СПОСОБ ОЦЕНКИ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК G01R23/18 

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при построении измерителей уровня частотных искажений, вносимых частотно-зависимыми устройствами, например усилителями аудиосигналов.

Принятый в качестве прототипа классический способ оценки частотных искажений, состоящий в определении нормированной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) Y(ω) четырехполюсника [Розенберг В.Я. Радиотехнические методы измерения параметров процессов и систем. М.: Издательство комитета стандартов, мер и измерительных приборов, 1970, стр.123-124] позволяет судить о вносимых частотных искажениях по результатам измерения максимального отклонения функции Y(ω) от единицы. Так определяют неравномерность АЧХ, а количественной оценкой неравномерности и вносимых искажений является либо значение Y(ω), при котором выполняется условие |Y(ω)-1|=max, либо коэффициент частотных искажений . Оценка частотных искажений, полученная вышеуказанным образом, малоинформативна, так как не учитывается форма АЧХ, а определяются лишь точки, максимально удаленные от идеальной АЧХ, имеющей плоский вид. Относительное усиление - коэффициент усиления на частоте ω; К(ω₀) - коэффициент усиления на некоторой средней частоте ω₀), измеренное в определенных точках АЧХ, не может быть мерой вносимых искажений. Искажения спектра сигнала зависят не от коэффициента усиления К(ω_i) на какой-то отдельной частоте ω_i, для которой установлено, что K(ω_i) имеет в этой точке минимальное или максимальное значение, а зависят от вида функции К(ω), которая и показывает, как меняется весь амплитудный спектр сигнала после прохождения исследуемого четырехполюсника.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении информативности оценки частотных искажений, вносимых четырехполюсником в исходный сигнал.

Технический результат достигается тем, что в способе оценки частотных искажений (вариант 1) четырехполюсника, состоящий в определении нормированной амплитудно-частотной характеристики четырехполюсника, согласно изобретению каждое значение нормированной амплитудно-частотной характеристики уменьшают на единицу, затем из полученной величины выделяют ее абсолютное значение, полученную таким образом величину, являющуюся функцией частоты, интегрируют в пределах диапазона исследуемых частот, после чего измеряют значение величины, полученной в результате интегрирования, измеренное значение является оценкой частотных искажений.

Технический результат достигается тем, что в способе оценки частотных искажений (вариант 2) четырехполюсника, состоящем в определении нормированной амплитудно-частотной характеристики четырехполюсника, согласно изобретению каждое значение нормированной амплитудно-частотной характеристики логарифмируют, затем из полученной величины выделяют ее абсолютное значение, полученную таким образом величину, являющуюся функцией частоты, интегрируют в пределах диапазона исследуемых частот, после чего измеряют значение величины полученной в результате интегрирования, измеренное значение является оценкой частотных искажений.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фигуре приведены графики, иллюстрирующие способ по первому варианту. Фигура содержит график нормированной АЧХ Y(ω), представляющей собой пример АЧХ усилителя звуковых частот; постоянный уровень Y(ω₀)=1, равный относительному усилению на средней частоте ω₀ и представляющий собой идеальную АЧХ; график величины |Y(ω₀)-1|.

В качестве показателя оценки вносимых частотных искажений принят функционал ρ(Y(ω)), определяющий расстояние между сравниваемыми величинами Y(ω) и Y(ω₀)=1:

где [ω₁; ω₂] - диапазон рабочих частот исследуемого четырехполюсника.

Физическую суть величины ρ(Y(ω)) легко понять, если обратиться к фигуре. Суммарная площадь заштрихованных участков функции Y(ω), выбранных относительно идеального среднего уровня Y(ω₀), численно равна значению функционала ρ(Y(ω)), призванного учесть всю совокупность частотных искажений, зависящую как от размеров диапазона [ω₁; ω₂], так и от того, как сильно она отклонилась от уровня Y(ω₀)=1. Для практических расчетов значений ρ(Y(ω)) по известному виду Y(ω) удобно вычислять интеграл от модуля разницы Y(ω) и постоянного уровня Y(ω₀), как это показано в выражении (1). Таким образом задается последовательность действий над первичным сигналом, необходимая для получения оценки ρ(Y(ω)). Если в качестве первичного сигнала, несущего информацию об АЧХ исследуемого четырехполюсника, принять сигнал Y(t), отображающий функцию Y(ω) как развертку во времени, то для оценки уровня частотных искажений его следует уменьшить на единицу, затем выделить абсолютное значение от полученной разности и далее проинтегрировать в пределах действия этого сигнала [t₁, t₂]

Методы получения величины Y(t) повторяющей по форме кривую Y(ω), широко известны и отличаются простотой реализации. Например, при соединении выхода свип-генератора с входом исследуемого четырехполюсника, выход которого подключен ко входу амплитудного демодулятора, будет получен измеритель АЧХ, выходное напряжение которого - выходное напряжение демодулятора - будет определять форму АЧХ в некотором масштабе. Для получения на выходе демодулятора нормированной величины Y(t) выходной сигнал четырехполюсника следует предварительно промасштабировать (ослабить или усилить) таким образом, чтобы на частоте ω₀ его общий коэффициент усиления K(ω₀) составлял бы единицу, а значит

следовательно, дополнительно выполнять операцию деления для получения вышеуказанного отношения не потребуется. Что же касается масштаба по времени, то он определяется скоростью изменения частоты свип-генератора.

Второй вариант способа оценки частотных искажений отличается от первого тем, что сигнал Y(ω) или его отображение Y(t) до интегрирования логарифмируют. Критерием оценки в этом случае является функционал

Операция логарифмирования исключает необходимость вычисления разности в подынтегральном выражении и, кроме того, позволяет выразить результат в общепринятых единицах относительного усиления - децибелах.

По аналогии с применяемым в теории усилителей термином - площадь усиления, функционалы, выражаемые (1) и (2), можно было бы считать площадью частотных искажений. Минимуму искажений должен соответствовать минимум указанных функционалов, а выполнение условия ρ(Y(ω))=0 отвечает идеальной ситуации полного отсутствия частотных искажений.

Измерение площади частотных искажений, например, в усилителях аудиосигналов, в отличие от общепринятой оценки неравномерности АЧХ позволяет дать не формальную оценку отклонения АЧХ от идеальной, а получить количественный показатель, связанный с психофизиологическими особенностями слухового восприятия. Учет общих размеров, в частности ширины, возможных провалов и подъемов АЧХ, позволяет связать степень заметности частотных искажений с их объективной технической оценкой, измеренной как значение функционала ρ(Y(ω)). Причем следует подчеркнуть, что зависимость частотных искажений от ширины полос, для которых Y(ω)≠1, установлена достаточно давно [Глухов А.А. Основы звукового вещания. М.: Связь, 1977, стр.38-39] и известно, что если относительно широкие спектральные полосы провалов или подъемов АЧХ вызывают соответствующие субъективные ощущения уже при уровне в 5 дБ, то узкие пики и провалы даже при уровне в 15 дБ не всегда могут быть заметны на слух.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике оценки гармонических искажений в усилительных каскадах. Технический результат - повышение информативности. Для достижения данного результата каждое значение нормированной амплитудно-частотной характеристики уменьшают на единицу, затем из полученной величины выделяют ее абсолютное значение. Полученную величину, являющуюся функцией частоты, интегрируют в пределах диапазона исследуемых частот. После чего измеряют значение величины полученной в результате интегрирования. При этом измеренное значение является оценкой частотных искажений. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ оценки частотных искажений (вариант 1) четырехполюсника, состоящий в определении нормированной амплитудно-частотной характеристики четырехполюсника, отличающийся тем, что каждое значение нормированной амплитудно-частотной характеристики уменьшают на единицу, затем из полученной величины выделяют ее абсолютное значение, полученную таким образом величину, являющуюся функцией частоты, интегрируют в пределах диапазона исследуемых частот, после чего измеряют значение величины, полученной в результате интегрирования, измеренное значение является оценкой частотных искажений.2. Способ оценки частотных искажений (вариант 2) четырехполюсника, состоящий в определении нормированной амплитудно-частотной характеристики четырехполюсника, отличающийся тем, что каждое значение нормированной амплитудно-частотной характеристики логарифмируют, затем из полученной величины выделяют ее абсолютное значение, полученную таким образом величину, являющуюся функцией частоты, интегрируют в пределах диапазона исследуемых частот, после чего измеряют значение величины, полученной в результате интегрирования, измеренное значение является оценкой частотных искажений.