Нелинейные искажения

Нелинейные искажения представляют собой изменения формы колебаний, проходящих через электрическую цепь (например, через усилитель или трансформатор), вызванные нарушениями пропорциональности между мгновенными значениями напряжения на входе этой цепи и на ее выходе. Это происходит, когда характеристика выходного напряжения нелинейно зависит от входного. Количественно нелинейные искажения оцениваются коэффициентом нелинейных искажений или коэффициентом гармоник.

Нелинейные искажения при малой их величине изменяют тембр звучания, затрудняют раздельное восприятие звуков инструментов и голосов. При более сильных нелинейных искажениях появляются неприятные хрипы и дребезжание.

Нелинейные искажения изображены на рисунке.

Нелинейные искажения: а - сигнал прошел

через линейную цепь; б - на выходе

нелинейной цепи форма сигнала искажена.

При подаче "чистого" синусоидального тона на элемент схемы, имеющий нелинейную характеристику, на его выходе появляются отсутствовавшие на входе высшие гармоники, т.е. колебания с частотами, в целое число раз большими, чем частота основного колебания. Эти гармоники складываются с основным, "чистым" тоном, меняют его форму и придают звучанию новый тембр, как видно из рисунка.

Нелинейные искажения - явление, в общем, сложное и не однозначное, его числовое описание затруднено и даже иногда не возможно. На практике коэффициент нелинейных искажений определяют по отношению к каким-либо чистым тонам. В этом случае коэффициентом нелинейных искажений цепи или устройства называют выраженное в процентах отношение суммарного напряжения всех высших гармоник (или комбинационных частот) на его выходе к напряжению основного колебания. В первом случае это отношение называют коэффициентом гармоник, а во втором - коэффициентом комбинационных частот. Наиболее употребительным способом измерения нелинейных искажений является определение коэффициента гармоник.

Результаты исследований показали, что слушатель меньше замечает несимметричные искажения, когда наибольшей по амплитуде оказывается вторая гармоника, так как она находится в октаве с основной частотой. Симметричные искажения более заметны, так как третья гармоника получается очень большой и оказыва­ется в квинте с основной. При сужении полосы частот заметность искажения уменьшается. Это объясняется тем, что ряд гармоник и комбинационных составляю­щих оказывается за пределами передаваемого диапазо­на частот.

Как правило, нелинейные искажения наиболее вели­ки на низких частотах, поэтому нормы на них даются для нескольких диапазонов частот. С увеличением уров­ня сигнала нелинейные искажения растут, поэтому нор­мы на них дают раздельно для средних и пиковых уро­вней.

Нелинейные искажения чаще всего оцениваются е помощью коэффициента нелинейных искажений (КНИ)

где Xmn — амплитуды гармоник сигнала, начиная со вто­рой; Xm — амплитуда основной составляющей.