СПОСОБ ОЦЕНКИ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G01R23/16 

Описание патента на изобретение RU2308042C2

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 способ оценки частотных искажений, состоящий в подаче на вход исследуемого четырехполюсника тестового шумового сигнала и определении максимального отклонения огибающей спектра выходного сигнала от горизонтальной прямой [Прокофьев В. Г., Пахарьков Г. Н. Зарубежная бытовая радиоэлектронная аппаратура: Справочник. М.: Радио и связь, 1988, стр.22; Yamaha EQ-550. Natural sound stereo graphic equalizer. Owner's manual, 1999, стр.9], малоинформативен, так как не учитывается форма АЧХ, а определяются лишь точки, максимально удаленные от идеальной АЧХ. Относительное усиление - коэффициент усиления на частоте ω; K(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 K(ωi) на какой-то отдельной частоте ωi, для которой установлено, что K(ωi), имеет в этой точке минимальное или максимальное значение, а зависят от вида функции K(ω), которая и показывает, как меняется весь амплитудный спектр сигнала после прохождения исследуемого четырехполюсника.

Устройство реализующее способ-прототип состоит из генератора тестового сигнала и спектроанализатора, выход которого является информационным выходом, служащим для отображения спектра выходного сигнала, тестовым выходом устройства служит выход генератора тестового сигнала, а тестовым входом служит вход спектроанализатора [Прокофьев В.Г., Пахарьков Г.Н. Зарубежная бытовая радиоэлектронная аппаратура: Справочник. М.: Радио и связь, 1988, стр.22; Yamaha EQ-550. Natural sound stereo graphic equalizer. Owner's manual, 1999, стр.9]. Недостатки устройства определяются особенностями вышеописанного способа, главным из которых является малоинформативность.

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 четырехполюсника, состоящем в подаче на вход исследуемого четырехполюсника тестового шумового сигнала, согласно изобретению спектр выходного сигнала четырехполюсника делят на N+1 равных частотных полос, выделяют из спектра выходного сигнала опорный сигнал, занимающий одну из упомянутых полос, измеряют средневыпрямленное значение опорного сигнала и средневыпрямленные значения парциальных сигналов, соответствующих остальным N частотным полосам, определяют N разностей парциальных сигналов и опорного, находят среднеквадратическое значение полученных N разностей, оценкой частотных искажений является найденное среднеквадратическое значение, уменьшенное в число раз, равное измеренному средневыпрямленному значению опорного сигнала.

В частном случае опорный сигнал выбирают в полосе частот, располагающейся в средней части спектра выходного сигнала.

Технический результат достигается также тем, что в устройство для оценки частотных искажений, содержащее генератор шума, выход которого является тестовым выходом устройства, согласно изобретению введены блок измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала, блок измерения средневыпрямленных значений парциальных сигналов, группа вычитателей и функциональный преобразователь, выход которого является информационным выходом устройства, тестовым входом которого являются объединенные входы блока измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала и блока измерения средневыпрямленных значений парциальных сигналов, первые входы вычитателей подключены к соответствующим выходам блока измерения средневыпрямленных значений парциальных сигналов, вторые входы вычитателей объединены и подключены к выходу блока измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала, выходы вычитателей и блока измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала подключены к соответствующим входам функционального преобразователя.

В частном случае блок измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала состоит из полосового фильтра и измерителя средневыпрямленного значения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, вход которого является входом блока, выходом которого является выход измерителя средневыпрямленного значения.

В частном случае блок измерения средневыпрямленных значений парциальных сигналов состоит из линейки полосовых фильтров и линейки измерителей средневыпрямленных значений, входы которых соединены с выходами соответствующих полосовых фильтров, входы которых объединены и являются входом блока, выходами которого являются выходы измерителей средневыпрямленных значений.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг.1 приведен график, иллюстрирующий принцип измерения частотных искажений. На фиг.2 показана функциональная схема устройства для оценки частотных искажений.

Фиг.1 содержит пример спектра G(ω) выходного сигнала исследуемого четырехполюсника 2, занимающего участок от ωmin до ωmax, который поделен на 11 равных частотных полос шириной Δω=Δω1=Δω2=...=Δω0=...=Δω10, сигнал в каждой из которых имеет средневыпрямленное значение U(Δω1), U(Δω2), ...U(Δω0), ...U(Δω10) соответственно. U(Δω0)=U0.

Функциональная схема по фиг.2 содержит генератор 1 шума, тестируемый усилитель 2 с подключенной нагрузкой RL, блок 3 измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала, блок 4 измерения средневыпрямленных значений парциальных сигналов, группу 5 вычитателей и функциональный преобразователь 6. Выход генератора 1 соединен с входом тестируемого усилителя 2, выход которого соединен с объединенными входами блоков 3 и 4, первые входы вычитателей 5-1÷5-N подключены к соответствующим выходам блока 4, вторые входы вычитателей 5-1÷5-N объединены и подключены к выходу блока 3, выходы вычитателей 5-1÷5-N и блока 3 подключены к соответствующим входам функционального преобразователя 6, выход δ которого является информационным выходом устройства.

Блок 3 измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала состоит из полосового фильтра 7 и измерителя 8 средневыпрямленного значения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра 7, вход которого является входом блока 3, выходом которого является выход измерителя 8.

Блок 4 измерения средневыпрямленных значений парциальных сигналов состоит из линейки полосовых фильтров 9-1÷9-N и линейки измерителей 10-1÷10-N средневыпрямленных значений, входы которых соединены с выходами соответствующих полосовых фильтров 9, входы которых объединены и являются входом блока 4, выходами которого является выходы измерителей 10.

В основе способа лежит идея сравнения средневыпрямленных значений сигналов, соответствующих различным участкам спектра выходного сигнала, в предположении, что спектр входного сигнала имеет постоянную спектральную плотность. Критерием оценки служит относительная величина δ, показывающая как отличаются средневыпрямленные значения U(Δωn) парциальных сигналов от средневыпрямленного значения U0 опорного

где Δωn - полоса частот, которую занимает n-ый парциальный сигнал;

n=1...N (N - целое натуральное число).

При отсутствии частотных искажений для всех n выполняется равенство

U(Δωn)-U0=0,

следовательно, δ=0. Отклонение АЧХ от горизонтальной прямой на любом из участков Δωn приведет к нарушению показанного равенства и результат δ будет отличным от нуля - случай наличия искажений. Причем с ростом неравномерности АЧХ увеличивается и δ.

Опорный сигнал выделяют из выходного сигнала исследуемого четырехполюсника путем назначения полосы частот Δω0 в пределах спектра G(ω) выходного сигнала, в которой по предположению и действует опорный сигнал (фиг.1). Выбор является сугубо условным. Полосу Δω0 можно выбрать как в средней части спектра G(ω), так и в любой другой, например, в аудиотехнике принято считать опорной полосу в окрестности 1 кГц (в той части частотного диапазона, где сигнал претерпевает минимальные изменения). Необходимым условием является лишь неизменность, при проведении измерений, полосы Δω0. Учитывая, что средневыпрямленное значение сигнала зависит от ширины полосы Δωn, то весь исследуемый частотный диапазон, при G(ω) - const для корректных сравнений, следует разбить на равные участки. Это обязательное условие, связанное со спектральными свойствами тестового сигнала, который в ограниченной полосе частот похож на белый шум. Количество полос N выбирают исходя из априорных сведений о вносимых искажениях и/или требуемой точности оценки искажений. Разумеется, с увеличением N возрастает и точность оценки. Однако увеличение числа полос N, ведущее к увеличению числа каналов измерения средневыпрямленных значений (фиг.2), должно быть обосновано. Например, в ситуации, когда исследуются цепи с монотонными спадами АЧХ на краях диапазона, вполне может оказаться достаточным и две полосы, охватывающие области спадов, плюс полоса опорного сигнала. Такой подход требует относительно небольших аппаратурных затрат и может с успехом использоваться для автоматизированного непрерывного слежения за состоянием многих применяемых на практике радиотехнических трактов, где, как правило, не требуется детальное исследование спектральных изменений, а необходимо лишь оценить, как в целом искажается сигнал.

Для реализации способа служит устройство (фиг.2), принцип действия которого предусматривает:

- подачу на вход исследуемого четырехполюсника 2 тестового шумового сигнала с выхода генератора 1;

- выделение при помощи полосового фильтра 7 опорного сигнала и измерение его средневыпрямленного значения U0 в измерителе 8;

- выделение в линейке полосовых фильтров 9 парциальных сигналов и измерение значений U(Δωn) в измерителях 10;

- получение разностей вида ΔUn=U(Δωn) - U0 в вычитателях 5;

- вычисление в функциональном преобразователе величины δ - критерия оценки искажений.

Каждый из полосовых фильтров линейки 9 настраивается на выделение полосы частот, соответствующей его порядковому номеру n согласно правилу: фильтр с полосой пропускания Δωn имеет центральную частоту ω0 (центральная частота делит полосу пропускания на две равные части). В примере, показанном на фиг.1, таких полос десять. Опорная полоса Δω0 (выделена штриховкой) с центральной частотой ω0 в число указанных полос не входит.

В функциональном преобразователе 6 величина δ вычисляется по формуле

где ΔUn - сигнал, поступающий с выхода вычитателя 5-n.

Функциональный преобразователь 6 может быть реализован как на базе микропроцессора, так и на базе запоминающего устройства, осуществляющего аппаратно-табличный способ вычислений. Последний вариант предпочтителен при небольшом количестве полос и узком диапазоне изменения измеряемых величин.

Похожие патенты RU2308042C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОЦЕНКИ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Аванесян Гарри Романович
RU2305289C2
СПОСОБ ОЦЕНКИ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Аванесян Гарри Романович
RU2315326C2
ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЛОЩАДИ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ 2006
  • Аванесян Гарри Романович
RU2310207C2
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ 2006
  • Аванесян Гарри Романович
RU2310208C2
СПОСОБ НАСТРОЙКИ ЗВУКОВОСПРОИЗВОДЯЩЕГО ТРАКТА 2005
  • Аванесян Гарри Романович
RU2297712C2
ПСИХОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССОР (АДАПТИВНЫЙ ЭКВАЛАЙЗЕР БЕЗ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ) 2003
  • Аванесян Г.Р.
RU2241305C1
СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2004
  • Аванесян Г.Р.
RU2266547C2
АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНЫХ СВОЙСТВ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА (ВАРИАНТЫ) 2004
  • Аванесян Г.Р.
RU2253873C2
ОДНОКАНАЛЬНЫЙ СТОХАСТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2003
  • Аванесян Г.Р.
RU2235339C1
АДАПТИВНЫЙ ЭКВАЛАЙЗЕР (ВАРИАНТЫ) 2004
  • Аванесян Гарри Романович
RU2279758C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 308 042 C2

Реферат патента 2007 года СПОСОБ ОЦЕНКИ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Способ оценки частотных искажений заключается в разделении спектра выходного сигнала на N+1 равных частотных полос. Выделяют из полученного спектра опорный сигнал в полосе частот, располагающейся в средней части спектра. Затем измеряют средневыпрямленное значение опорного сигнала и средневыпрямленные значения парциальных сигналов, соответствующих остальным N частотным полосам. Определяют N разностей парциальных сигналов и опорного, находят среднеквадратическое значение полученных N разностей. Полученное значение делят на значение опорного сигнала. Устройство содержит генератор шума, блоки измерения средневыпрямленных значений, группу вычитателей и функциональный преобразователь. Технический результат заключается в повышении информативности оценки частотных искажений, вносимых четырехполюсником в исходный сигнал. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 308 042 C2

1. Способ оценки частотных искажений четырехполюсника, состоящий в подаче на вход исследуемого четырехполюсника тестового шумового сигнала, отличающийся тем, что спектр выходного сигнала четырехполюсника делят на N+1 равных частотных полос, выделяют из спектра выходного сигнала опорный сигнал, занимающий одну из упомянутых полос, измеряют средневыпрямленное значение опорного сигнала и средневыпрямленные значения парциальных сигналов, соответствующих остальным N частотным полосам, определяют N разностей парциальных сигналов и опорного, находят среднеквадратическое значение полученных N разностей, оценкой частотных искажений является найденное среднеквадратическое значение, уменьшенное в число раз, равное измеренному средневыпрямленному значению опорного сигнала.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что опорный сигнал выбирают в полосе частот, располагающейся в средней части спектра выходного сигнала.3. Устройство для оценки частотных искажений, содержащее генератор шума, выход которого является тестовым выходом устройства, отличающееся тем, что в него введены блок измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала, блок измерения средневыпрямленных значений парциальных сигналов, группа вычитателей и функциональный преобразователь, выход которого является информационным выходом устройства, тестовым входом которого являются объединенные входы блока измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала и блока измерения средневыпрямленных значений парциальных сигналов, первые входы вычитателей подключены к соответствующим выходам блока измерения средневыпрямленных значений парциальных сигналов, вторые входы вычитателей объединены и подключены к выходу блока измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала, выходы вычитателей и блока измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала подключены к соответствующим входам функционального преобразователя.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок измерения средневыпрямленного значения опорного сигнала состоит из полосового фильтра и измерителя средневыпрямленного значения, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, вход которого является входом блока, выходом которого является выход измерителя средневыпрямленного значения.5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок измерения средневыпрямленных значений парциальных сигналов состоит из линейки полосовых фильтров и линейки измерителей средневыпрямленных значений, входы котороых соединены с выходами соответствующих полосовых фильтров, входы которых объединены и являются входом блока, выходами которого являются выходы измерителей средневыпрямленных значений.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2308042C2

ВЫЧИСЛИТЕЛЬ ОЦЕНКИ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ 2003
  • Аванесян Г.Р.
RU2251118C2
RU 2004115053 A1, 10.01.2005
RU 2003137023 A, 20.08.2004
Устройство для испытания на широкополосную случайную вибрацию 1977
  • Баширов З.А.
  • Баширова А.Г.
  • Мнекин Р.В.
  • Урецкий Я.С.
  • Клочко В.А.
  • Гречинский Д.А.
  • Рыгалин В.Г.
SU680412A1
Способ формирования спектра случайных вибраций и устройство для его осуществления 1980
  • Урецкий Ян Семенович
SU1249363A1
Узел соединения проводов линии электропередачи 1987
  • Липунцов Виктор Иванович
  • Распопов Игорь Борисович
  • Чудин Владимир Михайлович
  • Воронков Павел Макарович
SU1515229A1

RU 2 308 042 C2

Авторы

Аванесян Гарри Романович

Даты

2007-10-10Публикация

2006-04-20Подача