Forvrængningsfaktor

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Forvrængningsfaktoren , også kaldet harmonisk eller forvrængningsindhold , er et mål for forvrængningen af ​​et oprindeligt sinusformet vekslende signal, som skyldes en ikke-lineær adfærd hos en samling ( forstærker , analog-digital konverter , digital-analog konverter ) eller en enhed ( højttaler , mikrofon , båndoptager ) forårsaget. Forvrængningsfaktoren er angivet som størrelsen på taldimensionen ; alternativt bruges den logaritmiske grad af harmonisk forvrængning .

definition

Forvrængningsfaktor

Forvrængningsfaktoren angiver i hvilket omfang de harmoniske, som er overlejret på en sinusformet grundlæggende svingning, bidrager til det samlede signal.

Man identificerer

  • rms -værdien af en elektrisk spænding med
  • rms -værdien af ​​deres fundamentale svingning
  • rms -værdien af ​​det harmoniske med -fold frekvens med ,

forvrængningsfaktoren er defineret af: [1] [2]

Ofte proportionerne af de enkelte harmoniske ved den harmoniske forvrængning bestemt særskilt:

Ligningen for med = 1 giver det grundlæggende vibrationsindhold .

Tilsvarende kan forvrængningsfaktoren også bruges til den elektriske strømstyrke .

Forvrængningsfaktoren kan have værdier fra nul til en og er derfor normalt angivet i procent .

Forvrængning dæmpning

Ofte er der i stedet for forvrængningsfaktoren en logaritmisk grad af forvrængningsdæmpning angivet i decibel (dB): [2]

En forvrængningsdæmpning af

  • Så 20 dB svarer til en forvrængningsfaktor på 10 −1 = 0,1 = 10%
  • 40 dB svarer til 10 −2 = 0,01 = 1%
  • 60 dB betyder 10 −3 = 0,001 = 0,1%.

Graden af ​​forvrængningsdæmpning har en positiv værdi; den harmoniske forvrængning måles forstærkningen er negativ (mindre almindelig) med den samme numeriske værdi.

andre størrelser

Ud over forvrængningsfaktoren bruges udtrykkene fundamental oscillationsindhold, crest- faktor eller i den engelsktalende verden Total Harmonic Distortion (THD) i forskellige definitioner til at identificere afvigelsen fra sinuskurven.

Total harmonisk forvrængning og THD er ikke identiske, men smelter sammen for små værdier: Mens den totale harmoniske forvrængning er forholdet mellem den harmoniske komponent i et signal og det samlede signal repræsenterer, THD er forholdet mellem den harmoniske komponent og den grundlæggende komponent angivet. I engelsksproget faglitteratur omtales forvrængningsfaktoren som THD R , for engelsk THD root mean square . [3]

Klanken

Ordets oprindelse

Intermodulation forårsaget af ikke-lineær forvrængning ud over forvrængningsfaktoren opfattes som en 'grov' baggrundsstøj, der minder om et klink . Ordet clink er forsøget på at gengive en ikke-verbal støj som et onomatopoeisk ord ( onomatopoeia ).

årsager

Rattlen sker i hver samling, fordi de anvendte komponenter, især halvledere og elektronrør, har ikke-ideelle egenskaber (ikke-lineariteter). Især i tilfælde af effektforstærkere skal der findes et kompromis mellem harmonisk forvrængning og effekttab eller kredsløbskompleksitet. Termiske processer på grund af selvopvarmning og ældning spiller ofte en rolle, hvilket fører til forvridninger på grund af forskydninger i betjeningspunktet .

Eksempel på ikke-lineær transmission baseret på karakteristikken af en felteffekttransistor :
Højre (omtrent ved 0… −1 V) næsten lineær: et sinusformet forandringsforløb skaber en forandring uden synlig afvigelse fra sinuskurven.
Venstre (f.eks. Ved -1 ... -3 V) ikke lineær: Et sinusformet forandringsforløb skaber en forandring med et genkendeligt ikke-sinusformet forløb.

Komponenter med stærkt ikke-lineære egenskaber:

Komponenter med svage ikke-lineære egenskaber:

De ikke-lineære komponenters indflydelse på enhedens ikke-linearitet kan reduceres ved hjælp af negativ feedback .

øve sig

Den menneskelige hørelse er følsom over for forvrængning (forvrængning), afhængigt af frekvensen . Forvrængninger i basområdet (op til 150 Hz) med 5% forvrængningsfaktor er for det meste umærkelige; på den anden side kan forvrængninger i tilstedeværelses- eller lysstyrkeområdet (1 til 4 kHz), hvor hørelsen er mest følsom, stadig være hørbar under 0,5% under visse betingelser. Hørbarheden af ​​forvrængning i elektroakustisk transmission ( hi-fi ) afhænger imidlertid også stærkt af arten af ​​det nyttige signal (musik, tale) og dets spektrum. Flere sinuslignende lyde anses for at være de mest følsomme over for forvrængning. For eksempel, når flere fløjter spilles sammen, kan klink høres fra 0,5%, da lydene her er meget lave i overtoner. I tilfælde af tale eller andre spektralt "tætte" lyde og lyde, såsom trommer, kan forvrængning kun høres med betydeligt større forvrængningsfaktorer.

Elektroakustiske enheder producerer forskellige forvrængningsniveauer:

  • I dag er hi-fi forstærkere normalt designet på en sådan måde, at forvrængningsfaktoren, de genererer, ligger helt under opfattelsestærsklen i et bredt område (forvrængningsfaktorer under 0,1%), medmindre forstærkeren nærmer sig sin ydelsesgrænse.
  • Forvrængning opstår for det meste fra lydkonvertering i højttaleren. Afhængigt af frekvensen genererer disse ofte hørbar forvrængning, især ved højere lydtrykniveauer (> 95 dB).
  • Pickupper til langspilende plader og selve rillen klirrer også med værdier over opfattelsestærsklen.

ekstra

Forvrængningsfaktoren forbliver lav, hvis en forstærker ikke producerer baggrundsstøj eller -signaler. Forvrængningsfaktoren beskriver kun "baggrundslyde", hvis frekvenser har heltalsmultipler af grundfrekvensen. Med lydforstærkere foretages reklame med meget små forvrængningsfaktorer. Harmoniske harmoniske forekommer meget ofte i naturen og er meget vanskelige for det menneskelige øre at opfatte eller endda opfatte som behageligt. Med utrænet hørelse kan du ofte ikke længere opfatte en forvrængningsfaktor på mindre end 5%, med en mere følsom på mindre end 1%.

Den ikke-lineære opførsel af en elektroakustisk enhed genererer ikke kun forvrængning, men også ikke-harmonisk interferens i lydsignalet gennem intermodulation . Hvis yderligere overtoner næppe er mærkbare på nogle instrumenter eller endda opfattes positivt, kan intermodulationsforvrængning være meget mærkbar. Afhængig af situationen (enhedernes driftsmåde, eksisterende måleindstillinger) kan den ikke-lineære adfærd også bestemmes på andre måder end ved hjælp af en forvrængningsfaktormåling. Afhængigt af situationen er kun en af ​​analysetyperne mulige som kvalitetskriterium. Forvridningsmåling i højfrekvensområdet er ikke engang mulig med digitalt fungerende enheder som f.eks. CD eller DVD. Særlige forstyrrelser bestemmes ved måling af transient intermodulation (TIM) eller frekvensintermodulation (FIM).

I tilfælde af ikke-lineære forvrængninger skelnes der mellem

  • kvadratkomponenterne ved en asymmetrisk karakteristisk kurve med de lige nummererede komponenter , , ... og
  • de kubiske komponenter ved en symmetrisk karakteristik med de ulige nummererede komponenter , , ...

(For mere information se weblink).

Se også

litteratur

  • Thomas Görne: Lydteknik. 1. udgave, Carl Hanser Verlag, Leipzig, 2006, ISBN 3-446-40198-9
  • Roland Enders: Manualen til hjemmeoptagelse. 3. udgave, Carstensen Verlag, München, 2003, ISBN 3-910098-25-8
  • Gustav Büscher, A. Wiegemann: Lille ABC for elektroakustik. 6. udgave, Franzis Verlag, München, 1972, ISBN 3-7723-0296-3
  • Helmut Röder, Heinz Ruckriegel, Heinz Häberle: Elektronik 3. del, kommunikationselektronik. 5. udgave, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, 1980, ISBN 3-8085-3225-4
  • Horst Clausert, Gunther Wiesemann: Grundområder inden for elektroteknik 2. 9. udgave, Oldenbourg Verlag, München, 2005, ISBN 3-486-27582-8

Weblinks

Wiktionary: Distortion factor - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser

svulme

  1. DIN 40110-1 "Vekselstrømsmængder; To-leder kredsløb "
  2. a b DIN 40148-3 "Transmissionssystemer og firepolet"; Særlige dæmpningsdimensioner "
  3. Doron Shmilovitz: Om definitionen af ​​total harmonisk forvrængning og dens virkning på målingstolkning . tape   20 , nej.   1. IEEE -transaktioner om strømlevering , 1. januar 2005, doi : 10.1109 / TPWRD.2004.839744 ( online [PDF]).