Vzájemné závislé vlastosti a vztahy pro výpočet, vyvážení a amplitudová nelinearita

By | 28.5.2004

Často se stává, že potřebujeme udat hodnotu jedné vlastnosti v závislosti na určité hodnotě jiné vlastnosti. Například vstupní výkon zesilovače omezený zkreslením, stanovený pro určitou hodnotu celkového harmonického zkreslení. V tomto případě je nezbytné převzít jednu z vlastností jako danou podmínku. Doporučuje se převzít takovou vlastnost, která je specifikovaná jako referenční, nebo je výrobcem dána libovolně v jistých praktických mezích.

Výkon

Hladina výkonu se počítá podle vzorce L(re Pref)=10log(P/Pref), kde Pref je referenční hodnota výkonu. Obvykle se volí 1W nebo 1mW. Podle zvolené referenční úrovně se výkon vyjadřuje v dB(W) nebo dB(mW). Nepoužíváme-li referenční hodnotu, můžeme použít vzorce pro výpočet relativní hodnoty výkonu L=10log(P1/P2).
Výkon dostupný ze zdroje je největší výkon, který je zařízení schopno dodávat do své zátěže. V případě zdroje o hodnotě ems Es a vnitřním odporu Rs je dostupný výkon dán vztahem Es^2/4Rs. Vzorec je však platný pouze za předpokladu, že maximální výstupní proud Imax je větší nebo roven Es/2Rs. Jinak platí vzorec (Es-ImaxRs)*Imax.
Dostupný výkonový zisk je poměr výstupního výkonu P2 dodávaného zařízením do zátěže k dostupnému výkonu P1 ze zdroje. Lze ho vyjádřit buď jako přímý poměr P2/P1 nebo v dB podle vztahu 10log(P2/P1).

Napětí

Úroveň napětí se počítá podle vzorce Lu=20log(U/Uref), kde Uref je referenční napětí. Referenční napětí je přednostně 1V, jiná můžou být 1mV a 1μV. Pro telkomunikace a rozhlasové účely se používá Uref=0,775V. Příklad: 100 mV může být označeno jako -20dB(V), -18dB(0,775V), +40dB(mV), +100 dB(μV).
Napěťový zisk je poměr výstupního napětí U2 ke vstupnímu napětí U1. Můžeme ho vyjádřit buď jako přímý poměr G=U2/U1 nebo v dB podle vztahu Lg=20log(U2/U1).
Zisk ems (celkový napěťový zisk) je poměr výstupního napětí U2 k ems zdroje. Lze ho vyjádřit buď jako přímý poměr nebo v dB. Většinou je ems zisk specifikován za podmínek maximálního zisku a U2 je rovno hodnotě získané za běžných pracovních podmínek.

Vyvážení

– vstupní brány
O nějaké vstupní bráně můžeme říct že je vyvážená tehdy, když její 2 vstupní svorky mají stejnou hodnotu vnitřní impedance vzhledem k referenčnímu bodu a jsou určeny pro příjem signálů o stejné velikosti, ale které mají vzhledem k tomuto bodu opačnou polaritu. Referenční bod může být udržován na stále stejném potenciálu (např. zemním) nebo elektricky izolován, nebo může být nepřístupný. V posledních dvou případech mluvíme o plovoucím vstupu a kostra (může být uzemněná) je používaná jako referenční bod. Nezbytným požadavkem pro účelnou funkci vyváženého vstupu je účinné potlačení signálů o souhlasném vstupním napětí, tzn. signálů, které jsou přivedeny současně na obě vstupní svorky a které, jestliže je měříme vzhledem k určitému referenčnímu bodu, jsou ve všech ohledech identické.

-výstupní brány
O nějaké výstupní bráně můžeme říci, že je vyvážená tehdy, když její 2 výstupní svorky mají stejnou hodnotu vnitřní impedance vzhledem k referenčnímu bodu a jsou určeny pro dodávání signálů o stejné velikosti, ale které mají vzhledem k tomuto bodu opačnou polaritu. Referenční bod může být udržován na stále stejném potenciálu (např. zemním) nebo elektricky izolován, nebo může být nepřístupný. V posledních dvou případech mluvíme o plovoucím vstupu a kostra (může být uzemněná) je používaná jako referenční bod.

Šum

Šumové napětí je napětí U2 na výstupu zařízení přičemž na vstup není přiveden žádný užitečný signál.
Poměr signál-šum je dáno vztahem 20log(U2/U2) přičemž poměr U2/U2 je poměrem referenčního výstupního napětí U2 k šumovému napětí U2.

Amplitudová nelinearita

Způsobuje , že se na výstupním signálu objevují složky, které nejsou na vstupním signálu přítomny.

Harmonické zkreslení
je amplitudová nelinearita vyjádřená jako poměr harmonických kmitočtů ve vstupním signále k celkovému výstupnímu signálu, je-li na vstup přiveden sinusový signál. Signály mohou být vyjádřeny jako výkon, napětí nebo akustický tlak.

Nejjednodušší metodou stanovení amplitudové nelinearity je měření harmonického zkreslení používající sinusový signál. Nedostatkem této metody však je, že charakter sinusového signálu je v některých ohledech odlišný od charakteru skutečného zvukového signálu a skutečnost, že amplitudy produktů harmonického zkreslení některých součástí (např. reproduktorů) se značně nepravidelně mění s kmitočtem.

Přeslech a separace ve vícekanálovém zařízení

Ve vícekanálovém zařízení mohou pronikat signály od jednoho kanálu do jiného v oslabené, případně zkreslené formě. Vliv signálu na jiný kanál může být popsán výrazy termíny útlum přeslechu nebo separace.

-útlum přeslechu(z A do B)
Hodnotu v dB počítáme takto 20log((Ua)a/(Ub)a), kde (Ua)a je jmenovité výstupní napětí kanálu A a (Ub)a je výstupní napětí kanálu B, způsobeného jmenovitým napětím přivedeným na vstup kanálu A.

-separace(A z B)
Hodnotu v dB vypočteme takto 20log((Ua)a/(Ua)b), kde (Ua)a je jmenovité výstupní napětí kanálu A a (Ua)b je výstupní napětí kanálu A způsobené jmenovitým napětím přivedeným na vstup B.

-útlum a separace jsou číselně shodné jen když (Ub)a=(Ua)b a (Ua)a=(Ub)b.

Akustické vlastnosti

Hladina akustického tlaku v dB se spočte 20log(p/p0), kde p je uvažovaný akustický tlak a p0 je referenční akustický tlak (standartně je p0=20μPa).
Hladina akustického výkonu se určí Lp=10log(P/Pref), kde P je uvažovaný akustický výkon a Pref referenční akustický výkon (standartně je Pref=1pW).

Polarita

Označení polarity je indikace udávající vzájemnou polaritu signálu na vstupu a výstupu zařízení.

Svorka elektroakustického měniče má kladnou polaritu, když je pohyb membrány dovnitř, jaho výsledek vnějšího akustického tlaku, vyvolá kladné okamžité napětí na této svorce vzhledem k jiné svorce, nebo když kladné okamžité napětí na této svorce vyvolá pohyb membrány směrem ven.

U zesilovačů je nutno zvolit polaritu buď na vstupu nebo na výstupu. Tato volba může být ovlivněna návrhem konektorů z nichž některé mají kolíky u nichž je polarita určena dohodou.

Napsat komentář