Коэффициент гармоник или что за зверь этот THD? Давайте разбираться.
Коэффициент нелинейных искажений (КНИ, Кг или THD в англ. литературе) – это мера искажения формы сигнала, вызванная присутствием гармоник.
Попробую объяснить «на пальцах» для начинающих. Например, у нас есть усилитель, купленный на Aliexpress…
1. Вместо введения.
И так, есть усилитель:
На вход подаётся синусоида 1 кГц (график зелёного цвета):
Усилитель «от себя» добавляет к сигналу 3-ю гармонику (кривуля красным цветом).
В результате на выходе усилителя получается сумма полезного сигнала и привнесённых усилителем гармоник (график чёрным цветом).
Сигнал далее поступает на акустические системы, и мы его благополучно слышим.
Словом,
чем меньше (ниже) параметр THD усилителя (АС, микрофона и т.д.), тем лучше.
Замер THD усилителей технической сложности не представляет.
А вот с замерами THD акустических систем всё сложно.
На низких частотах искажения динамиков достигают 10% и выше! Естественно, хитрые производители умалчивают эти значения.
А продвинутые радиолюбители, естественно, очень хотят знать. ;)
Нормативная база:
1. ГОСТ 16123-88 Микрофоны Методы измерений электроакустических параметров
2. ГОСТ Р 53575-2009 (МЭК 60268-5:2003) Громкоговорители Методы электроакустических испытаний
Это для тех, кто хочет и может выполнить всё абсолютно правильно.
Замер АЧХ особых сложностей не вызывает: достаточно иметь в наличии достоверно откалиброванный или проверенный измерительный микрофон.
Это позволяет увидеть АЧХ акустической системы (АС), фазовые характеристики и т.д.
А вот с измерением коэффициента гармоник Кг возникают вопросы.
В предыдущем обзоре были проверены два динамических микрофона
по сравнению с измерительными ECM999 и RFT mk102:
Напоминаю, что цифры в таблице выше — это
суммарный Кг динамика и микрофона.
Условия замеров без изменений:
— пассивная АС, подключенная к активной F&D
— уровень сигнала 1В (действующее значение; примерно 0,25 Вт на динамик)
— частоты 160, 400, 1000, 2500 Гц (синус)
— замер в нескольких см от диффузора
Ссылки на подобную тематику:
—
1-я часть на тему нелинейных искажений микрофонов
—
Пред для электретного микрофона
—
Выбираем измерительный микрофон
—
Измерительный микрофон ВПМ-101 с конденсаторным капсюлем М101
Проверка ещё нескольких вариантов
на базе электретных капсюлей из доступных обычным радиолюбителям.
Надеюсь, кто-то найдёт для себя оптимальный вариант.
2. Электретный капсюль без дополнительных элементов.
Подключение — непосредственно на микрофонный вход ПК.
Качественный капсюль ф6мм, отрезанный от микрофона-петлички + штеккер ф3,5мм.
Естественно, само по себе оно работать не будет:
при подключении к микрофонному входу ПК (или ноутбука) подаётся питание около +2,5В,
и схема «собирается» до полной:
С учётом встроенного в капсюль полевого транзистора, получается простейший усилительный каскад с общим истоком.
Кг по частотам:
Словом, для замеров Кг такое простое решение НЕ годится.
Что есть из готовых (заводских) вариантов?
3. Копия микрофона BM-700(800)
Подключение — XLR через АЦП Alctron XU-2 (усиление на 9:00).
Кг по частотам:
Более-менее сносный Кг только на частоте 2,5 кГц. ((
Примечание: по доработке BM-700 будет отдельный обзор.
4. Samson C02
По слухам — на али продают не оригинальные C02.
После ряда экспериментов я
не могу утверждать, что у меня в руках фейк.
Да, шумок на выходе самсонов C02 присутствует.
Но
уровень шумов полностью соответствует используемому типу капсюля (электретный ф16мм).
Мне очень любопытно протестировать настоящий C02.
И вообще, такой существует? Где его найти??
Не удивлюсь, если
настоящий C02 окажется по звуку 1в1, как и «фейковый».
Поэтому тестировал, что есть:
Тоже не айс.
Непонятно, кто «накидал» гармоник, капсюль или схема.
В схеме есть резистор в цепи истока Q1, поэтому Кг схемы должен быть очень незначительным
Симулятор и вовсе показал THD=0,00 % для схемы.
5. Схема Линквитца
Осталось проверить схему, на которую самые большие надежды.
Идея простая: заставить работать полевик внутри капсюля не по схеме «общий исток»,
а по схеме «общий сток», т.е. истоковый повторитель:
Встречается множество вариантов с применением операционных усилителей:
или
Нехороший момент, когда разрезаешь дорожку между корпусом капсюля и истоком (минусом): требуется обеспечить надёжный контакт с алюминиевым корпусом.
Я использовал 3см кусок медной трубки подходящего диаметра.
Со стороны установки капсюля пришлось рассверлить внутреннее отверстие сверлом ф6,0мм на глубину 3мм. Т.о. капсюль сначала входит по скользящей, а потом происходит заклинивание.
Трубочку припаял к джеку ф6,3мм:
Далее припаял проводники от выводов капсюля:
Капсюль в корпусе в сборе:
Схему поместил в дюралевый корпус, который используется для таких экспериментов:
Питание коробочки — от LiIon аккумулятора 3,7В:
Результаты замеров:
На 160 Гц — очень хорошо.
На частотах 400, 1000 и 2500 Гц — совсем грустно.
Чудо не произошло. А жалко. ©
6. Базовая схемы с XLR выходом
Я собрал её попробовать по двум причинам:
1) послушать на предмет шумов
2) померять THD
Собрал на макетке побольше, затем на макетке поменьше, чтобы запихнуть в корпус от динамического микрофона LG:
Капсюль ф10 мм.
Вот что получил:
Странно, но разброс значений незначительный.
Оставил схему как референсную по шумам, THD и по чувствительности.
7. Микрофон Philips ME570 из
недавнего обзора.
Схема в очередной раз была изменена на свой вкус:
Капсюль поменял на всенаправленный ф10мм.
Питание изменил на 4В от LiIon аккумулятора:
THD по частотам:
Сравнив цифры с RFT mk102, остался доволен результатом.
8. Выводы
Потратив кучу времени на эксперименты, я имею право сделать некоторые выводы.
Коэффициент гармоник в первую очередь зависит от первичного приёмника звукового давления, т.е. непосредственно от микрофонного капсюля.
В меньшей степени коэффициент гармоник зависит от схемотехники. Если сложится, определюсь с какой-нибудь схемой и попробую собрать хоть какую-то статистику.
Схема Линктвитца разочаровала.
Нет никакого смысла резать дорожку электретного капсюля, чтобы получить посредственный результат. Во первых, никаких выдающихся характеристик схема не показала.
Во-вторых, если уж очень хочется, можно собрать макет с 16мм капсюлем и подходящем полевике. Поиграться и… разобрать.
В конечном итоге
выбор микрофона для измерения THD производится банальным перебором вариантов.
Всего то требуется суметь разобраться в куче цифр и выбрать. ))
Для меня сейчас два победителя: доработанный Philips570 и BM-700 с 2,2кОм в истоке.
Всем удачных экспериментов!
и можно ли верить заявленным производителем цифрам?
пс очень люблю хороший звук
Был у меня лет надцать назад забавный случай. Моя E-MU1616m внезапно стала звучать совсем иначе, субъективно «жирно» и «насыщенно». Прогнал лупбек в RMAA, а там КНИ под 10%, глянул форму синуса в секвенсоре — практически «ламповые» асимметричные «мягкие пЯтки». Оказалось случай типичный, вышла из строя аппаратная система мюта выходов [в исправном состоянии — во время вкл/выкл интерфейса и релейного переключения стандартов выходных уровней] на j-fet, и получился такой-себе софт-клиппер/гармонайзер. Зато как звучал-то животворяще! :)
Так начала дохнуть почти сразу, но тогда я думал на усилитель на колонки, на провода… Вобщем начинало понемногу шипеть, как провода с плохим контактом, а потом звук как моно становился, но один канал тише. Недавно обнаружил, что если водить пальцем по плате, то такой же эффект можно получить принудительно, и так же его «выключить».… Даже не пытался гуглить как это исправить. Пол сотни мелких электролитичесуих ёмкостей менять или просто пропаивать на толстой плате — как бы хуже не получилось.
Это я всё написал к тому, что высокая цена устройства не равна такому же качеству. Но всё-таки есть у неё хорошее свойство — совсем не шипит в паузах.
— SB Live! — хорошо.
— SB Live! 5.1 — неплохо, но чуть хуже 4-канальной Live!
— SB Audigy 2 — отлично (лучше Live!)
— SB X — написал бы «отлично», но после последнего апгрейда выяснилась неприятная особенность — во время игры в колонках стало слышно видеокарту. Связано с заменой БП — сейчас он дает только 12 В, остальные напряжения делаются из него.
Что касается именно X-Fi, насколько я помню, эта карта считалась достаточно неудачной.
вполне себе Lexicon Lambda можно за 50$ найти
Хотя нет, 5 баксов — справедливая цена за выхлоп с ненормированными скажениями, остальное там за фантомное питание, видимо. И за корпус с крутилками. Даа, крутилки одни баксов на 20 в рознице тянут.
Замер THD динамиков ( или АС) трудновыполним.
Например, любители приловчились измерять световой поток (Лм) лампочек и фонариков при помощи рассеивающей камеры и люксметра за 10 баксов.
А вот с THD динамиков даже у меня много вопросов…
Цифрам, заявленным производителем про-аппаратуры, верить можно, но эти цифры нужно ещё уметь читать. Например, если пишут «класс D, Кг = 0,01%», то это может соответствовать Кг=1% в классе АВ.
Чтобы никого не смущало, замазал.
От 9В не пробовал.
Да, если использовалась схема без ОУ, вы ставили дополнительный конденсатор, чтобы отсечь вредный в этой схеме постоянный ток с микрофонного входа карты?
А если использовали ОУ — то какой?
При значениях Uси<1В имеем триодные характеристики полевика.
Пробовал LF355, но при замере шумовой полки что-то пошло не так:
зы
Хотел к544уд1а использовать, но за ними >1000км ехать. ))
Итого, как мне кажется, вы несколько поспешно отложили схему с общим стоком. Полноценное питание, и нормальный современный рельсовый ОУ — и, возможно, она себя покажет.
Как его запитать при использовании в микрофоне с 48В питанием я еще не задумывался.
для измерительных миков шумы жизнь не портят ))
544уд1а проверял при экспериментах при переделке вм-800
как раз там была засада с шумами
Так что от 3в конечно можно запитать, но диапазон входных (и выходных) сигналов будет невелик.
плюс аккума — это будет земля (ака ноль для схемы)
минус аккума — это минус 4В относительно земли (на минус питания ОУ)
выход повышайки +30В относительно минуса аккума или +26В относительно земли — на плюс питания ОУ
доберусь по возможности
фильтровать после мт3608 особо не требуется, т.к. там частота более нескольких сотен кГц
В итоге если Кг микрофона составит 0,1% — это и будет разрешение измерительной установки, не густо. Но бытовые АС очень редко имеют искажения меньше 1%@1Вт, так что норм.
но всё это так и осталось в теории: нет возможности проверить