2.2 Limitation of the wave shape in the region of maximum amplitudes

Original text in Russian. You can translate text of Google. The original text in Russian page.


Original text in Russian. You can translate text of Google. The original text in Russian page.

В цикле материалов о нелинейных искажениях разобрано:
  • Откуда берутся искажения
  • Как выглядят искажения на разных типах графиков
  • Как увидеть, как понять по графикам, какие искажения слышимые, а какие нет

2.2 Дополнительные графики RAA

Нелинейные искажения - ограничение формы волны в области максимальных амплитуд

Передаточная функция

Передаточная функция

Участок, где передаточная функция максимально близка к прямой линии, а в области максимальных амплитуд ограничивается очень мягко - называется линейным.

Усилители, сделанные по схемотехнике класса А, обычно обладают именно такой передаточной функцией. Такой вариант считается самым качественным, т.к. присутствующие искажения до определенного порога громкости обычно не слышны.

Иногда к усилителю приводится два варианта уровней максимальной мощности, одно значение для линейного режима (с указанием малого процента искажений), а второе для “максимального”, где искажения по мнению производителя являются допустимыми, но качество звука уже не такое высокое (1%, 3% или 10%).

В отчетах для чайников для усилителей в RAA обычно приводится два значения, одно для линейного режима, называемого эквивалентным классом А, и второе - максимальное значение, при превышении которого будут слышны искажения в виде "хрипа" (либо это может быть тот максимум, когда качество звука высокое, но уровень громкости уже в максимальном положении).

Так как переход из линейного режима в резкое ограничение может быть плавным, то при анализе спектров фиксируются пороги значений напряжения по изменению характеров спектров. Это позволяет сделать условную модель симметричной передаточной характеристики по 4-м координатам (уровни для эквивалентных режимов А, АБ, Б и максимального).

Для усилителей по своей сути существует две последовательные передаточные характеристики: отдельно для напряжения и отдельно для тока. Передаточная характеристика для тока при пересчете в напряжение масштабируется в зависимости от сопротивления наушников.

Так как сами по себе кривые передаточных характеристик конечный пользователь на практике применить не может, то в RAA в 2010 году был внедрен график максимального напряжения от нагрузки для максимального режима, в 2014 были добавлены пороги по качеству (степени поджатия передаточной характеристики). Позже в 2022 году появился упрощенный вариант - звуковое давление в связке.

В RAA в 2014 году была сделана первая модель пороговых значений для напряжения и тока, где по характеру спектра фиксировались значения для чистого, оптимального и максимального уровней. В RAA в 2017 году на основе накопленных данных разных усилителей стало 4 порога и называться они стали как эквивалентные классы А, АБ, Б и максимальный. Пороговые значения спектров соответствовали реальным спектрам устройств, сделанных в этих классах. Однако сама идея пороговых значений с привязкой к названиям к классам имеет определенные недостатки, т.к. по своей сути, с точки зрения передаточной характеристики она соответствует лишь идеологии усилителей со схемотехникой класса А и частично АБ. В 2023 году запланирован "ребрендинг" названий, где эквивалентный класс А будет называться линейным режимом, а для АБ и Б будут иные названия из смысловой категории "мягкий/жесткий".

Напряжение и чувствительность

Your browser does not support Canvas
График выходного напряжения по 4-м порогам качества на выходе усилителя от сопротивления подключенных наушников. По горизонтальной оси сопротивления наушников, по вертикальной напряжение в VRMS и dBV.


Your browser does not support Canvas
График выходного тока по 4-м порогам качества на выходе усилителя от сопротивления подключенных наушников. По горизонтальной оси сопротивления наушников, по вертикальной ток в мА и дБ(мА).


По горизонтальной оси отображается номинал нагрузки (сопротивления наушников). По вертикали - напряжение, ток или мощность на выходе усилителя (в примере выше напряжение и ток).

По спектрам определяются значения напряжений, при которых характер спектра меняется и соответствует разной степени поджатия волны. Всего фиксируется 4-ре порога для передаточных характеристик.

На графике напряжения значения порогов передаточной характеристики напряжения соответствуют начальным высотам линий в правой части графика (для нагрузок выше 1000 Ом), из которых строятся горизонтальные линии (справа налево). Если у усилителя выходное сопротивление не нулевое, то эти линии превращаются в кривые и плавно снижаются в области низкоомной нагрузки.

Your browser does not support Canvas


Но, так как помимо передаточной характеристики напряжения есть и передаточная характеристика тока с аналогичными 4 порогами, то на графике тока мы получаем аналогичные горизонтальные линии (которые не зависят от выходного сопротивления усилителя) и которые в свою очередь строятся со стороны низкоомных нагрузок (слева направо).

И, так как конечная передаточная функция, это последовательная сумма передаточных характеристик напряжения и тока, то на графике напряжения мы видим ограничение от тока в виде прямых наклонных линий в области низкоомных нагрузок, а на графике тока - ограничение напряжения в области высокоомных нагрузок.

Таким образом, график показывает области напряжения/тока, при которых усилитель может работать с определенным качеством.

Точками на графике показаны пороги напряжений, полученные под разными номиналами нагрузок. Точки для номинала "без нагрузки" в стандартный масштаб графика обычно не попадают, т.к. это значение выше 1 кОм, а остальные необходимы для вычисления порогов тока. На графике тока общее пороговое значение вычисляется как среднее значение по точкам, находящихся на одном уровне ограничения.

Your browser does not support Canvas
График выходного напряжения по 4-м порогам качества на выходе усилителя от сопротивления подключенных наушников. По горизонтальной оси сопротивления наушников, по вертикальной напряжение в VRMS и dBV. Точками обозначены уровни напряжения, необходимые для наушников для развития указанного звукового давления в 105 дБ SPL.


Your browser does not support Canvas
График выходного тока по 4-м порогам качества на выходе усилителя от сопротивления подключенных наушников. По горизонтальной оси сопротивления наушников, по вертикальной ток в мА и дБ(мА). Точками обозначены уровни тока, необходимые для наушников для развития указанного звукового давления в 105 дБ SPL.


Если мы знаем, с какой громкостью собираемся слушать наушники, то зная их чувствительность и сопротивление, мы можем определить необходимое для них напряжение и увидеть, находится ли оно в области качественного звука. В этом сервисе задается референсное звуковое давление и точками (либо областями/кривой) на графике показывается необходимое для наушников напряжение.

График удобен для сравнения большого количества наушников и усилителей. По свой сути график схож с аналогичными графиками блоков питания, с их зависимостью качественной работы от диапазона выдаваемой мощности.

Звуковое давление в связке

Your browser does not support Canvas

На графике показываются максимальные уровни звукового давления от связок из наушников и источников. Уровни показываются без учета перегрузочной способности наушников.


Альтернативный вариант - это выбор связок из наушников и усилителя, где можно сравнить относительную разницу в громкости связок. Этот график удобен для сравнения небольшого количества связок. Этот сервис является промежуточным между напряжение и чувствительность, от которого берутся пороговые значения для линейного максимального режимов, и сервисом взаимодействие совместной АЧХ наушников+усилителей , где звуковое давления отображается столбцом, а не кривой АЧХ.

В столбцах приводится только две градации качества. До ограничения линейного режима столбец закрашивается насыщенным цветом, потом при превышении линейного режима - блеклый цвет до максимального режима. Выше максимального режима используется серый цвет.





 

2023.01.16


More detailed

The FAQ was made by the creator of the RAA project Roman Kuznetsov.

Each FAQ is a detailed answer to a question from a site visitor. Or a text that could be repeated from review to review, but framed in a separate article allows you to make the reviews more compact.




Kuznetsov Roman
Founder of RAA



Known by the nickname romanrex
Аuthor of articles iXBT.com



Information for Authors. You can freely use the graphics in your articles with a link to us.







Original text in Russian page. Translation page is not yet ready

You can help with translation via the: facebook and feedback.




Comments

No comments for this page.


Want to leave a comment or ask a question? Register now or log in