Способ измерения нелинейных искажений электрического сигнала и устройство для его осуществления

 

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.

СОКИ СОВЕТСНИХ

Г Э

РЕСПУБЛИК,.SU„„20253

g(g) G 01 К 23/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3559472/18-21 (22) 02.03.83 (46) 23.10.84. Бюл. В 39 ,(72) В.N.Æóðàâëåâ и Л.С.Тихонова .(53) 62 1.317.353.1(088.8) (56) 1. Рубичев И.А. Оценка и измерение искажений радиосигналов.

М., "Советское радио", 1978, с. 46.

2. Усилители звуковых частот.

Публикация МЭК 268-3, 1969, п,20 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЪ|Х ИСКАЖЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ измерения нелинейных искажений злектрического сигнала, включающий разложение спектра сигнала на основную гармонику и гармоники высших порядков и сравнение их интенсивностей, отличающийся тем, что, с целью получения 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-измерительный блок, состоящий из параллельно соединенных осциллографа и измерительного блока, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что в него между одной из клемм для подключения объекта измерения и входом контроль. но-измерительного блока введен блок дифференцирования.

3 1120

Изобретение относится к контроль= но-измерительной технике и предназначено для выявления и оценки различных видов нелинейных искажений в звукотехнической аппаратуре, 5 в частности в предварительных усилителях и усилителях мощности.

Известен способ измерения искажений сигнала, основанный на сравнении спектров входного и выходного 1G сигналов устройства с использованием тестового сигнала, формируемого иэ реального сигнала (1) .

Однако реализация способа требует создания сложных электронных уст- 15 ройств как для формирования тестового сигнала, так и для выделения по— лучаемой информации, имеющих низкое быстродействие из-за необходимости компенсации амплитуды и фазы состав- 20 ляющих входного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо-соб измерения нелинейных искажений, заключающийся в разложении спектра 25 сигнала на основную -армонику и гармоники высших порядков и их сравнении (2) .

Известный способ реализуется с по-. мощью устройства, содержащего генератор гармонических сигналов, клеммы для подключения объекта измерений, к одной из которых подключен контрольно-измерительный блок, состоящий иэ параллельно соединенных осциллографа и измерительного блока j2j.

Недостатками известных способа и устройства для его осуществления являются невысокая разрешающая способность визуального наблюдения формы,, 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 данньл измерений и субъективных оценок нелинейности.

Цель изобретения — получение луч- 5Q

mего соответствия объективных и субьективных оценок нелинейных искажений„. повышение разрешающей способности измерений и визуального контроля характера нелинейности„ 55

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения нелинейных искажений электрического сиг253 нала, включающему разложение спектра сигнала на основную гармонику и гармоники высших порядков и сравнение их интенсивностей, перед разложением спектра сигнала на гармоники сигнал подвергают дифференцированию.

В устройство, содержащее генератор гармонических колебаний, клеммы для подключения объекта измерения i контрольно-измерительный блок, состоящий из параллельно соединенных осциллографа и измерительного блока, »1ежду 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 ч, состоящий из параллельно соединенных осциллографа 5 и измерительного блока 6.

Сущность способа измерения заключается в следующем.

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

k вы»ч(= и" ь» Ф 4 ) то выходной сигнал объекта 2 измерения искажается, т.е. в его спектре, кроме основной гармоники, содержатся гармоники высших порядков

5 » It! =6((э в»св>(> 4 " 01) 4 с 2) и)р» с0 " к (Я 4 g

Ограничивая полином (2) пятой степенью и выполняя укаэанные операции, получают, 6 5 1

-,—,а, „„,.„--,, „,„ C05((d4 + (, а2

Я 4 Фь» - (.4 3 в8» ь 5 щ8», Сб И(4> 4 о4 пВхсОБ (I (д >$4IW

1120253 -аВ5 Вхсо5(5и (4 =6, os

l »у„»2со5 (2и 4>г1 Бк всоэ ь»г 4 P ) 4, < 5m„cos (4 at+ P<) t 5 5 со5(5 »1ф в ) (Pf

В общем случае выражение для выходКого сигнала объекта 2 измерения (2)

Можно записать следующим образом

Вых г(! î + д к»со5(» » 4)t t (»и) (5)

1О где So — постоянная составляющая; и — номер гармоники;

Б„„„ — амплитуда и-й гармоники; > — начальная фаза и-й гармоники. и

Выражения для определения частичных и суммарного коэффициентов гармоник, получаемых известным способом, имеют вид mï, К

rn IOm, (6) 20

+ +ma к

kryo <- Е "гп (7) 25

В предлагаемом способе выходной сигнал объекта 2 измерения предварительно дифференцируется, при этом продифференцированный сигнал имеет выхгМ 1»bIy y(t) 1 » »1кк»зiИ(к»С w g„) этг ь»51и 2ut 9,1 „. (8) или к вьюэФ . „и(.» сои »»ы1 <„ „1= р

35 . „„„иисоВ(к»ц qy

Все спектральные составляющие сдвио гаются на 90, но при количественной оценке нелинейных искажений это не имеет значения. В выражении (9) это изменение отражено в изменении начальной фазы гармоник 11» и

Таким образом, выходной сигнал объекта измерения подвергается воздействию на интенсивность высших гармоник, т.е. амплитуды гармоник умножаются на весовой коэффициент, пропорциональный номеру гармоники и.

Повышение интенсивности продуктов искажений после операции дифференцирования, mn "»тпи » mï по сравнению с интенсивностью пводуктов искажений сигнала Яеы„ 2(t) означает повышение разрешающей способнос-55 ти.измерений, а пропорциональность коэффициента взвешивания амплитуд отдельных гармоник номеру гармоники и — повышение разрешающей способности визуального контроля и получение объективных панных измерений, лучше соответствующих субъективным оценкам при прослушиэании.

В хопе субъективных экспертиз установлено решающее влияние продуктов высших поряпков на восприятие качества звукопередачи, в частности исследованы особенности восприятия слухом гармонических искажений. Чувствительность к искажениям возрастает с увеличением номера гармоники, причем возрастание пропорционально номеру 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 и . Такого результата можно добиться, осуществляя операцию дифференцирования дважды, последовательно одну эа другой г

® d SвД,Д2(t) вакх в gt2 =-5mqcd c05(4jt », 5г(<1 сО5(2ut+g г1 иии к вых 1 -- тк (" » co5(e t к»„) (< < V" 1. (11)

Таким образом, без усложнения формы измерительного сигнала, используя гармонический сигнал, предлагаемый способ осуществляет повышение 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

+"" ò

К„ ilZ) в б

2 (1 )

Кт» 1 г при двукратном (юи 5щ„5,„

YYI 1

nl1

1120253

Составитель Н.Михалев

Редактор P . Цицика Техред 3, Палий Корректор А.Зимокосов

Заказ 7733/32 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Устройство для реализации способа измерения работает следующим образом.

Гармонический сигнал от генератора 1 подается на вход объекта 2 измерения, далее поступает на вход блока 3 дифференцчрования, а затем на вход контрольно-измерительного блока 4. С помощью осциллографа 5 осуществляется визуальный контроль формы выходного сигнала блока 3 дифференцирования, а с помощью измерительного блока 6 — определение взвешенных частичных и суммарного коэффициентов гармоник.

При желании получить взвешенные частичные и суммарный коэффициенты гармоник в качестве измерительного блока 6 следует испольэовать спектро- 20 анализатор, позволяющий определить взвешенную амплитуду каждой гармоники сигнала S,,„ (t) -Я или Я „ в отЩП1 дельности. При необходимости йолучить только взвешенный суммарный 25 коэффициент гармоник в качестве измерительного блока 6 используется фильтр, селективно подавляющий частоту основной гармоники, или фильтр верхних частот, а также любой промыл- 30 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 и, или его квадрату n, путем аппаратурного взятия первой или второй производной выходного сигнала объекта измерения с помощью блока 3 дифференцирования.

Полученные в результате измерений частичные и/или суммарный коэффициенты гармоник будут взвешенными, В ходе субъективных экспертиз установлено, что взвешенные коэффициенты 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 повышению разрешающей способности и значимости визуального контроля формы выходного сигнала, что позволит определить характер нелинейности даже при малых уровнях искажений.