Minden, amit tudni akart a hangtorzításról – 2. rész

Ha sikerült megértened a hangtorzításról szóló első cikkben felvázolt fogalmakat, akkor ez egy darab torta. Ha nem, menj vissza, és olvass még egyet. Az első alkalommal kissé bonyolult lehet.

Torzításmentes hangelemzés

Ha egy audiokomponens, például erősítő vagy processzor specifikációit nézi, látnia kell a THD+N nevű specifikációt. A THD+N a Total Harmonic Distortion plus Noise rövidítése. A leírás alapján indokolt azt gondolni, hogy a torzítás megváltoztatja a készüléken áthaladó hullámforma alakját.

Az alábbi két grafikon egy viszonylag tiszta 1 kHz-es hangot mutat a frekvencia- és időtartományban:

A harmonikus torzítás pillantása

Ha egy tiszta 1 kHz-es szinuszhullámot rögzítünk hangsávként, és a frekvenciatartományból nézzük, látnunk kell egyetlen tüske az 1 kHz-es alapfrekvencián. Mi történik, ha egy folyamat torzítja ezt a jelet? 1,2 vagy 1,4 kHz lesz? Nem. A hagyományos torzítások nem szüntetik meg vagy mozgatják az alapfrekvenciát. De ez további frekvenciákat fog hozzáadni. Lehet, hogy van egy kis 2 kHz vagy 3 kHz, egy kicsi, de 5 kHz és egy kis 7 kHz. Minél több a harmonikus, annál több a „harmonikus torzítás”.

Látható, hogy a hullámformában néhány apró változás történt, miután néhány viszonylag gyenge minőségű berendezésen keresztül lejátszották és rögzítették. Mind az alacsony, mind a magas frekvenciájú rezgések hozzáadódnak az 1 kHz-es alaphanghoz.

Jelvágás

A legutóbbi cikkünkben említettük, hogy a négyszöghullám frekvenciatartalma végtelen, páratlan sorrendű harmonikusokat tartalmaz. Miért fontos megérteni a négyszöghullám frekvenciatartalmát, amikor hangról beszélünk? A válasz a jelkivágás megértésében rejlik.

Amikor elérjük audioberendezésünk AC feszültséghatárát, rossz dolgok történnek. A hullámforma megpróbálhat növekedni, de lapos foltot kapunk a hullámforma tetején és alján. Ha visszagondolunk arra, hogyan jön létre a négyszöghullám, akkor az alapfrekvencia végtelen harmonikusaira van szükség ahhoz, hogy egyesüljenek a négyszöghullám lapos tetejének és aljának kialakításához. Ez az idő-domain grafikon egy jelet mutat erős levágással.

Amikor levág egy hangjelet, négyszöghullámszerű viselkedést vezet be az audiojelbe. Egyre több magas frekvenciájú tartalmat ad hozzá, hogy kitöltse az alapfrekvencia feletti hiányosságokat. A vágás történhet felvételen, a forrásegységen belül, a forrásegység kimenetein, a processzor bemenetein, a processzoron belül, a processzor kimenetein, az erősítő bemenetein vagy a kimenetein. erősítő. Valószínű a rossz beállítások esélye, ez az egyik oka annak, hogy miért javasoljuk, hogy az audiorendszert szakemberrel telepítse és hangolja be.

Frekvenciatartalom

Kezdjük el elemezni egy vágott 1 kHz-es hullámforma frekvenciatartalmát. Megnézünk egy gyengéd klipet a frekvencia- és időtartományból, és egy kemény klipet ugyanebből a nézőpontból. Ebben a példában megadjuk azt a digitális interfészt, amelyet az OEM audiorendszer frekvenciaválaszának teszteléséhez használunk.

Íme ismét az eredeti 1 kHz-es hangjelünk frekvencia- és időtartomány-grafikonja. Az egyetlen hang a várható egyetlen tüskeként jelenik meg a frekvenciagrafikonon, és a hullámforma egyenletes az időtartomány grafikonján:

Alacsony torzítású elemzés

Az alábbi grafikonok a digitális interfészünk bemeneti szakaszában bekövetkezett vágás miatti torzulást mutatják be az audiojelben. Az időtartományban néhány kis lapos folt látható a hullámforma tetején. A frekvenciatartományban láthatja a további tartalmakat 2, 3, 4, 5, 6 kHz-en és azon túl. Ez a vágás vagy torzítás szintje könnyen meghaladná azt a szabványt, amelyet a CEA-2006A specifikáció lehetővé tesz a teljesítményerősítő mérésére. Hallhatja az 1 kHz-es hang változását, ha a levágás miatt további harmonikusokat adnak hozzá. A hang tiszta hangról savanyúra változik. Remek kísérlet végezni.

Nagy torzítások elemzése

Az alábbi grafikonok azt a felső határt mutatják, hogy milyen erősen tudjuk levágni a teszteszközünk bemenetét. Látható, hogy az 1 kHz-es szinuszhullám sokkal inkább négyszöghullámhoz hasonlít. Nincs sima, gördülő hullámforma, csak egy feszültség, amely az egyik végletből a másikba ugrik ugyanazon a frekvencián, mint az alapjelünk – 1 kHz. Frekvenciatartomány szempontjából jelentős harmonikusok vannak jelen az audiojelben. Nem szól túl jól, és attól függően, hogy ez hol fordul elő az audiojelben, a berendezés károsodásához vezethet. Tartsa szemmel azt a kis tüskét 2 kHz-en, 4 kHz-en és így tovább. Ezeket röviden elmagyarázzuk.

A hangtorzítás miatti berendezés károsodása

Nos, ez az egész fizika és elektromos elmélet itt kezd kifizetődni. Ha zenét hallgatunk, tudjuk, hogy az audiojel szinte végtelen számú különböző frekvenciából áll. A különböző hangszerek eltérő harmonikus frekvenciatartalommal rendelkeznek, és természetesen mindegyik sokféle hangot játszhat, néha egyszerre. Amikor elemezzük, láthatjuk, hogy mennyi minden történik.

Mi történik, ha elkezdjük levágni a zenei jelünket? Minden torzított hangjel harmonikusát megkapjuk. Képzelje el, hogy 1,0 kHz-es, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4 és 1,5 kHz-es szinuszhullámokat vág le egyszerre, különböző mennyiségben. Mindegyik harmonikus tartalmat ad a jelnek. Nagyon gyorsan sokkal több nagyfrekvenciás energiát adunk a jelhez, mint az eredeti felvételen volt.

Ha a hangszóróinkra gondolunk, jellemzően két-három frekvenciatartományra osztottuk feladataikat – mély, közép és magas. A példa kedvéért tegyük fel, hogy koaxiális hangszórót használunk 100 Hz-re beállított felüláteresztő keresztezéssel. A magassugárzók – audiorendszerünk legsérülékenyebb hangszórói – a passzív crossover hálózat értéke alapján adott mennyiségű, 4 kHz feletti audiotartalmat reprodukálnak. A magassugárzók teljesítménye arányos a zenével és azzal, hogy a középső hangszórónak mennyi energiát küldünk.

Ha bármely ponton elkezdjük torzítani az audiojelet, elkezdünk felharmonikusokat hozzáadni, ami több munkát jelent a magassugárzóknak. Hirtelen ez a durva, éles, torz hang és sok több energia kerül a magassugárzókra. Ha túllépjük a hőteljesítmény-kezelési határaikat, meghibásodnak. Valójában a felrobbant magassugárzók úgy tűnnek, mintha a mobilelektronikai iparban léteznének. De nem kellene.

Több torzítás

Az alábbiakban három, egyidejűleg lejátszott szinuszhullám frekvenciatartomány-grafikonja látható. A szinuszhullámok 750 Hz, 1000 Hz és 1250 Hz. Ez az eredeti lejátszási fájl, amelyet ehhez a teszthez hoztunk létre:

Miután lejátszottuk a három szinuszos sávot a számítógépünkön keresztül, és újra rögzítettük a digitális interfészünkön keresztül, íme, amit láttunk. Tisztázzuk:Ez a jel nem volt levágva:

Láthatod, hogy ez egy nagy rendetlenség. Amit látsz, intermodulációs torzításnak nevezzük. Két dolog történik. Az eredeti három frekvencia harmonikusait kapjuk. Ezeket az 1500, 2000 és 2500 Hz-es tüskék képviselik. A frekvenciák közötti különbség alapján zajt is kapunk. Ebben az esetben 250 Hz-es többszöröseket látunk – tehát 250 Hz, 500 Hz, 1500 Hz és így tovább. Gondolkoztál már azon, hogy egyes audioberendezések miért szólnak jobban, mint mások? Bingo!

Ahogy növeljük a felvételi szintet, elkezdjük a bemeneti áramkört a digitális interfészünkhöz rögzíteni, és még több magas frekvenciájú harmonikust hozunk létre. Ennek eredményét itt tekintheti meg:

Most pedig, hogy bemutassuk, mi történik egy összetett hangjel levágásakor, és hogy az emberek miért robbantják fel folyamatosan a magassugárzókat, íme ugyanaz a három szinuszos jel, amilyen keményen tudjuk a digitális interfészünkbe vágni:

5 kHz felett kiterjedt nagyfrekvenciás tartalmat láthat. Ne felejtsd el, hogy az eredeti felvételen soha nem volt információnk 1250 Hz felett. Képzeljen el egy modern tömörített zeneszámot szinte teljes spektrumú hanggal, kivágással lejátszva. A magas frekvenciájú tartalom őrültség lenne. Valóban nem csoda, hogy oly sok csodálatos kis magassugárzó életét adta a nem megfelelően konfigurált rendszerek miatt.

Néhány utolsó gondolat a hangtorzításról

Volt egy mítosz, miszerint egy hangjel levágása egyenfeszültséget termel, és ez az egyenfeszültség felmelegíti a hangszórók tekercseit, és meghibásodását okozza. Tekintettel arra, amit e cikk frekvenciatartomány-grafikonjain megvizsgáltunk, most már láthatja, hogy ez meglehetősen távol van az egyenáramú jeltől. Valójában ez egyszerűen csak egy nagy mennyiségű nagyfrekvenciás hangtartalom.

Az intermodulációs torzítás érzékeny téma. Csak nagyon kevés gyártó teszteli berendezését magas szintű intermodulációs torzításra. Ha egy komponens, például egy hangszóró vagy egy erősítő intermodulációs torzítást produkál, nincs mód megszabadulni tőle. Az egyetlen választása az, hogy jobb minőségű, jobban megtervezett termékre cseréli. Minden terméknek van némi torzulása. Hogy mennyivel tudsz együtt élni, az csak rajtad múlik.

Az audiojel levágása által okozott torzítás nagyon könnyen elkerülhető. Miután a telepítő befejezte a rendszer végső hangolását, meg tudja nézni a jelet a rendszer egyes összetevői között egy oszcilloszkópon, miközben a rendszer a maximális lejátszási szinten van. A feszültség felső határának ismeretében (legyen szó az audiolánc következő eszközéről vagy egy hangszóróról a maximális hőteljesítmény-kezelési képességek tekintetében), a telepítő beállíthatja a rendszer erősítési struktúráját, hogy elkerülje a jel megszakadásának vagy a túlmelegedésnek az esélyét. a beszélő. Az eredmény egy olyan rendszer, amely nagyszerűen hangzik, és évekig kitart, és nem áldozza fel a magassugárzókat az autóaudió isteneinek.

Ez volt a „Minden, amit tudni akartál az audiotorzításról” című kétrészes sorozatunk 2. része. Ha lemaradt volna, kattintson ide az 1. részért.