Zaloguj się
Wszystkie
30 grudnia 2025
14
Wytwarzane celowo zniekształcenia są w twórczy sposób stosowane przez muzyków. Zniekształcenia stanowią jednak na ogół cechę niepożądaną, a projektanci układów elektronicznych dokładają znacznych starań, by je zminimalizować. Poziom zniekształceń określa się zwykle (szczególnie w elektroakustyce) „współczynnikiem całkowitych zniekształceń harmonicznych” (THD).
Zniekształcenia i widmo
W części pierwszej artykułu omówiliśmy podstawowe mechanizmy powstawania zniekształceń, a także znaczenie analizy widmowej sygnału dla zrozumienia aspektów tego zjawiska. Przedstawiliśmy również aparat matematyczny używany do obliczania współczynnika THD. Krótko przypomnijmy, że widmo to wykres natężeń (amplitud lub mocy) składowych sygnału w funkcji częstotliwości.
Każdy przebieg okresowy można utworzyć poprzez zsumowanie zbioru fal sinusoidalnych o różnych częstotliwościach i amplitudach. Ta „suma fal sinusoidalnych” znana jest jako szereg Fouriera. Wykres widma sygnału okresowego składa się z prążków odpowiadających różnym częstotliwościom składowym. Czysta fala sinusoidalna jest jedynym sygnałem, którego widmo składa się tylko z pojedynczego prążka.
Gdy na wejście idealnego wzmacniacza podajemy falę sinusoidalną, widmo sygnału wyjściowego ma taki sam kształt jak widmo sygnału wejściowego – jest to pojedynczy prążek. Jedynie jego amplituda jest zmieniona z racji wzmocnienia wzmacniacza. W przypadku wzmacniacza nieidealnego (nieliniowego), na wyjściu będą obecne częstotliwości, których w sygnale wejściowym nie było. Obecność dodatkowych częstotliwości zmienia kształt przebiegu. Zmiana kształtu pokrywa się z intuicyjnym wyobrażeniem istoty zniekształceń. Nie oznacza to jednak, że każdą zmianę kształtu sygnału możemy utożsamiać ze zniekształceniami. Zmiana kształtu wystąpi również w przypadku niesinusoidalnych sygnałów wejściowych, przepuszczonych przez idealne, liniowe filtry. Przykładem może być „zaokrąglenie” sygnału prostokątnego przez filtr dolnoprzepustowy. Zmiana kształtu ma wtedy miejsce, ponieważ ulegają zmianie względne amplitudy prążków widma. Sygnał wyjściowy nie zawiera jednak żadnych nowych częstotliwości, których nie było w sygnale wejściowym.
Teoria omawiana w zeszłym odcinku wykazała, że w przypadku sygnału sinusoidalnego dodatkowe częstotliwości na wyjściu spowodowane zniekształceniami są całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości wejściowej, czyli harmonicznymi sygnału wejściowego. Jeśli dla sygnału wyjściowego obliczymy stosunek mocy składowej o częstotliwości wejściowej do mocy sumy wszystkich częstotliwości dodatkowych (spowodowanych zniekształceniami), to otrzymamy użyteczną informację o tym, jak duże zniekształcenia wytwarza układ. Ponieważ sumujemy wszystkie składowe harmoniczne, wielkość ta jest nazywana „współczynnikiem całkowitych zniekształceń harmonicznych”.
Jeśli sygnał wejściowy zawiera częstotliwości nieharmoniczne, efekty zniekształceń są bardziej złożone i obejmują sumy, różnice i inne kombinacje częstotliwości składowych. Takie zniekształcenia zwane są „zniekształceniami intermodulacyjnymi”.
Sygnały odpowiadające dźwiękom muzycznym prawie zawsze zawierają już jakieś składowe harmoniczne. Określają one barwę dźwięku (cechę inną niż wysokość czy natężenie). Zniekształcenia zmieniają proporcje harmonicznych dźwięku, a tym samym jego barwę. Skutkiem jest zazwyczaj dźwięk „bardziej zamglony”, „szorstki” czy „ostrzejszy”.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
