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Verfahren zur Registrierung der Frequenzabhängigkeit nichtlinearer
Verzerrungen von Prüfobjekten
Nichtlineare Verzerrungen treten auf, wenn bei der
Übertragung über ein nichtlineares Übertragungsglied zur ursprünglich vorhandenen
reinen Sinusschwingung hinzu höhere Tejischwingungen entstehen. Wenn mehrere Schwingungen
ein nichtlineares Ühertragungsglied durchlaufen, so entstehen außer den Oberschwingungen
auch noch Kombinationstöne, die die Übertragungsgüte meist stärker als die Oberschwingungen
beeinträchtigen.
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Haben, wie in vielen Fällen, die Prüfspannungen sinusförmigen Verlauf,
so können sich die durch verschiedenartige Verzerrungen entstehenden Differenztöne
gleicher Frequenz eventuell kompensieren.
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Deshalb führt man manche elektroakustischen Untersuchungen besser
anstatt mit reinen Sinustönen mit einem kontinuierlichen Rauschspektrum durch.
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Hierbei eliminiert man frequenzmäßige und räumliche Interferenzen,
die gehörmäßig oft keine größere Bedeutung haben.
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Zur Bestimmung von Kombinations- und Oberschwingungen eines zu untersuchenden
Frequenzgemisches dient das sogenannte »Grützmachersche Suchtonverfahren«. Hierbei
wird das zu analysierende Frequenzgemisch zum Seitenband eines veränderlichen Suchtones
gemacht, aus dem mittels eines festen Filters ein schmales Frequenzband ausgesiebt
wird. Bei diesem Verfahren sind die Prüffrequenzen fest, während der Suchton variiert
wird, um die festen Kombinationstöne der festen Prüffrequenzen einzeln herauszusuchen.
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Zur Feststellung nichtlinearer Verzerrungen ist es bekannt, einen
Generator mit sich periodisch wiederholenden dreieckförmigen Impulsen zu verwenden,
wobei ein Spektrograph oder ein Oszillograph die Aufzeichnung vornimmt. Hierbei
wird ein den Frequenzbereich überstreichendes Spektrum erzeugt, das fest ist, d.
h. jeder Spektralbereich besitzt eine feste Amplitude und Phase.
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Es sind auch Schaltungsanordnungen bekannt, die eine Messung der
Frequenzabhängigkeit nichtlinearer Verzerrungen von Prüfobjekten in Form einer Messung
der entstehenden Kombinationsschwingungen unter Verwendung einer Rauschspannung,
aus der der jeweils zu untersuchende Frequenzteilbereich ausgeblendet ist, gestatten.
Sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Umschaltung von einem auf einen anderen
Frequenzteilbereich jeweils nur durch gleichzeitiges Umschalten von auf der Sende
und Empfangsseite der Meßanordnung angeordneten Bandfiltern möglich ist.
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Diese Umschaltung erfordert insbesondere bei räumlich ausgedehnten
Prüfobjekten (d. h. räumlich getrenntem Sende und Empfangsteil) eine genaue Kontrolle
der jeweiligen Schaltstellungen der genannten Filter, um Fehlmessungen zu vermeiden.
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Diese können z. B. dadurch entstehen, daß die Registriergeräte auch
bei Nichtübereinstimmung der eingestellten Teilfrequenzbereiche im Sende-und Empfangs-Bandfilter
eine (falsche) Anzeige liefern, welche aus der Summe der in einem Teilfrequenzbereich
vorhandenen Kombinationsschwingungen und den vom Generator gelieferten Rauschspannungen
besteht, da diese letzteren infolge der fehlenden Übereinstimmung der Sende- und
Empfangsfiltereinstellungen nicht ausgeblendet werden.
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Dies ist jedoch ein ganz wesentlicher Nachteil der bekannten Schaltungsanordnungen,
da zur Vermeidung dieser Meßunsicherheit, insbesondere bei räumlich ausgedehnten
Prüfobjekten eine gegenseitige Überwachung der jeweiligen Schaltstellungen der Filter
auf der Sende- bzw. Empfangsseite mit einigem technischen Aufwand verbunden ist,
beispielsweise durch Zuhilfenahme einer elektrischen Kontroll- und 5 ignalisierungseinrichtung.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile bei Verfahren
zur Registrierung der Frequenzabhängigkeit nichtlinearer Verzerrungen von Prüfobjekten
durch Messung von in diesen entstehenden Kombinationsschwingungen unter Verwendung
einer das ganze zu untersuchende Frequenzspektrum umfassenden Rauschspannung, aus
der ein Frequenzbereich mit veränderbarer Mittenfrequenz ausgeblendet ist und bei
dem die durch das Prüfobj ekt in dem ausgeblendeten Frequenzbereich hervorgerufenen
Spannungen durch einen Bandpaß ausgesiebt und in Abhängigkeit von der Mittenfrequenz
registriert werden, dadurch, daß das Rauschspektrum durch einen Bandpaß derart nach
den tiefen Frequenzen zu begrenzt wird, daß die bei einer Modulation mit einer veränderbaren
Hochfrequenz entstehenden beiden Seitenbänder einen der Breite des ausgeblendeten
Frequenzbereiches entsprechenden Abstand voneinander haben, daß beide Seitenbänder
mittels einer weiteren Modulation mit einer festen Hochfrequenz in das zu messende
Frequenzspektrum verlagert werden und daß das entstandene Absorptionsspektrum, welches
einen von der veränderbaren Hochfrequenz lagenabhängigen ausgeblendeten Frequenzbereich
enthält, nach Durchlaufen des Prüfobjektes mit der genannten veränderbaren Hochfrequenz
neuerlich moduliert wird, so daß sich der im entstehenden unteren Seitenband enthaltene
ausgeblendete Frequenzbereich unabhängig von seiner Lage in dem zu messenden Frequenzspektrum
innerhalb eines festen Frequenzintervalls befindet.
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Der bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zu verwendende
Summer ist so gestaltet, daß ein von einem Rauschgenerator geliefertes, von einem
Bandpaß beschnittenes Rauschspektrum in einem ersten Modulator einer veränderbaren
Hochfrequenz und in einem zweiten Modulator einer festen Hochfrequenz aufmoduliert
wird, dergestalt, daß nach dem ersten Modulator beide entstehende Seitenbänder und
nach dem zweiten Modulator nur eines der entstehenden Seitenbänder benutzt werden,
so daß ein kontinuierliches Rauschspektrum mit einem ausgeblendeten schmalen Frequenzbereich
entsteht, dessen Mittenfrequenz innerhalb des Frequenzspektrum der Rauschspannung
veränderbar ist. Dabei beschneidet der vorgesehene Bandpaß das vom Rauschgenerator
gelieferte Rauschspektrum so, daß die tiefste Frequenz des Rauschspektrums gleich
der halben Bandbreite des ausgeblendeten, schmalen Frequenzbereiches des von dem
Summer abgegebenen Absorptionsspektrums ist und die Frequenzdifferenz zwischen der
veränderbaren und der festen Trägerfrequenz gleich der veränderbaren Mittenfrequenz
des Absorptionsspektrums ist.
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Es ist an sich bereits bekannt, die Bildung eines kontinuierlichen
Spektrums mit einem ausgeblendeten schmalen Frequenzbereich, dessen Mittenfrequenz
veränderbar ist, unter Verwendung von fest eingestellten Filtern und Modulatoren
in der Weise vorzunehmen, daß ein sogenanntes »mitlaufendes Bandfilter« entsteht,
dessen Durchlaßhzw. Sperrbereich durch Variation einer Trägerfrequenz beliebig verschoben
werden kann. Der Aufbau dieser bekannten Anordnungen ist jedoch sowohl für den Fall
einer »mitlaufenden Bandsperre« als auch für den Fall eines »mitlaufenden Bandpasses«
äußerst kompliziert, so daß eine Anwendung bei Meßschaltungen nachteilig ist.
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Die Erfindung wird an Hand zweier in den Fig. I und 2 dargestellter,
als Ausführungsbeispiel zu wertender Schaltungsanordnungen näher erläutert.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. I stellt den zur Registrierung
der Frequenzabhängigkeit nichtlinearer Verzerrungen gemäß der Erfindung verwendeten
Summer dar. Der Rauschgenerator R besitzt, wie dargestellt, ein kontinuierliches
Frequenzspektrum, das durch einen Bandpaß, auf den f Frequenzbereich f bis fmax
beschnitten wird. Um mit ausgeblendeten Frequenzbereichen unter schied-
licher
Breite registrieren zu könneet, wird J ver-2 änderbar gemacht. fmaxJ die maximale
von dem Bandpaß Bl durchgelassene Frequenz, liegt außerhalb jenes Frequenzbereichs,
in dem das Prüfobjekt untersucht werden soll. In dem Modulator M1 mit der veränderbaren
Trägerfrequenz h werden das obere und das untere Seitenband gebildet, so wie es
das bei dem Modulator M1 dargestellte Frequenzdiagramm zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel
wird das untere Seitenband durch einen steilen Hochpaß P, beschnitten. Der Abfall
der Dämpfung erstreckt sich über den Bereich v.
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Da der Bereich v möglichst klein sein soll, empfiehlt es sich, die
Hochfrequenzen ho und h niedrig zu wählen und außerdem h größer als ho zu machen.
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Der von dem Hochpaß durchgelassene Frequenzbereich wird einem zweiten
Modulator M2 mit einer festen Trägerfrequenzk, zugeführt, wobei die Trägerfriequenz
ho etwa in die Mitte des Bereiches v fällt. Nach der üblichen Schwebungssummermethode
wird mit Hilfe des Modulators M2 das untere Seitenband gewonnen, das durch einen
Tiefpaß P2 auf den Frequenzbereich Null bis f, beschränkt wird. Die von dem Tiefpaß
abgegebenen Frequenzen stellen, wie in dem Frequenzdiagramm dargestellt, ein Absorptionsspektrum
dar, bei dem der Frequenzbereich f herausgeblendet ist und dessen Mittenfrequenz
to mit Hilfe der veränderwaren Trägerfrequenz lt innerhalb des Bereiches von f,,
bis fl veränderbar ist.
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Bei einem idealen Hochpaß mit dem Frequenzbereich v = 0 könnte die
untere Grenze des ausgeblendeten Bereichs von f bis zur Frequenz Null verschoben
werden, so daß f,i,,= J wäre. Um immer gleichartige Belastung des Prüfobjektes zu
gewährleisten, darf die untere Grenze des Bereichs f bei der von dem Hochpaß P,
abgegebenen Spannung nur bis zu jener Frequenz herabgeschoben werden. von der ab
der Hochpaß voll überträgt, also bis ho + y. Diese Bedingung ergibt eine unterste
Frequenzfmin = ffi + f Die feste Trägerfrequenzh, ist innerhalb des Bereiches v
so gewählt, daß die von dem Modulator M2 abgegebene Spannung von der Frequenz Null
ab ein kontinuierliches Spektrum, mit Ausnahme des Frequenzbereiches f, hat.
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Fig. 2 zeigt die zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung
verwendete Schaltungsanordnung. Der in der Schaltungsanordnung nach Fig. I ausführlich
dargestellte Summer S speist das Prüfobjekt X mit einem Absorptionsspektrum.
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Dieses bildet innerhalb des Bereichesf Differenz-und Summationstöne,
deren Energieanteil wie folgt gemessen wird: Die von dem Prüfobjekt abgegebene Spannung
wird durch den Modulator M8 als Seitenband zu der veränderbaren Trägerfrequenz h
dargestellt. Dadurch fällt der eine Bereich f für alle Frequenzen fo mit seiner
Mittenfrequenz auf h0, wo er durch ihren schmalen Bandpaß B2 herausgesiebt und in
Abhängigkeit von der veränderbaren Frequenz h in der Registriereinrichtung E gemessen
und registriert werden kann.