RU2241233C1

RU2241233C1 - Method of evaluating frequency distortions (versions)

Info

Publication number: RU2241233C1
Application number: RU2003137023/28A
Authority: RU
Inventors: н Г.Р. Аванес (RU); Г.Р. Аванесян
Original assignee: Аванесян Гарри Романович
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2004-11-27

Abstract

FIELD: measurement technology.

SUBSTANCE: voltage is formed which has instant values to define values of standardized amplitude-frequency characteristic of two-port network. Then the voltage is changed by the unity. Absolute value of voltage is selected from formed voltage and integrated within the limits of operation of this voltage. Quantitative evaluation criterion of frequency distortions has to be area of frequency distortions achieved as a result of integration. Method can be used for measuring level of frequency distortions induced by two-port networks.

EFFECT: improved reliability of evaluation of frequency distortions.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при построении измерителей уровня частотных искажений, вносимых четырехполюсниками, например усилителями аудиосигналов.The invention relates to the field of radio measurements and can be used in the construction of meters of the level of frequency distortion introduced by four-terminal devices, for example, audio signal amplifiers.

Принятый в качестве прототипа классический способ оценки частотных искажений, состоящий в определении нормированной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) Y(ω) четырехполюсника и формировании выходного напряжения Y(t), мгновенные значения которого отображают значения нормированной амплитудно-частотной характеристики [Розенберг В.Я. Радиотехнические методы измерения параметров процессов и систем. М.: Издательство комитета стандартов, мер и измерительных приборов, 1970, стр.123-124], позволяет судить о вносимых частотных искажениях по результатам измерения максимального отклонения функции Y(ω) от единицы. Так определяют неравномерность АЧХ, а количественной оценкой неравномерности и вносимых искажений является либо значение Y(ω), при котором выполняется условие |Y(ω)-1|=mах, либо коэффициент частотных искажений

Оценка частотных искажений, полученная вышеуказанным образом, малоинформативна, так как не учитывается форма АЧХ, а определяются лишь точки, максимально удаленные от идеальной АЧХ, имеющей плоский вид. Относительное усиление

(K(ω) - коэффициент усиления на частоте ω; К(ω₀) - коэффициент усиления на некоторой средней частоте ω₀), измеренное в определенных точках АЧХ, не может быть мерой вносимых искажений. Искажения спектра сигнала зависят не от коэффициента усиления K(ω_i) на какой-то отдельной частоте ω_i, для которой установлено, что К(ω_i) имеет в этой точке минимальное или максимальное значение, а зависят от вида функции К(ω), которая и показывает, как меняется весь амплитудный спектр сигнала после прохождения исследуемого четырехполюсника.Adopted as a prototype, the classical method of estimating frequency distortions, which consists in determining the normalized amplitude-frequency characteristic (AFC) Y (ω) of a four-terminal network and generating the output voltage Y (t), the instantaneous values of which reflect the values of the normalized amplitude-frequency characteristic [Rosenberg V.Ya . Radio engineering methods for measuring the parameters of processes and systems. M .: Publishing house of the Committee of Standards, Measures and Measuring Instruments, 1970, pp. 123-124], it allows one to judge the introduced frequency distortions by measuring the maximum deviation of the function Y (ω) from unity. This determines the frequency response non-uniformity, and a quantitative assessment of the non-uniformity and introduced distortion is either the value of Y (ω) under which the condition | Y (ω) -1 | = max, or the frequency distortion coefficient

The estimate of the frequency distortions obtained in the above way is uninformative, since the shape of the frequency response is not taken into account, but only the points located as far as possible from the ideal frequency response, having a flat form, are determined. Relative gain

(K (ω) is the gain at the frequency ω; K (ω ₀ ) is the gain at a certain average frequency ω ₀ ), measured at certain points of the frequency response, cannot be a measure of the introduced distortions. The distortion of the signal spectrum does not depend on the gain K (ω _i ) at any particular frequency ω _i , for which it was established that K (ω _i ) has a minimum or maximum value at this point, but depends on the form of the function K (ω) , which shows how the entire amplitude spectrum of the signal changes after passing through the studied four-terminal network.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении информативности оценки частотных искажений, вносимых четырехполюсником в исходный сигнал.The technical result achieved by using the present invention is to increase the information content of the frequency distortion estimate introduced by the four-terminal network into the original signal.

Технический результат достигается тем, что в способе оценки частотных искажений (вариант 1) четырехполюсника, состоящем в определении нормированной амплитудно-частотной характеристики четырехполюсника и формировании выходного напряжения, мгновенные значения которого определяют значения нормированной амплитудно-частотной характеристики, согласно изобретению выходное напряжение уменьшают на единицу, затем из полученного напряжения выделяют его абсолютное значение и полученное напряжение интегрируют в пределах его действия, оценкой частотных искажений является измеренное значение напряжения после интегрирования.The technical result is achieved by the fact that in the method for assessing frequency distortions (option 1) of a four-terminal network, which consists in determining the normalized amplitude-frequency characteristic of the four-terminal network and generating an output voltage, the instantaneous values of which determine the values of the normalized frequency-amplitude characteristic, according to the invention, the output voltage is reduced by one, then, the absolute value is extracted from the obtained voltage and the obtained voltage is integrated within its action, estimated th frequency distortion is the measured voltage value after integration.

Технический результат достигается тем, что в способе оценки частотных искажений (вариант 2) четырехполюсника, состоящем в определении нормированной амплитудно-частотной характеристики четырехполюсника и формировании выходного напряжения, мгновенные значения которого определяют значения нормированной амплитудно-частотной характеристики, согласно изобретению выходное напряжение логарифмируют, затем из полученного напряжения выделяют его абсолютное значение и полученное напряжение интегрируют в пределах его действия, оценкой частотных искажений является измеренное значение напряжения после интегрирования.The technical result is achieved by the fact that in the method for estimating frequency distortions (option 2) of a four-terminal network, which consists in determining the normalized amplitude-frequency characteristic of the four-terminal network and generating an output voltage, the instantaneous values of which determine the values of the normalized frequency-amplitude characteristic, according to the invention, the output voltage is logarithm, then from the received voltage is distinguished by its absolute value and the received voltage is integrated within its action, by evaluating the frequency tnyh distortion voltage value is measured after integration.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На чертеже приведены графики, иллюстрирующие способ по первому варианту. Чертеж содержит график нормированной АЧХ Y(ω), представляющей собой пример АЧХ усилителя звуковых частот; постоянный уровень Y(ω₀)=1, равный относительному усилению на средней частоте ω₀ и представляющий собой идеальную АЧХ; график величины |Y(ω)-1|.The invention is illustrated graphic material. The drawing shows graphs illustrating the method according to the first embodiment. The drawing contains a graph of the normalized frequency response Y (ω), which is an example of the frequency response of an audio frequency amplifier; constant level Y (ω ₀ ) = 1, equal to the relative gain at the middle frequency ω ₀ and representing the ideal frequency response; the graph of | Y (ω) -1 |.

В качестве показателя оценки вносимых частотных искажений принят функционал ρ(Y(ω)), определяющий расстояние между сравниваемыми величинами Y(ω) и Y(ω₀)=1:The functional ρ (Y (ω)), which determines the distance between the compared values Y (ω) and Y (ω ₀ ) = 1, is adopted as an indicator of the estimation of introduced frequency distortions:

где [ω₁; ω₂] - диапазон рабочих частот исследуемого четырехполюсника.where [ω ₁ ; ω ₂ ] is the range of operating frequencies of the studied four-terminal network.

Физическую суть величины ρ(Y(ω)) легко понять, если обратиться к чертежу. Суммарная площадь заштрихованных участков функции Y(ω), выбранных относительно идеального среднего уровня Y(ω₀), численно равна значению функционала ρ(Y(ω)), призванного учесть всю совокупность частотных искажений, зависящую как от размеров диапазона [ω₁; ω₂], так и от того, как сильно она отклонилась от уровня Y(ω₀)=1. Для практических расчетов значений ρ(Y(ω)) по известному виду Y(ω) удобно вычислять интеграл от модуля разницы Y(ω) и постоянного уровня Y(ω₀), как это показано в выражении (1). Таким образом задается последовательность действий над первичным сигналом, необходимая для получения оценки ρ(Y(ω)). Если в качестве первичного сигнала, несущего информацию об АЧХ исследуемого четырехполюсника, принять сигнал Y(t), отображающий функцию Y(ω) как развертку во времени, то для оценки уровня частотных искажений его следует уменьшить на единицу, затем выделить абсолютное значение от полученной разности и далее проинтегрировать в пределах действия этого сигнала [t₁; t₂]:The physical essence of ρ (Y (ω)) is easy to understand if we turn to the drawing. The total area of shaded sections of the function Y (ω), selected relative to the ideal average level Y (ω ₀ ), is numerically equal to the value of the functional ρ (Y (ω)), designed to take into account the entire set of frequency distortions, which depends on the size of the range [ω ₁ ; ω ₂ ], and how much it deviated from the level Y (ω ₀ ) = 1. For practical calculations of ρ (Y (ω)) using the known form Y (ω), it is convenient to calculate the integral of the absolute value of the difference Y (ω) and constant level Y (ω ₀ ), as shown in expression (1). Thus, the sequence of actions on the primary signal is set, which is necessary to obtain the estimate ρ (Y (ω)). If, as the primary signal, which carries information about the frequency response of the studied four-port network, we accept the signal Y (t), which displays the function Y (ω) as a time scan, then to estimate the level of frequency distortion it should be reduced by one, then the absolute value should be selected from the obtained difference and further integrate within the limits of this signal [t ₁ ; t ₂ ]:

Методы получения величины Y(t), повторяющей по форме кривую Y(ω), широко известны и отличаются простотой реализации. Например, при соединении выхода свип-генератора с входом исследуемого четырехполюсника, выход которого подключен ко входу амплитудного демодулятора, будет получен измеритель АЧХ, выходное напряжение которого - выходное напряжение демодулятора - будет определять форму АЧХ в некотором масштабе. Для получения на выходе демодулятора нормированной величины Y(t) выходной сигнал четырехполюсника следует предварительно промасштабировать (ослабить или усилить) таким образом, чтобы на частоте ω₀ его общий коэффициент усиления К(ω₀) составлял бы единицу, а значит,Methods for obtaining the value of Y (t), repeating the shape of the curve Y (ω), are widely known and are easy to implement. For example, when connecting the output of the sweep generator with the input of the four-terminal under study, the output of which is connected to the input of the amplitude demodulator, an AFC meter will be obtained, the output voltage of which - the output voltage of the demodulator - will determine the shape of the AFC on a certain scale. To obtain the normalized value Y (t) at the output of the demodulator, the output signal of the four-terminal should be pre-scaled (weakened or amplified) so that at a frequency ω ₀ its total gain K (ω ₀ ) would be unity, which means

следовательно, дополнительно выполнять операцию деления для получения вышеуказанного отношения не потребуется. Что же касается масштаба по времени, то он определяется скоростью изменения частоты свип-генератора.therefore, an additional division operation is not required to obtain the above relationship. As for the time scale, it is determined by the rate of change of the frequency of the sweep generator.

Второй вариант способа оценки частотных искажений отличается от первого тем, что сигнал Y(ω) или его отображение Y(t) до интегрирования логарифмируют. Критерием оценки в этом случае является функционалThe second variant of the method for estimating frequency distortions differs from the first in that the signal Y (ω) or its display Y (t) is logarithm before integration. The evaluation criterion in this case is the functional

Операция логарифмирования исключает необходимость вычисления разности в подынтегральном выражении и, кроме того, позволяет выразить результат в общепринятых единицах относительного усиления - децибелах.The logarithm operation eliminates the need to calculate the difference in the integrand and, in addition, allows you to express the result in the standard units of relative gain - decibels.

По аналогии с применяемым в теории усилителей термином - площадь усиления функционалы, выражаемые (1) и (2), можно было бы считать площадью частотных искажений. Минимуму искажений должен соответствовать минимум указанных функционалов, а выполнение условия ρ(Y(ω))=0 отвечает идеальной ситуации полного отсутствия частотных искажений.By analogy with the term used in amplifier theory, the gain area of the functionals, expressed by (1) and (2), could be considered the area of frequency distortions. The minimum of distortions should correspond to the minimum of the indicated functionals, and the fulfillment of the condition ρ (Y (ω)) = 0 corresponds to the ideal situation of the complete absence of frequency distortions.

Измерение площади частотных искажений, например, в усилителях аудиосигналов в отличие от общепринятой оценки неравномерности АЧХ позволяет дать не формальную оценку отклонения АЧХ от идеальной, а получить количественный показатель, связанный с психофизиологическими особенностями слухового восприятия. Учет общих размеров, в частности ширины, возможных провалов и подъемов АЧХ, позволяет связать степень заметности частотных искажений с их объективной технической оценкой, измеренной как значение функционала ρ(Y(ω)). Причем следует подчеркнуть, что зависимость частотных искажений от ширины полос, для которых Y(ω)≠1, установлена достаточно давно [Глухов А.А. Основы звукового вещания. М.: Связь, 1977, стр. 38-39] и известно, что если относительно широкие спектральные полосы провалов или подъемов АЧХ вызывают соответствующие субъективные ощущения уже при уровне 5 дБ, то узкие пики и провалы даже при уровне 15 дБ не всегда могут быть заметны на слух.Measurement of the frequency distortion area, for example, in audio signal amplifiers, in contrast to the generally accepted estimate of frequency response unevenness, allows us to give not a formal estimate of the frequency response deviation from ideal, but to obtain a quantitative indicator related to the psychophysiological characteristics of auditory perception. Taking into account the general dimensions, in particular the width, possible dips and rises of the frequency response, allows us to relate the degree of noticeability of the frequency distortions to their objective technical assessment, measured as the value of the functional ρ (Y (ω)). Moreover, it should be emphasized that the dependence of the frequency distortions on the width of the bands for which Y (ω) ≠ 1 has been established for a long time [A. Glukhov The basics of sound broadcasting. M .: Svyaz, 1977, pp. 38-39] and it is known that if the relatively wide spectral bands of dips or rises in frequency response cause the corresponding subjective sensations already at 5 dB, then narrow peaks and dips even at 15 dB cannot always be noticeable by ear.

Claims

1. A method for assessing the frequency distortions of a four-terminal network, which consists in determining the normalized amplitude-frequency characteristic of the four-terminal network and generating an output voltage, the instantaneous values of which determine the values of the normalized amplitude-frequency characteristic, characterized in that the output voltage is reduced by one, then its absolute value is extracted the value and the resulting voltage are integrated within its action; the frequency distortion is estimated at Costumed after integration.

2. A method for evaluating the frequency distortions of a four-terminal network, which consists in determining the normalized amplitude-frequency characteristic of the four-terminal network and generating an output voltage, the instantaneous values of which determine the values of the normalized amplitude-frequency characteristic, characterized in that the output voltage is logarithmized, then its absolute value is extracted from the obtained voltage and the received voltage is integrated within its action; the frequency distortion estimate is the measured voltage value I after integration.