, могат да бъдат много по-важни за възприемането при ниски нива на сигнала, отколкото при високи. Това е показано на фигура 11.

Маскиращи ефекти

Наистина, с увеличаване на нивото на основния сигнал, зоната на неговото маскиране се разширява и в него попадат все повече и повече продукти на изкривяване (хармоници, общи и диференциални изкривявания и др.). При ниски нива тази зона е ограничена, така че продуктите от изкривяване от висок порядък ще бъдат по-чуваеми.
При измерване на нелинейни продукти върху чист тон, преобразувателите произвеждат главно хармоници с честота, по-висока от основния сигнал n f. Въпреки това, ниски хармоници с честоти (1/n)·f могат да се появят и в високоговорителите. При измерване на интермодулационното изкривяване (както при използване на два сигнала, така и при използване на многотонални сигнали) възникват продукти на изкривяване с пълна разлика - както над, така и под основните сигнали m f1 ± n f2.
Като вземем предвид изброените свойства на слуховото маскиране, можем да направим следните изводи: продуктите от нелинейни изкривявания от по-високи порядъци могат да бъдат по-чуваеми от продуктите от по-ниски порядъци. Например, практиката при проектиране на високоговорители показва, че хармониците, по-високи от петата, се възприемат като много по-неприятни от втората и третата, дори ако техните нива са много по-ниски от тези на първите два хармоника. Обикновено появата им се възприема като тракане и води до отказ от високоговорители в производството. Появата на субхармоници на половин и под честоти също веднага се забелязва от слуховата система като обертон, дори при много ниски нива.
Ако редът на нелинейност е нисък, тогава с увеличаване на нивото на входния сигнал допълнителните хармоници могат да бъдат маскирани в слуховата система и да не се възприемат като изкривявания, което се потвърждава от практиката на проектиране на електроакустични преобразуватели. Системите от високоговорители с ниво на нелинейно изкривяване от 2% могат да бъдат високо оценени от слушателите. В същото време добрите усилватели трябва да имат ниво на изкривяване от 0,01% или по-малко, което очевидно се дължи на факта, че Акустични системисъздават продукти на изкривяване от нисък порядък, а усилвателите създават много по-високи.
Продуктите от хармонично изкривяване, които се появяват при ниски нива на сигнала, могат да бъдат много по-чуваеми, отколкото при високи нива. Това на пръв поглед парадоксално твърдение може да бъде и от практическо значение, тъй като нелинейните изкривявания в електроакустичните преобразуватели и пътища могат да възникнат и при ниски нива на сигнала.
Въз основа на горните съображения Р. Гедс предложи нов психоакустичен критерий за оценка на нелинейните изкривявания, който трябваше да отговаря на следните изисквания: да бъде по-чувствителен към изкривявания от по-висок порядък и да бъде по-важен за ниски нива на сигнала.
Проблемът беше да се покаже, че този критерий е по-съвместим със субективното възприемане на нелинейно изкривяване, отколкото понастоящем приетите методи за оценка: факторът на хармонично изкривяване и факторът на интермодулационно изкривяване на двутонални или многотонални сигнали.
За тази цел бяха проведени поредица от субективни изследвания, организирани по следния начин: тридесет и четири експерти с тествани прагове на слуха (средна възраст 21 години) участваха в голяма поредица от експерименти за оценка на качеството на звука на музикални пасажи (напр. мъжки вокали със симфонична музика), в който са въведени различни видове нелинейни изкривявания. Това беше направено чрез "конволюция" на тествания сигнал с нелинейните трансферни функции, присъщи на преобразувателите различни видове(високоговорители, микрофони, стерео телефони и др.).
Първоначално синусоидалните сигнали се използват като стимули, тяхната "конволюция" се извършва с различни трансферни функции и се определя коефициентът на хармонично изкривяване. След това бяха използвани два синусоидални сигнала и бяха изчислени коефициентите на интермодулационно изкривяване. Накрая, новопредложеният коефициент Gm беше определен директно от дадените трансферни функции. Несъответствията се оказаха много значителни: например за една и съща предавателна функция THD е 1%, Kim е 2,1%, Gm е 10,4%. Тази разлика е физически обяснима, тъй като Ким и Гм вземат предвид много повече продукти от нелинейно изкривяване от висок порядък.
Слуховите експерименти бяха проведени на стерео телефони с диапазон от 20 Hz ... 16 kHz, чувствителност 108 dB, макс. SPL 122 dB. Субективната оценка беше дадена по седемстепенна скала за всяко музикално произведение, вариращо от „много по-добро“ от референтното парче (т.е. музикално произведение, „навито“ с линейна трансферна функция) до „много по-лошо“. Статистическа обработкаРезултатите от слуховата оценка позволиха да се установи доста висок коефициент на корелация между средните стойности на субективните оценки и стойността на коефициента Gm, който се оказа 0,68. В същото време за SOI беше 0,42, а за Ким - 0,34 (за тази серия от експерименти).
По този начин връзката на предложения критерий със субективните оценки на качеството на звука се оказа значително по-висока, отколкото за други коефициенти (Фигура 12).

Връзка между Gm коефициента и субективните оценки

Експерименталните резултати също показаха, че електроакустичен преобразувател с Gm по-малко от 1% може да се счита за доста задоволителен по отношение на качеството на звука в смисъл, че нелинейните изкривявания в него са практически нечуваеми.
Разбира се, тези резултати все още не са достатъчни, за да заменят предложения критерий с параметрите, налични в стандартите, като коефициента на хармонично изкривяване и коефициента на интермодулационно изкривяване, но ако резултатите се потвърдят в по-нататъшни експерименти, тогава може би това е точно какво ще се случи.
Търсенето на други нови критерии също продължава активно, тъй като несъответствието между съществуващите параметри (особено фактора на хармонично изкривяване, който оценява само първите два хармоника) и субективното качество на звука става все по-очевидно с подобряването на цялостното качество на аудио оборудването.
Очевидно по-нататъшните начини за решаване на този проблем ще вървят в посока на създаване компютърни моделислухова система, като се вземат предвид нелинейните процеси и маскиращите ефекти в нея. Институтът за комуникационна акустика в Германия работи в тази област под ръководството на D. Blauert, за което вече беше писано в статия, посветена на 114-ия конгрес на AES. С помощта на тези модели ще бъде възможно да се оцени чуваемостта на различни видове нелинейни изкривявания в реални музикални и речеви сигнали. Въпреки това, докато те все още не са създадени, оценките на нелинейните изкривявания в оборудването ще бъдат направени с помощта на опростени методи, които са възможно най-близки до реалните слухови процеси.

Ако на входа на усилвателя се подаде синусоидално напрежение, тогава усиленото напрежение на изхода няма да бъде синусоидално, а по-сложно. Състои се от поредица от прости синусоидални трептения - основните и висшите хармоници. По този начин усилвателят добавя допълнителни хармоници, които не присъстват на входа на усилвателя.

Фиг.2 - Нелинейни изкривявания

Фигура 2 показва синусоидалното напрежение на входа на усилвателя Uin и изкривеното несинусоидално напрежение на изхода Uout. В този случай усилвателят въвежда втория хармоник. На графиката на напрежението Uout пунктираната линия показва полезния първи хармоник (основно трептене), който има същата честота като входното напрежение, и вредния втори хармоник с два пъти по-висока честота. Изходно напрежениее сумата от тези два хармоника.
Изкривявания във формата на усилени вибрации, т.е. добавянето на излишни хармоници към основната форма на вълната се нарича нелинейно изкривяване. Те се проявяват във факта, че звукът става дрезгав, тракащ. За оценка на нелинейното изкривяване се използва коефициентът на нелинейно изкривяване kH, който показва какъв процент от всички ненужни хармоници, създадени от самия усилвател, по отношение на основното трептене 1
Ако kn е по-малко от 5%, т.е. ако хармониците, добавени от усилвателя, съставляват не повече от 5% от първия хармоник, тогава ухото не забелязва изкривяването. С коефициент на нелинейно изкривяване над 10%, дрезгавостта и тракането вече развалят впечатлението за артистични предавания. Над 20% kH, изкривяването е неприемливо и дори речта става неразбираема.
Нелинейни изкривявания възникват и при усилване на вибрации със сложна форма при предаване на реч и музика. В този случай формата на усилените трептения също се изкривява и се добавят допълнителни хармоници. Самите сложни трептения се състоят от хармоници, които трябва да бъдат правилно възпроизведени от усилвателя. Те не трябва да се бъркат с допълнителните хармоници, които самият усилвател създава. Хармониците на входното напрежение са полезни, тъй като определят тембъра на звука, а хармониците, въведени от усилвателя, са вредни. Те създават нелинейни изкривявания.
Причините за нелинейното изкривяване в усилвателите са: нелинейността на характеристиките на лампите и транзисторите, наличието на ток на управляващата мрежа в лампите и магнитното насищане на ядрата на трансформатори или нискочестотни дросели. Значителни нелинейни изкривявания се създават и в високоговорители, телефони, микрофони, звукосниматели.
3. Други видове изкривяване. Наличието на реактивни съпротивления в усилващото устройство води до появата на фазови изкривявания. Фазовите отмествания между различните трептения на изхода на усилвателя не са същите като на входа. При възпроизвеждане на звуци тези изкривявания не играят роля, тъй като човешките слухови органи не ги усещат, но в някои случаи, например в телевизията, те имат вредно въздействие.
Всеки усилвател създава изкривяване динамичен диапазон. Той е компресиран, т.е. съотношението на най-силното към най-слабото трептене на изхода на усилвателя е по-малко, отколкото на входа. Това унищожава естествения звук. За да се намалят подобни изкривявания, понякога се въвежда специално устройство за разширяване на динамичния диапазон, наречено разширител. Компресията на динамичния диапазон също се среща в електроакустични устройства.

Основни параметри на усилвателите

Всеки усилвател, предназначен за обработка на биомедицински сигнали, може да бъде представен като активен четириполюсник (фиг. 1.1). Към входа на усилвателя е свързан източник на сигнал с EMF Eux и вътрешно съпротивление Ri. Във входната верига протича входен ток Iin, чиято стойност зависи от входното съпротивление на усилвателя Rin и вътрешното съпротивление на източника на сигнала. Поради спада на напрежението във вътрешното съпротивление на източника на сигнала, входното напрежение, което всъщност се усилва от усилвателя, се различава от EMF на източника на сигнал:

Фигура 1.1 - Еквивалентна схемаусилвател

Изходният ток на усилвателя е товарен ток Rn. Стойността на този ток зависи от изходното напрежение, което се различава от напрежението на празен ход kUin поради изходното съпротивление на усилвателя

За да се оценят свойствата на усилвателя, се въвеждат редица параметри.
- Коефициенти на напрежение и ток

Тези коефициенти показват колко пъти се променят стойностите на напрежението и тока на изхода в сравнение с входните стойности. Усилването на мощността може да се намери като

Всеки усилвател има K P >>1, докато усилването на тока и напрежението може да бъде по-малко от единица. Въпреки това, ако едновременно K I<1 и K U <1, устройство не может считаться усилителем.
Трябва да се отбележи, че повечето вериги на усилвателя съдържат реактивни елементи (капацитет и индуктивност), следователно в общия случай печалбата на усилвателя ще бъде сложна

Където ъгълът определя размера на фазовото изместване на сигнала, докато преминава от вход към изход.
Амплитудно-честотната характеристика (AFC) на усилвателя определя зависимостта на усилването от честотата на усиления сигнал. Приблизителен изглед на честотната характеристика на усилвателя е показан на фиг. 1.2. За печалба K 0 вземете максималната стойност на коефициента при така наречената "средна" честота. Две характерни точки на честотната характеристика определят понятието "широчина на честотната лента" на усилвателя. Честотите, при които усилването намалява с фактор 3 (или с 3 dB), се наричат ​​гранични честоти. На фиг. 1.2 f 1 е долната гранична честота f H, а f 2 е горната гранична честота на усилването (f B). Разлика:

F \u003d f B - f N

наречена честотна лента на усилвателя, която определя работния честотен диапазон на усилвателя.
Като цяло, честотната характеристика показва как амплитудата на изходния сигнал се променя с постоянна амплитуда на входния сигнал в честотния диапазон, докато се приема, че формата на вълната не се променя. За да се оцени промяната в усилването с промяна на честотата, се въвежда концепцията за честотно изкривяване

M H \u003d M B \u003d. Честотните изкривявания се класифицират като линейни, т.е. появата на които не води до изкривяване на формата на оригиналния сигнал.
По вид честотна характеристика усилвателите могат да бъдат разделени на няколко класа.
DC усилватели: f H \u003d 0 Hz, f B \u003d (103 3 - 108 8) Hz;
Аудиочестотни усилватели: f H \u003d 20 Hz, f B \u003d (15 - 20) 10 Hz;
Високочестотни усилватели: f H \u003d 20 * 103 Hz, f B \u003d (200 - 300) 103 3 Hz.
Теснолентови (селективни) усилватели. Отличителна черта на последните е, че практически усилват един хармоник от целия честотен спектър на сигнала и съотношението им на горната и долната гранична честота е:

Фигура 1. 2- Честотна характеристика на усилвателя

Амплитудната характеристика на усилвателя отразява характеристиките на промяната на големината на изходния сигнал при промяна на входа. Както се вижда от фиг. 1.3 изходното напрежение не е равно на нула (UOUT min) при липса на входно напрежение. Това се дължи на вътрешния шум на усилвателя, поради което минималната стойност на входното напрежение, което може да бъде приложено към входа на усилвателя, е ограничена и определя неговата чувствителност:

Значително увеличение на входното напрежение (точка 3) води до факта, че амплитудната характеристика става нелинейна и по-нататъшното увеличаване на изходното напрежение спира (точка 5). Това се дължи на насищането на етапите на усилвателя. Разглежда се приемлива стойност на входното напрежение, при която изходното напрежение не надвишава UOUTmax, което, както се вижда от фиг. 1.3, се намира на границата на линейния участък на амплитудната характеристика. Амплитудната характеристика определя динамичния обхват на усилвателя:

Понякога, за удобство, динамичният диапазон се изчислява в децибели, като:

Фигура 1. 3 - Амплитудна характеристика на усилвателя

Коефициентът на хармонично изкривяване (хармонично изкривяване) на един усилвател определя доколко формата на вълната на синусоидална форма на вълната е изкривена по време на усилване. Изкривяванията на сигнала означават, че наред с основния (първи) хармоник в неговия спектър се появяват хармоници от по-високи порядки. Въз основа на това коефициентът на нелинейно изкривяване може да се намери като:

където U i е хармоничното напрежение с номер i>1. Лесно се вижда, че при липса на висши хармоници в изходния сигнал K G = 0, т.е. синусоидален сигнал от входа към изхода се предава без изкривяване. Входният и изходният импеданс имат доста осезаем ефект върху работата на усилвателя. При усилване на променящи се или променливи съпротивителни сигнали могат да бъдат намерени като:

При постоянен ток тези параметри могат да се определят по опростени формули

При определяне на входните и изходните съпротивления трябва да се помни, че в някои случаи те могат да бъдат сложни поради реактивните елементи на веригата. В този случай може да възникне значително честотно изкривяване на сигнала, особено във високочестотния диапазон. Клетъчно укрепване: усилвател на клетъчния сигнал gsm.

Помислете за основните характеристики на усилвателите.

Амплитудната характеристика е зависимостта на амплитудата на изходното напрежение (ток) от амплитудата на входното напрежение (ток) (фиг. 9.2). Точка 1 съответства на напрежението на шума, измерено при Vin=0, точка 2 съответства на минималното входно напрежение, при което сигналът може да се различи на изхода на усилвателя на фона на шума. Сегмент 2–3 е работната област, където се поддържа пропорционалността между входното и изходното напрежение на усилвателя. След точка 3 се наблюдават нелинейни изкривявания на входния сигнал. Степента на нелинейното изкривяване се оценява чрез коефициента на нелинейност

изкривяване (или хармоници):

,

където U1m, U2m, U3m, Unm са съответно амплитудите на 1-ви (основен), 2-ри, 3-ти и n-ти хармоник на изходното напрежение.

Стойност характеризира динамичния обхват на усилвателя.

Ориз. 9.2. Амплитудна характеристика на усилвателя

Амплитудно-честотната характеристика (AFC) на усилвателя е зависимостта на модула на усилване от честотата (фиг. 9.3). Честотите fн и fв се наричат ​​долна и горна гранични честоти, а тяхната разлика

(fн–fв) – честотна лента на усилвателя.

Ориз. 9.3. Честотна характеристика на усилвателя

При усилване на хармоничен сигнал с достатъчно малка амплитуда не се получава изкривяване на формата на усиления сигнал. При усилване на сложен входен сигнал, съдържащ редица хармоници, тези хармоници не се усилват еднакво от усилвателя, тъй като реактивните съпротивления на веригата зависят по различен начин от честотата и в резултат това води до изкривяване на усиления сигнал.

Такива изкривявания се наричат ​​честотни изкривявания и се характеризират с коефициента на изкривяване на честотата:

Където Kf е модулът на усилване при дадена честота.

Коефициенти на честотно изкривяване

И те се наричат ​​съответно коефициенти на изкривяване на долната и горната граница на честотите.

Честотната характеристика може да бъде начертана и в логаритмична скала. В този случай се нарича LACHH (фиг. 9.4), усилването на усилвателя се изразява в децибели, а честотите се нанасят по абсцисната ос в декада (честотен интервал между 10f и f).

Ориз. 9.4. Логаритмична честотна характеристика

усилвател (LACH)

Обикновено за референтни точки се избират честоти, съответстващи на f=10n. Кривите на LAFC имат определен наклон във всяка честотна област. Измерва се в децибели на десетилетие.

Фазово-честотната характеристика (PFC) на усилвателя е зависимостта на фазовия ъгъл между входното и изходното напрежение от честотата. Типична фазова характеристика е показана на фиг. 9.5. Може да се начертае и в логаритмична скала.

В средночестотната област допълнителните фазови изкривявания са минимални. PFC ви позволява да оцените фазовите изкривявания, които се появяват в усилвателите по същите причини като честотните.

Ориз. 9.5. Фазово-честотна характеристика (PFC) на усилвателя

Пример за възникване на фазови изкривявания е показан на фиг. 9.6, която показва усилването на входен сигнал, състоящ се от два хармоника (пунктирана линия), които претърпяват фазови измествания по време на усилването.

Ориз. 9.6. Фазово изкривяване в усилвателя

Преходният отговор на усилвателя е зависимостта на изходния сигнал (ток, напрежение) от времето с рязко входно действие (фиг. 9.7). Честотата, фазата и преходните характеристики на усилвателя са уникално свързани помежду си.

Ориз. 9.7. Стъпкова реакция на усилвателя

Областта с висока честота съответства на преходна реакция в областта на късите времена, областта на ниските честоти съответства на преходна реакция в областта на дългите времена.

Според характера на усилените сигнали биват:

o Усилватели на непрекъснат сигнал. Тук процесите на установяване са пренебрегнати. Основната характеристика е честотното предаване.

o Усилватели на импулсни сигнали. Входният сигнал се променя толкова бързо, че преходните процеси в усилвателя са решаващи при намирането на формата на изходната вълна. Основната характеристика е характеристиката на импулсния трансфер на усилвателя.

Според предназначението усилвателите се делят на:

o усилватели на напрежение,

o усилватели на ток,

o усилватели на мощност.

Всички те усилват мощността на входния сигнал. Въпреки това, самите усилватели на мощност трябва и са в състояние да доставят определената мощност на товара при висока ефективност.

1. Компилирайте програмни фрагменти в мнемокодове и машинни кодове за следните операции:

INЦялата история на възпроизвеждането на звука еволюира от опитите да се доближи илюзията до оригинала. И въпреки че пътят е изминат, той все още е много, много далеч от пълното доближаване до живия звук. Разликите в множество параметри могат да бъдат измерени, но доста остават извън полезрението на хардуерните разработчици. Една от основните характеристики, на които потребителят при всеки препарат винаги обръща внимание е коефициент на нелинейно изкривяване (THD) .

И каква е стойността на този коефициент сравнително обективно показва качеството на устройството? Нетърпеливият веднага може да намери опит за отговор на този въпрос в края. За останалото нека продължим.
Този коефициент, който също се нарича коефициент на пълно хармонично изкривяване, е процентното съотношение на ефективната амплитуда на хармоничните компоненти на изхода на устройството (усилвател, магнетофон и др.) Към ефективната амплитуда на основния честотен сигнал когато на входа на устройството се подаде синусоидален сигнал с тази честота. По този начин позволява да се определи количествено нелинейността на предавателната характеристика, която се проявява в появата в изходния сигнал на спектрални компоненти (хармоници), които отсъстват във входния сигнал. С други думи, има качествена промяна в спектъра на музикалния сигнал.

В допълнение към обективните хармонични изкривявания, присъстващи в звуковия звуков сигнал, има проблем с изкривявания, които липсват в реалния звук, но се усещат поради субективни хармоници, които се появяват в кохлеята при високи стойности на звуковото налягане. Човешкият слухов апарат е нелинейна система. Нелинейността на слуха се проявява в това, че когато синусоидален звук с честота f е изложен на тъпанчето, в слуховия апарат се генерират хармоници на този звук с честоти 2f, 3f и т.н. Тъй като тези хармоници не съществуват в основния въздействащ тон, те се наричат ​​субективни хармоници.

Естествено, това допълнително усложнява идеята за максимално допустимото ниво на хармоници в аудио пътя. С увеличаване на интензитета на първичния тон величината на субективните хармоници рязко нараства и дори може да надвиши интензитета на основния тон. Това обстоятелство дава основание за предположението, че звуците с честота под 100 Hz се усещат не сами по себе си, а поради създаваните от тях субективни хармоници, попадащи в честотния диапазон над 100 Hz, т.е. поради нелинеен слух. Физическите причини за произтичащите хардуерни изкривявания в различните устройства са от различно естество и приносът на всяка от тях към общото изкривяване на целия път не е еднакъв.

Изкривяванията на съвременните CD-плейъри имат много ниски стойности и са почти незабележими на фона на изкривяванията на други блокове. За акустичните системи най-значими са нискочестотните изкривявания, причинени от басовата глава, като стандартът определя изисквания само за втория и третия хармоник в честотния диапазон до 250 Hz. И за много добро звучене на високоговорителна система те могат да бъдат в рамките на 1% или дори малко повече. В аналоговите магнетофони основният проблем, свързан с физическата основа на записа върху магнитна лента, е третата хармоника, стойностите на която обикновено се дават в инструкциите за информация. Но максималната стойност, при която например винаги се правят измервания на нивото на шума, е 3% за честота от 333 Hz. Изкривяванията на електронната част на магнетофоните са много по-ниски.
Както при акустиката, така и при аналоговите магнетофони, поради факта, че изкривяванията са предимно нискочестотни, тяхната субективна видимост значително намалява поради маскиращия ефект (който се състои в това, че по-високата честота се чува по-добре от двама едновременно звукови сигнали).

Така че основният източник на изкривяване във вашия път ще бъде усилвателят на мощността, в който от своя страна основната е нелинейността на преносните характеристики на активните елементи: транзистори и вакуумни тръби, а в трансформаторните усилватели не- добавя се и линейно изкривяване на трансформатора, свързано с нелинейността на кривата на намагнитване. Очевидно, от една страна, изкривяването зависи от формата на нелинейността на предавателната характеристика, но също и от естеството на входния сигнал.

Например реакцията на предаване на усилвател с меко отрязване при големи амплитуди няма да причини изкривяване за синусоидални сигнали под нивото на отрязване и когато сигналът нараства над това ниво, изкривяванията се появяват и ще се увеличават. Този характер на ограничението е присъщ главно на ламповите усилватели, което до известна степен може да послужи като една от причините за предпочитането на такива усилватели от слушателите. И тази характеристика беше използвана от NAD в серия от техните сензационни усилватели с "мека граница", произведени от началото на 80-те години: възможността за включване на режима със симулирано изрязване на тръба създаде голяма армия от фенове на транзисторните усилватели на NAD.
За разлика от това, характеристиката на централно изрязване (прорез) на усилвателя, която е често срещана при транзисторните модели, ще изкриви музикалните и малките синусоидални сигнали и ще намалее с увеличаване на нивото на сигнала. По този начин изкривяването зависи не само от формата на предавателната характеристика, но и от статистическото разпределение на нивата на входния сигнал, което за музикалните програми е близко до шумовия сигнал. Следователно, в допълнение към измерването на SOI с помощта на синусоидален сигнал, е възможно да се измерят нелинейните изкривявания на усилващите устройства, използвайки сумата от три синусоидални или шумови сигнала, които в светлината на гореизложеното дават по-обективна картина на изкривяването.

За извършване на този анализ е необходимо следното:

1. Променете източника на входен сигнал AC Voltage на Pulse Voltage и задайте параметрите, показани на фигурата.

2. При самия анализ следва да се установи следното:

Ориз. единадесет

След като анализираме получената графика, оценяваме изкривяването на импулса:

1) Предно напрежение? f ~ 1 V, то не надвишава 4% от U nom и е добър индикатор за качеството на този усилвател.

2) Скорост на нарастване на изходното напрежение U~ 2 V/µs и време на нарастване

t Ф ~ 10 μs, което заедно е добър показател за качеството на нарастване на изходния сигнал в този усилвател.

3) Усилвателят също има добри характеристики на задния фронт на импулса, които са подобни на характеристиките на предния фронт.

Хармоничен коефициент

Нелинейните изкривявания се причиняват от преминаването на сигнал през елементи, които имат нелинейни характеристики, например през транзистори, в резултат на което формата на вълната се изкривява и нейният спектрален състав се променя. Тъй като усилвателят въвежда нелинейни изкривявания, на изхода му се появяват нови компоненти (хармоници), които липсват на входа, което води до изкривяване на звуковия тембър. Количествената оценка на нелинейното изкривяване е хармоничният коефициент Kg:

където R g -- общата мощност на хармониците; P 1 -- мощността на полезния сигнал.

От всички хармоници вторият и третият са най-интензивни. Останалите имат много по-малка мощност и имат малък ефект върху формата на изходния сигнал.

Хармоничното изкривяване на многостъпалния усилвател обикновено е близко до сумата от хармоничните изкривявания на отделните стъпала. Следователно, ако нелинейните изкривявания в предварителните етапи са съизмерими с изкривяванията в крайния етап, тогава общият хармоничен коефициент на пътя на възпроизвеждане на звука може да бъде оценен по формулата:

Въпреки това, коефициентът Kg дава непълна представа за нелинейните изкривявания в усилвателя, тъй като не взема предвид комбинираните честотни сигнали, произтичащи от смущения между отделните компоненти на сложно трептене. Най-забележимото нелинейно изкривяване, дължащо се на комбинирани честоти, които възникват, когато два или повече синусоидални сигнала се подават към усилвателя. Комбинационните честоти под формата f1-f2, f1-2f2, 2f1-f2 са особено забележими, тъй като те, като правило, не се съдържат в спектъра дори на сложен входен сигнал.

За висококачествени усилватели често се въвежда друг индикатор, който характеризира тяхната нелинейност - коефициентът на интермодулационно изкривяване Kim.i. При измерване на Kim.i към входа на усилвателя се подават две хармонични трептения с честоти: f1 \u003d 50 ... 100 Hz и f 2 \u003d 5 ... 10 kHz с амплитудно съотношение Uin (f1) / Uin (f2) \u003d 4/1- Коефициентът Kim.i е равен на съотношението на амплитудата на изходното напрежение на разликата в честотата f 2 --f 1 към амплитудата на изходното напрежение на честотата f 1:

Ориз. 12.

Валидна стойност Kim.i<0,1 ... 1%.

Нелинейното изкривяване значително зависи от амплитудата на сигнала, приложен към входа. На фиг. 12 показва естеството на зависимостта на коефициента Km от мощността на изхода на усилвателя. Тази крива е основната характеристика за оценка на нелинейното изкривяване. Той също така служи за определяне на максималната полезна мощност на усилвателя за даден Kg.

Хармоничният коефициент се задава, като правило, за голямо ниво на входния сигнал. Транзисторните усилватели на мощност се характеризират с увеличаване на нелинейните изкривявания при много ниски нива на входния сигнал, което се причинява от "стъпкови" или "централни изкривявания". Следователно, за пълна оценка на качеството на усилвателя, е препоръчително да се контролира Kg и при ниски нива на входните сигнали.

По принцип нелинейните изкривявания възникват в крайните и предтерминалните етапи. При крайните усилватели въведените нелинейни изкривявания са различни при различните честоти. В областта на граничните честоти на лентата на пропускане те нарастват (при постоянна амплитуда на входния сигнал). Това се дължи на реактивния характер на съпротивлението на натоварване на крайните транзистори и свързаната с това промяна във формата на динамичния отговор при крайните честоти на лентата на пропускане.

Допустимото нелинейно изкривяване зависи от предназначението на усилвателя. Така че, в AF усилватели, използвани в радиоразпръскване и битово звуковъзпроизвеждащо оборудване, хармоничният коефициент съгласно GOST 11157-74 трябва да бъде 1 ... 2%. В висококачествено професионално оборудване K g<0,05%.

През последните години параметрите на висококачественото оборудване за възпроизвеждане на звук се подобриха драстично. Особено забележима е тенденцията към намаляване на нелинейните изкривявания. Появиха се AF усилватели, при които коефициентът Kg<0,0005%. Достижение чрезвычайно малых нелинейных искажений связано с применением большого количества транзисторов с высоким коэффициентом усиления и установлением глубокой ООС. Последнее обстоятельство приводит к ухудшению динамических (скоростных) характеристик, заключающемуся в том, что резкий скачок напряжения на выходе запаздывает по отношению к вызывающему его скачку на входе. Это приводит к "жесткому", "транзисторному" звучанию, исчезает мягкость, бархатистость звука при субъективном восприятии музыкальной программы.

Проблемът с видимостта на хармоничния коефициент в диапазона от 1 ... 0,0005% няма недвусмислено тълкуване. Може да се твърди само, че ако се получат малки нелинейни изкривявания и те не се постигат поради влошаване на други параметри на усилвателя, тогава това показва съвършенството на усилващия път.

Въпреки това, трябва да се отбележи, че тестването на усилватели със свръхниско нелинейно изкривяване поставя много високи изисквания към нелинейното изкривяване на източника на тестов сигнал. Най-добрите битови звукови генератори от типа GZ-102 осигуряват Kg от най-малко 0,05%, т.е. те имат същия порядък на величината като в нелинейните изкривявания, въведени от самия усилвател. Разделителната способност на измервателите на нелинейни изкривявания S6-5 също варира от 0,02 до 0,03%. Следователно точните измервания на ултрамалки нелинейни изкривявания са много трудни.

За тестване на ултралинейни усилватели трябва да се използват прецизни звукови генератори и спектрални анализатори. Добри резултати при оценката на ултрамалките нелинейни изкривявания се дават чрез компенсационния метод.