Vse, kar ste želeli vedeti o popačenju zvoka – 2. del

Če ste lahko razumeli koncepte, opisane v prvem članku o popačenju zvoka, bo ta del torta. Če ne, se vrnite in preberite še enkrat. Prvič je lahko nekoliko zapleteno.

Analiza nepopačenega zvoka

Ko gledate specifikacije za zvočno komponento, kot je ojačevalnik ali procesor, bi morali videti specifikacijo, imenovano THD+N. THD+N pomeni skupno harmonično popačenje plus šum. Na podlagi tega opisa je razumno misliti, da popačenje spremeni obliko valovne oblike, ki gre skozi napravo.

Spodnja grafa prikazujeta relativno čist ton 1kHz v frekvenčni in časovni domeni:

Pogled na harmonično popačenje

Če posnamemo čisti sinusni val 1 kHz kot zvočni posnetek in ga pogledamo iz frekvenčne domene, bi morali videti enojno konico na osnovni frekvenci 1 kHz. Kaj se zgodi, ko proces popači ta signal? Ali postane 1,2 ali 1,4 kHz? Ne. Konvencionalna popačenja ne bodo odpravila ali premaknila osnovne frekvence. Vendar pa bo dodal dodatne frekvence. Morda imamo malo 2 kHz ali 3 kHz, majhen, vendar 5 kHz in kanček 7 kHz. Več kot je harmonikov, več je "harmoničnega popačenja".

Vidite lahko, da je prišlo do nekaj majhnih sprememb valovne oblike po predvajanju in snemanju z opremo relativno nizke kakovosti. Nizkofrekvenčna in visokofrekvenčna nihanja so dodana osnovnemu tonu 1 kHz.

Izrezovanje signala

V našem zadnjem članku smo omenili, da je frekvenčna vsebina kvadratnega vala vključevala neskončno liho urejene harmonike. Zakaj je pomembno razumeti frekvenčno vsebino kvadratnega vala, ko govorimo o zvoku? Odgovor je v razumevanju izrezovanja signala.

Ko dosežemo mejo izmenične napetosti naše avdio opreme, se zgodijo slabe stvari. Valovna oblika se lahko poskuša povečati, vendar dobimo ravno mesto na vrhu in dnu valovne oblike. Če se spomnimo, kako nastane pravokotni val, je potrebnih neskončno število harmonikov osnovne frekvence, da se združijo, da ustvarijo ravni vrh in dno kvadratnega vala. Ta graf časovne domene prikazuje signal z močnim izrezovanjem.

Ko izrežete zvočni signal, zvočnemu signalu uvedete pravokotne valove. Dodajate vedno več visokofrekvenčnih vsebin, da zapolnite vrzeli nad osnovno frekvenco. Do izrezovanja lahko pride na posnetku, znotraj izvorne enote, na izhodih izvorne enote, na vhodih procesorja, znotraj procesorja, na izhodih procesorja, na vhodih ojačevalnika ali na izhodih ojačevalnik. Možnosti napačnih nastavitev so realne, kar je eden od mnogih razlogov, zakaj priporočamo, da vaš avdio sistem namesti in nastavi strokovnjak.

Frekvenčna vsebina

Začnimo analizirati frekvenčno vsebino izrezane valovne oblike 1 kHz. Nežen posnetek si bomo ogledali s frekvenčne in časovne domene ter trdi posnetek z enakega zornega kota. Za ta primer bomo zagotovili digitalni vmesnik, ki ga uporabljamo za testiranje frekvenčnega odziva avdio sistema OEM.

Tukaj so še enkrat grafi frekvenčne in časovne domene našega originalnega 1 kHz zvočnega signala. Posamezni ton se na frekvenčnem grafu prikaže kot pričakovana enojna konica, na grafu časovne domene pa je valovna oblika gladka:

Analiza nizkega popačenja

Spodnji grafi prikazujejo popačenje zvočnega signala zaradi izrezovanja v vhodni stopnji našega digitalnega vmesnika. V časovni domeni lahko vidite nekaj majhnih ravnih točk na vrhu valovne oblike. V frekvenčni domeni si lahko ogledate dodatne vsebine na 2, 3, 4, 5, 6 kHz in več. Ta stopnja izrezovanja ali popačenja bi zlahka presegla standard, ki ga dovoljuje specifikacija CEA-2006A za merjenje ojačevalnika moči. Slišite lahko spremembo v tonu 1 kHz, ko so zaradi izrezovanja dodani dodatni harmoniki. Zvok se spremeni iz čistega tona v kislega. To je odličen poskus za izvedbo.

Analiza visokega popačenja

Spodnji grafi prikazujejo zgornjo mejo, kako močno lahko strižemo vhod v našo testno napravo. Vidite lahko, da sinusni val 1 kHz izgleda veliko bolj kot kvadratni val. Ni gladke valovne oblike, le napetost, ki skače iz ene skrajnosti v drugo na isti frekvenci kot naš osnovni signal – 1 kHz. Z vidika frekvenčne domene so zdaj v zvočnem signalu prisotni pomembni harmoniki. Ne bo se slišalo zelo dobro in, odvisno od tega, kje se to zgodi v zvočnem signalu, lahko povzroči poškodbe opreme. Pazite na to majhno konico pri 2 kHz, 4 kHz in tako naprej. Te bomo takoj razložili.

Poškodba opreme zaradi popačenja zvoka

Tukaj se začneta obrestovati vsa ta fizika in električna teorija. Če poslušamo glasbo, vemo, da je zvočni signal sestavljen iz skoraj neskončnega števila različnih frekvenc. Različni instrumenti imajo različno harmonično frekvenčno vsebino in seveda lahko vsak igra veliko različnih not, včasih več naenkrat. Ko to analiziramo, vidimo, koliko se dogaja.

Kaj se zgodi, ko začnemo izrezovati svoj glasbeni signal? Dobimo harmonike vseh zvočnih signalov, ki so popačeni. Predstavljajte si, da izrezujete sinusne valove 1,0 kHz, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4 in 1,5 kHz, vse hkrati, v različnih količinah. Vsak doda signalu harmonično vsebino. Signalu zelo hitro dodamo veliko več visokofrekvenčne energije, kot je bilo v izvirnem posnetku.

Če pomislimo na naše zvočnike, smo njihove naloge običajno razdelili na dva ali tri frekvenčna območja – nizke tone, srednje tone in visoke tone. Zavoljo tega primera predpostavimo, da uporabljamo koaksialni zvočnik z našo visokofrekvenčno kretnico, nastavljeno na 100 Hz. Visokotonci – najbolj občutljivi zvočniki našega avdio sistema – reproducirajo določeno količino zvočne vsebine nad 4 kHz, ki temelji na vrednosti pasivnega kretniškega omrežja. Količina moči, ki jo dobijo visokotonci, je sorazmerna z glasbo in močjo, ki jo pošiljamo v srednjetonski zvočnik.

Če začnemo kadarkoli zvočni signal popačiti, začnemo dodajati harmonike, kar pomeni več dela za visokotonce. Nenadoma imamo ta oster, rezek, popačen zvok in veliko več energije se pošlje visokotoncem. Če presežemo njihove meje toplotne moči, bodo odpovedali. Pravzaprav se zdi, da so napihnjeni visokotonci življenjsko dejstvo v industriji mobilne elektronike. Vendar ne bi smeli biti.

Več izkrivljanja

Spodaj je graf frekvenčne domene treh sinusnih valov, ki se predvajajo hkrati. Sinusni valovi so pri 750 Hz, 1000 Hz in 1250 Hz. To je izvirna datoteka za predvajanje, ki smo jo ustvarili za ta preizkus:

Potem ko smo predvajali skladbo treh sinusnih valov prek našega računalnika in jo znova posneli prek našega digitalnega vmesnika, smo videli tole. Bodimo jasni:ta signal ni bil izrez:

Vidite lahko, da je prava zmeda. To, kar vidite, se imenuje intermodulacijsko popačenje. Dogajata se dve stvari. Dobivamo harmonike originalnih treh frekvenc. Te so predstavljene s konicami pri 1500, 2000 in 2500 Hz. Hrup dobimo tudi na podlagi razlike med frekvencami. V tem primeru vidimo večkratnike 250 Hz – torej 250 Hz, 500 Hz, 1500 Hz in tako naprej. Ste se kdaj vprašali, zakaj nekateri kosi avdio opreme zvenijo bolje kot drugi? Bingo!

Ko povečamo raven snemanja, začnemo pripenjati vhodno vezje na naš digitalni vmesnik in ustvarjamo še več visokofrekvenčnih harmonikov. Rezultate tega si lahko ogledate tukaj:

Zdaj, da pokažemo, kaj se zgodi, ko izrežete zapleten zvočni signal in zakaj ljudje kar naprej razstrelijo visokotonce, je tukaj isti signal s tremi sinusnimi valovi, ki je čim močneje izrezan v naš digitalni vmesnik:

Vidite lahko obsežno visokofrekvenčno vsebino nad 5 kHz. Ne pozabite – nikoli nismo imeli nobenih informacij nad 1250 Hz v izvirnem posnetku. Predstavljajte si sodobno stisnjeno glasbeno skladbo s skoraj polnim spektrom zvoka, predvajano z izrezki. Visokofrekvenčna vsebina bi bila nora. Resnično ni čudno, da je toliko neverjetnih malih tviterašev dalo svoja življenja zaradi neustrezno konfiguriranih sistemov.

Nekaj ​​zadnjih misli o popačenju zvoka

Obstaja mit, da izrezovanje zvočnega signala proizvaja enosmerno napetost in da ta enosmerna napetost segreva zvočne tuljave zvočnikov in povzroča njihovo odpoved. Glede na to, kar smo preučili v grafih frekvenčne domene v tem članku, lahko zdaj vidite, da je precej daleč od enosmernega signala. Pravzaprav gre preprosto za veliko visokofrekvenčne zvočne vsebine.

Intermodulacijsko popačenje je občutljiva tema. Zelo malo proizvajalcev celo testira svojo opremo na visoke stopnje intermodulacijskega popačenja. Če komponenta, kot je zvočnik ali ojačevalnik, ki jo uporabljate, povzroči intermodulacijsko popačenje, se tega ne morete znebiti. Vaša edina izbira je, da ga zamenjate s kakovostnejšim in bolje oblikovanim izdelkom. Vsak izdelek ima določeno količino popačenja. Koliko lahko živite, je odvisno od vas.

Popačenju, ki nastane zaradi izrezovanja zvočnega signala, se je zelo enostavno izogniti. Ko vaš inštalater dokonča končno nastavitev vašega sistema, lahko pogleda signal med posameznimi komponentami v vašem sistemu na osciloskopu, ko je sistem na najvišji ravni predvajanja. Če veste, kakšne so zgornje meje napetosti (naj bo to v naslednji napravi v zvočni verigi ali v zvočniku glede na njegovo največjo zmogljivost obdelave toplotne moči), lahko vaš inštalater prilagodi strukturo ojačitve sistema, da odpravi možnosti izrezovanja signala ali pregrevanja zvočnik. Rezultat je sistem, ki zveni odlično in bo trajal leta in leta ter visokotoncev ne bo žrtvoval bogovom avtomobilskega avdio sistema.

To je bil 2. del naše dvodelne serije o "Vse, kar ste želeli vedeti o popačenju zvoka". Če ste zamudili, kliknite tukaj za 1. del.