В этом тексте будут разрушены некоторые иллюзии и заблуждения. Простыми словами без формул и избыточного усложнения делается попытка прояснить этот вопрос с точки зрения аудиотехники.
Что такое меандр? На этот вопрос люди с высшим "радийным" образованием, как правило отвечают - это сигнал прямоугольной формы, который можно разложить в ряд Фурье... и далее по учебнику. А, вот вопрос - если можно разложить, то можно ли обратно сложить? Обычно вызывает замешательство.
Первое заблуждение. Меандр не является сигналом прямоугольной формы. Это по сути - "пакет" синусоидальных сигналов. А, выглядит он на экране осциллографа прямоугольным чисто виртуально, благодаря развертке осциллографа.
Эти прямоугольники, которые мы видим на экране, состоят из синусоиды основной гармоники и множества нечетных синусоидальных гармоник меньшей амплитуды.
То, что это так, в реальности можно подтвердить простыми практическими опытами. Если взять некоторое количество сигналов от синусоидальных генераторов и подать их на вход осциллографа - то можно наблюдать как набор синусоид - превращается в сигнал квадратной формы.
И, соответственно опыт обратного разложения. Если пропустить меандр через ряд полосовых фильтров, то на их выходе, осциллографом можно наблюдать синусоидальные гармоники. И никаких квадратов.
В подтверждение сказанному выше, меандр на анализаторе спектра выглядит следующим образом:
На экране спектроанализатора в координатах амплитуда/частота наблюдается основная гармоника и ряд четных гармоник. Теоретически меандр имеет бесконечный спектр, но практически в радиотехнике применяются сигналы обычно с ограниченным спектром до 10 - 20 гармоники.
На следующем рисунке показано формирование меандра из суммы гармоник.
Заблуждение второе. Меандр на экране осциллографа должен выглядеть точно так, как на фото в начале статьи. Меандр на экране - это сигнал симметричной формы с равными передним и задним фронтами, на "полках" которого должны наблюдаться гармоники высоких порядков.
Или так.
Следует отметить, что зачастую в литературе или на радиолюбительских форумах обычно приводятся сигналы, которые меандрами не являются. Такие сигналы скорее всего можно назвать импульсными с произвольным спектром. Например:
Сигнал типа меандр сформировать или получить лабораторным методом достаточно сложно. Обычно в качестве меандра любителями используются калибровочные сигналы осциллографов, самодельных генераторов или любые другие сигналы похожие на меандр. Эти сигналы обычно используются для проверки аудио аппаратуры, усилителей в том числе. Стоит отметить, что такие измерения вызываю крайнее сомнение.
Например, зачастую в качестве примера измерений приводятся осциллограммы меандров, как на трех последних рисунках выше, но дело в том, что судить по этим осциллограммам ни о чем нельзя. Поскольку для тестирования, например усилителя нужно добиваться неискаженного усиления меандра, а для этого необходимо рассматривать не только осциллограмму на выходе того же усилителя, но и на его входе в сравнительной оценке.
Для однозначного испытания аудиотехники сигналом типа меандр необходимо иметь тестовый сигнал с калиброванным количеством и уровнем гармоник. В настоящее время такие сигналы лучше всего синтезировать не аналоговым, а цифровым методом, звуковыми картами и специальным программным обеспечением. Причем стоить отметить, что для аудиофильских измерений нужно использовать меандры максимум с частотой 2 кГц. Поскольку у звуковых карт, как правило полоса ограничена 20 кГц, то меандр в 2 кГц с первыми 10 гармониками в эту полосу укладывается. А, гармоники меандров выше 2 кГц будут находится вне полосы пропускания, что обрежет гармоники меандра и делает такие измерения малоинформативными. Оптимальной тестовой частотой меандра, полученного с звуковой карты можно считать 1 кГц и гарантировано первые 20 гармоник в полосе пропускания.
Для чего нужно исследовать аудиотехнику сигналами типа меандр?
Основная цель таких испытаний это быстрая оценка полосы пропускания. Но, кроме этих стандартных оценок можно проводить и более сложные тесты. Например по форме меандра можно оценить устойчивость усилителя, по отсутствию выбросов на фронтах. Кроме этого, важнейшим тестом является оценка равенства скоростей нарастания и спада фронтов.
В общем виде если на вход усилителя подать меандр с соответствующим количеством гармоник в полосе его пропускания то для качественного усилителя или иного звукового устройства форма сигнала на его входе и выходе должна точно соответствовать и не искажаться. Такие измерения лучше проводить двухлучевым осциллографом, где один луч индицирует входной сигнал, а второй луч - выходной. Например, как на фото ниже:
На этом фото в качестве примера приведен тест усилителя Neoclassic. Полоса пропускания осциллографа 5 МГц. Меандр сформирован звуковой картой, частота 1 кГц с гармониками 1-20. Верхний луч это сигнал на входе усилителя, нижний луч это сигнал на выходе усилителя, нагруженного на эквивалент нагрузки. Стоит отметить по результатам теста, что сигналы входа и выхода совершенно идентичны. Таким образом усилитель не вносит никаких изменений в сигнал и не формирует никаких паразитных колебаний, демонстрируя хорошую устойчивость.
Если Вам пытаются в качестве доказательства качества или демонстрации еще каких других параметров - демонстрировать картинку на выходе, например усилителя, то задайте вопрос - а что было подано на вход и попросите продемонстрировать и входной и выходной сигнал в сравнении, для того, что бы увидеть реальную способность устройства усиливать сигнал, такого типа.