Janne Ahonen sanoi:
Toisen kertaluvun särötulokset ovat kaukana perustaajuuksista (f1-f2 ja f2-f1), mutta kolmannen kertaluvun särötulokset ovat itse harmonisten taajuuksien vieressä (2*f1-f2 ja 2*f2-f1). Esim. 5. ja 7. harmonisten 3. kertaluvun särötulokset muodostuvat 3. ja 9. harmonisille. Tämä ilmiö näkyy selvästi spektrimittauksissa joissa vallitseva särötyyppi on pariton (esim. PP-esityksen sivut 29 ja 30), joten laittamalla tytärsignaalit tyhjiin kohtiin, kolmannen kertaluvun keskeismodulaatiotulokset tulevat esiin.
Tietenkin tämä voidaan korjata lisäämällä mainitut tytärsignaalit parillisten harmonisten taajuuksille, jolloin niiden tuottamat esim. kolmannen kertaluvun särötulokset osuvat spekrin tyhjiin kohtiin. Jää vaan hiukan kyseenalaiseksi vaikuttaako äitisignaali tällöin lainkaan särötuloksiin. Yksi tapa olisi jättää kahden harmonisen väliin aina 2 tyhjää paritonta harmonista jolloin parittomien kertalukujen säröt eivät katoaisi itse signaalin alle, eli signaalissa olisi esim. harmoniset 5,7,13,15,21,23 jne.
Tässä ei taidakaan olla ennakkotiedoista poiketen kyseessä vaan yksi kaikenkattava signaali, vaan ainakin 3 tai 4 erilaista mittasignaalia joita kuitenkin joutuu vaihtelemaan tai ruuvaamaan
t. Janne
Mukavaa keskustelua
Luonnollisesta mittasignaalista on kehkeytynyt oikein mukava keskustelu. Kun olen lueskellut kavereiden kommentteja, niin olen saanut aika kivoja kehitysideoita. Ajatustenvaihto on aina terveellisempää kuin mietiskellä asioita yksikseen, sillä naapuri näkee asiat jotenkin eri tavalla. Vasta tällaisessa vuorovaikutuksessa syntyy jotain uutta.
Jo ensimmäisissä mittauksissa havaitsin, että pelkkä äitisignaali on nykyisille vahvistimille vähän liian helppo. Jos vahvistin ei muodosta parillisia harmonisia (vuorovaihevahvistimet) siniaaltomittauksessa, niin silloin se vaurioittaa melkoisen vähän äitisignaaliakin. Parillisia harmonisia muodostava tavallinen transistoriaste antaa äitisignaalilla oikein selvät särölukemat (PP-esitys, dia 24), mutta parittomia harmonisia muodostava vahvistimen ylimenosärö (PP-esitys, dia 36) ei aiheuta äitisignaalille suurtakaan haittaa. Juuri tästä syystä päätin silloin pistää mittasignaaliin vähän lisää tavaraa, jotta parillisia harmonisia muodostamaton vahvistin ei saisi mittauksissa liian paljon hyvitystä. Tämä päätös johti tytärsignaalien lisäämiseen.
Aluksi aioin lisätä vain sellaisia tytärsignaaleja, jotka olisivat perustaajuuden parittomia harmonisia. Näin menetellen spektriin ei tullut lisää taajuuksia. Koemittauksissa huomasin, että tämä toimenpide ei vielä kiusaa nykyisiä vahvistimia tarpeeksi, ja siksi päätin sallia myös sellaiset tytärsignaalit, jotka olivat perustaajuuden parillisia harmonisia. Aluksi käytin testeissäni vain perustaajuuteen vaihelukittuja tytärsignaaleja, mutta tulin sitten siihen tulokseen, että sweeppaavat tytärsignaalit ovat hyvin hyödyllisiä esim. taajuusvasteen mittauksessa. Spektrianalysaattorilla on ihan kiva katsella särökomponenttien vaeltamistakin, kun tytärsignaalien kantoaaltoa säätää hitaasti käsin.
Kaikissa testeissäni olen huomannut, että epälineaarisuuden alkaessa ensimmäiset särökomponentit alkavat ilmestyä aina taajuuksille 275 Hz tai 550 Hz, ja vasta särön lisääntyessä alkaa ilmestyä särökomponentteja muillekin taajuuksille. Siksi olenkin monesti maininnut, että vahvistimen laatu voidaan testata vain tarkastelemalla näille kahdelle taajuudelle (f ja 2*f) muodostuvaa säröä. Jos kummallekin taajuudelle muodostuva särö on 60 dB alle referenssitason, niin silloin vahvistin on kohtuullisessa soittokunnossa kaikkien säröjen osalta. Väite perustuu käytännön mittauksiin, mutta olisi mukava, jos joku suorittaisi asian matemaattisen tarkastelunkin. Itselläni ei paukut tähän riitä.
Selitys sille, että särötulokset syntyvät ensiksi taajuuksille f ja 2*f on varsin yksinkertainen. Äitisignaalin kaksi ensimmäistä komponenttia 3*f (amplitudin kerroin 1/3) ja 5*f (amplitudin kerroin 1/5) ovat amplitudiltaan kaikkein vahvimpia, joten epälineaarisessa vahvistimessa ne ovat ”kukkona tunkiolla”. Toisen kertaluvun särötulos on 5*f – 3*f = 2*f ja kolmannen kertaluvun särötulos vastaavasti 2*3*f – 5*f = f . Koska näin mukavasti on asia, niin päätin jättää äitisignaalin alueen f< 3*f vapaaksi itse signaalikomponenteista (tytärsignaalit, kantoaalto oltava suurempi kuin 4*f), jotta särötulokset taajuuksilla f ja 2*f olisivat mahdollisimman helposti mitattavissa vaatimattomillakin vehkeillä (kahdella selektiivisellä aktiivisuotimella).
Kun lisäsin tytärsignaalit äitisignaaliin, niin halusin lisätä signaalin mittaustehoa korvan herkimmällä kuuloalueella, jotta sille alueelle muodostuvat säröt saataisiin paremmin esiin. Juuri siitä syystä PP-esityksessäkin käytetyt tytärsignaalit ovat taajuuksilla 13*f ja 15*f sekä 14*f ja 16*f .
Kokeiluissa olen myös havainnut, että jos siniaallolla mitattaessa särö on alle 1 %, niin sellaisissa tapauksissa Luonnollisella mittasignaalilla mitatessa ei särökomponentteja häiritsevässä määrin muodostu itse signaalitaajuuksille. Jos siniaallolla mitattu särö on luokkaa 3 %, niin silloin särön muodostuminen signaalitaajuuksille on joissakin tapauksissa havaittavissa, ja silloin tehokkaan Luonnollisen mittasignaalin käyttö on jo turhaa. Juuri tästä syystä olen suorittanut testimittaukset 1 %:n tasolla. Tällöin saadaan vaatimattomallakin analysaattorilla selkeä näyttö säröistä, mutta liian suuren särön haittavaikutukset eivät vielä tule sanottavasti esiin. HiFi laitteiden särön tulee olla reilusti pienempi kuin 1 %, joten suurilla särötasoilla mittaamisessa ei ole mitään mieltäkään.
Koska olen käytännön mies, niin koemittausten perusteella minulle tuli ajatus, miten Luonnollisella mittasignaalilla pitäisi kaikki äänitaajuuslaitteet testata tutkimalla vain taajuuksille 275 Hz ja 550 Hz muodostuvia särökomponentteja. Ensiksi pitäisi suorittaa ylimalkainen testimittaus siniaallolla, jotta varmistutaan siitä, että ollaan Luonnollisen mittasignaalin oikealla mittausalueella. Särö siniaaltomittauksessa olisi hyvä olla alle 1 %, jotta Luonnollisella mittasignaalilla mitattaessa intermodulaatiotulokset eivät vielä sanottavasti muodostu itse signaalitaajuuksille. Tämän jälkeen mitataan kohde pelkällä äitisignaalilla ja kirjataan ylös 275 Hz:n ja 550 Hz:n särölukemat. Sen jälkeen mitataan samoille taajuuksille muodostuvat säröt käyttäen parittomilla harmonisilla olevia tytärsignaaleja ja sitten samat mittaukset käyttäen parillisilla harmonisilla olevia tytärsignaaleja. Tämän jälkeen laskettaisiin kokonaissärö jonkun kaavan mukaan kaikista kolmesta mittauksesta. Jonkun viisaan matemaatikon pitäisi vain ensin määrittää se, mikä tämä sopiva laskentakaava olisi, joka antaisi vertailukelpoiset tulokset. Tästä syystä en ole PP-esityksessäkään yrittänyt laskea särökertoimia. Tehtävän selvitäminen olisi oiva diplomityön aihe jollekin innokkaalle teekkarille.
Jos vahvistin mitataan esittämälläni tavalla, ja kaikki 275 Hz:n ja 550 Hz:n särötulokset jokaisessa mittauksessa ovat yli 60 dB (särö < 0,1 %) referenssitason alapuolella, niin voidaan olla vakuuttuneita siitä, että vahvistin on riittävän hyvässä soittokunnossa. Minkään tunnetun särötyypin ei silloin pitäisi haitata kuuntelua.
Mittausterveisin
Kalervo Kuikka