Способ измерения нелинейных искажений электрического сигнала и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01R23/20 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для выявления и оценки различных видов нелинейньк искажений в звукотехнической аппаратуре, в частности в предварительных усилителях и усилителях мощности.

Известен способ измерет1Я искажений сигнала, основанный на сравнении спектров входного и выходного сигналов устройства с использованием тестового сигнала, формируемого из реального сигнала lj .

Однако реализация способа требует создания сложных электронных устройств как для формирования тестового сигнала, так и для вьщеления получаемой информации, имеющих низкое быстродействие из-за необходимости ,компенсации амплитуды и фазы составляющих входного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения нелинейных искажений, заключающийся в разложении спектра сигнала на основную гармонику и гармоники высших порядков и- их сравнеНИИ 2.

. Известный способ реализуется с помощью устройства, содержащего генератор гармонических сигналов, кл&ьты для подключения объекта измерений, к одной из которых подключен конт-рольно-измерительный блок, состоящий из параллельно соединенных осщигллографа и измерительного блока 2J .

Недостатками известных способа и устройства для его осуществления являются невысокая разрешающая способность визуального наблюдения форм сигнала при измерениях показателей нелинейности высококачественной аппаратуры, что не дает возможности судить о характере нелинейности (центральная отсечка, двухсторонние ограничения и динамические искажения), и, кроме того, плохое соответствие данньж измерений и субъективных оценок нелинейности.

Цель изобретения - получение лучшего соответствия объективных и субъективных оценок нелинейных искажений повьшение разрешающей способности измерений и визуального контроля характера нелинейности.,

Поставленная цель достигается теМ что согласно способу измерения нелинейных искажений электрического сигнала , включающему разложение спектра сигнала на основную гармонику и гарМОНИКИ высших порядков и сравнение их интенсиБностей, перед разлохсением спектра сигнала на гармоники сигнал подвергают дифференцированию.

В устройство, содержащее генератор гармонических колеба-ний,клеммы для подключения объекта измере1ШЯ и контрольно-измерительный блок, состоящий из параллельно соединенных осциллографа и измерительного блока, 1eждy одной из клемм для подключения объекта измерения и входом контрольно-измерительного блока введен блок дифференцирования.

На чертеже показана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения нелинейных искажений электрического сигнала.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 гармонических колебаний, объект 2 измерения , блок 3 дифференцирования, к выходу которого подключен контрольно-измерительный блок 4, состояЕр-ш из параллельно соединенных осциллографа 5 и измерительного блока 6,

Сущность способа измерения заключается в следующем.

Если подать сигнал вида

5.H) ,cos(ot+Vo) fo

на вход объекта 2 измерения, нелинейность которого можно описать полиномом вида

k

: 5вь1х1)-«п5вД Ь () то выходной сигнал объекта 2 измерения искажается, т.е. в его спектре, кроме основной гармоники, содержатся гармоники высших порядков

5вм2(Ьа,5тб. + а2рт0хСО5

x(u)i-t4) r-.. + c(j,5((cA)Uwo)( 3)

Ограничивая полином (2) пятой степенью и выполняя указанные операции, получают

(, + ,,е, ,ftx |cis5 g,Vco5(ut+i4),-.§045,6,|Сов(а)1 + . i-co5 wi ,.4g-a45 g cos(4wt + t,)(,5и + ,со5(),)1 &rtMC.os t7wt с) V (ш Цз V ,+ (4cot + (5ut+V5) Э общем случае вьфажение для выходЙого сигнала объекта 2 измерения (2) Можно записать следующим образом k ebixzi bSo B cosCnut Vn) (5) где Sjj - постоянная составляющая; п - номер гармоники; , - амплитуда п-й гармоники; начальная фаза п-й гармони Выражения для определения частич ных и суммарного козффициентов гарм ник, получаемых известным способом, имеют вид В предлагаемом способе выходной сигнал объекта 2 измерения предварительно дифференцируется, при этом продифференцированный сигнал имеет вид , jq(j. t BbixzV l вЫХ5)((ui(.j2u6in(2cotfW V.,. (8) nCJCOeUtot + Li ) оЛ5Д ТП ).t9) Все спектральные составляющие сдвигаются на 90 , но при количественной оценке нелинейных искажений это не имеет значения. В выражении (9) это изменение отражено в изменении начальной фазы гармоник (f. Таким образом, выходной сигнал объекта измерения подвергается воздействию на интенсивность высших IapMOHHK, т.е. амплитуды гармоник р1ножаются на весовой коэффициент, пропорциональный номеру гармоники п Повьпление интенсивности продуктов искажений после операции дифференцирования , I I по сравнению с интенсивностью продук тов искажений сигнала Sgbixz Ьзна .чает повышение разрешающей способно ти, измерений, а пропорциональность коэффициента взвешивания амплитуд отдельных гармоник номеру гармоники п - повышение разрешающей способности визуального контроля и получение объективных панных измерений, лучше соответствующих субъективным оценкам при прослушивании. В ходе субъективных экспертиз установлено решающее влияние продуктов высших порядков на восприятие качества звукопередачи, в частности исследованы особенности восприятия слухом гармонических искажений. Чувствительность к искажениям возрастает с увеличением номера гармоники, причем возрастание пропорционально гармоники. Присутствие пятой гармоники гораздо ощутимее, чем присутствие третьей гармоники такой же интенсивности. Лучшее соответствие объективных и субъективных оценок достигается при увеличении амплитуд гармоник пропорционально квадрату номера гармоники п. Такого результата можно добиться, осуществляя операцию дифференцирования дважды, последовательно одну за другой а 1± 5бы)(7() -5miW co5Cwt4),-5„2,2cofcos(2cot tpJV... (104 или 8bix(. , д„ . ). (11) Таким образом, без усложнения формы измерительного сигнала, используя гармонический сигнал, предлагаемый способ осуществляет повьш1ение значимости продуктов высших, что приближает проведение аппаратурного анализа сигнала к процессу субъективного восприятия искажений. Выражения для определения взвешенных частичных и суммарного коэффициентов гармоник при однократном дифференцировании имеют вид (;nf. ( Устройство для реализации способ измерения работает следующим образом. Гармонический сигнал от генерато ра 1 подается на вход объекта 2 измерения, далее поступает на вход блока 3 дифферен1гфования, а затем на вход контрольно-измерительного блока 4. С помощью осциллографа 5 осуществляется визуальный контроль формы выходного сигнала блока 3 диф ференцирования, а с помощью измерительного блока 6 - определение взве шенных частичных и суммарного коэффициентов гармоник. При желании получить взвешенные частичные и суммарный коэффициенты гармоник в качестве измерительного блока 6 следует использовать спектр анализатор, позволяющий определить взвешенную амплитуду каждой гармони ки сигнала Sg,, ,(t)-s или о дельности. При необходимости получить только взвешенный суммарный коэффициент гармоник в качестве измерительного блока 6 используется фильтр, селективно подавляющий частоту основной гармоники, или фильтр верхних частот, а также любой промы ленный измеритель нелинейных искажений, осуществляющий измерения методом гармоник. Таким образом, непосредственно в процессе измерений осуществляется взвешивание амплитуд гармоник умножением на весовой коэффициент, равный номеру гармоники п, или его квадрату п, путем аппаратурного взятия первой или второй производной выходного сигнала объекта измерения с помощью блока 3 диф4)еренцирования. Полученные в результате измерений частичные и/или суммарн(1й коэффициенты гармоник будут взвешенными. В ходе субъективных экспертиз установлено, что взвешенные коэф4 ициенты гармоник лучше отражают субъективное восприятие качества звукопередачи, особенно при весовом коэффициенте, пропорциональном квадрату номера гармоники. Увеличение амплитуд высших гармоник в спектре искаженного сигнала приводит к повьш1ению разрешающей способности и значимости визуального контроля формы выходного сигнала, что позволит определить характер нелинейности даже при малых уровнях искажений ,

1. Способ измерения нелинейньк искажений электрического сигнала, включающий разложение спектра сигнала на основную гармонику и гармоники высших порядков и сравнение их интенсинностей, отличающийся тем, что, с целью лолучения лучшего соответствия объективных и субъективных оценок нелинейных искажений, повышения разрешающей способности измерений и визуального контроля характера нелинейности, перед разложением спектра сигнала на гармоники сигнал подвергают дифференцированию. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее генератор гармонических колебаний, клеммы для подключения объекта измерения и контрольно-иг мерительньп 1 блок, состоящий из параллельно соединенных осциллографа и измерительного блока.отличающееся тем, что в него между одной из клемм для подключения объекта измерения и входом контрольно-измерительного блока введен блок дифференцирования.