Всем Доброго Аудифильского!
Я тут в прошлой статье цикла разговоров про Точный Звук понаписал всякого. И наобещал там всякого продолжить разбирать. И сегодня будем разбираться с 3й гармоникой.
Про нее часто говорят, что ее нужно избегать. Особенно в случае магнитной записи. И сегодня разберемся, что это за зверь, и чем она так плоха или наоборот хороша, настолько, что порой становится плоха?
***
Но сначала обобщим основы.
1. Точный звук для человека наиболее востребован, при конструировании систем активного звукоподавления. В других ситуациях он может не слышать разницы, или иметь субъективные предпочтения иного характера, которые будет считать за более Точный Звук, нежели на Точный Звук на самом деле.
2. Точный звук актуален для систем исследования надежности механизмов, при компьютерной оценке шума возникающего во время их работы.
3. В 21м веке наиболее благоразумно заниматься Точным Звуком с позиций именно первых 2х пунктов, а не с целью создания системы для развлечения.
***
Ну вот теперь можно про третью гармонику.
фото отсюда https://tuseti.ru/services/kak-nazyvaetsya-liniya-svyazi-linii-svyazi-provodnye-linii.html
Фото с виду не совсем по теме, но на самом деле оно наиболее полно отображает критически важные моменты.
Вы их начнете видеть после прочтения этой статьи.
Итак. Прежде, чем ругать 3ю гармонику мы начнем с с позитивного взгляда на нее.
Прежде, чем делать технический разбор этой гармоники, мы начнем с изучения устройства ушей человеческих.
Вы слышите этот парадокс? Только что призывал абстрагироваться от человека, для понимания 3й гармоники, а сам такой раз. Мы сначала с человека ее изучать начнем.
Что за дела вообще?
Ну вот такая она не простая эта 3я гармоника. И полноценное ее понимание, все таки требует понимания ее и в технике, и в реакциях на нее человека.
***
Итак слух человеческий.
У нас есть много мифов про этот слух. Тут как со зрением. Считается, что динамический диапазон зрения человеческого, он как ХДР-Фото, что из нескольких кадров с разным ИСО, за чет чего получается захват разных диапазонов яркости окружающего мира.
Т.е. с одной стороны наше зрение видит без всяких примочек где-то на уровне фотика с ИСО на 51200. И при том с выдержкой в 1/25 сек, и как минимум в 3 кадра на ИСО 51200, 1600 и 100 разом.
Но это не так. Если мы включаем наше зрение на 51200, то стоит нам люстру включить, как мы минуты на 3 ни о каких переходах на ИСО 100 и не помышляем.
Вот тоже самое и со слухом. Нет у него этого диапазона 20 - 110 Дб разом.
Там так же. 40 Дб с перестройкой по громкости.
Причем за громкость отвечает мышца. Она самая маленькая в оргранизме человека. Когда она напрягается она зажимает барабанную перепонку.
И при этом она вот именно мышца. Она растет при нагрузках. Т.е. чем громче звук вокруг, тем сильнее она зажимает перепонку. И при этом становится крупнее в размерах, и тем самым в расслабленном положении тоже зажимает слух.
Правда она достаточно быстро отрафируется. Т.е. если вы словите пробку и походите с ней пару недель, и потом промоете уши.
То на перепонку приходил кучу времени ослабленный сигнал. И потому она ничего не зажимала, и уменьшалась в размерах. И как итог после промывания она напрягается, даже от мирного шепота.
Но зажать перепонку выше 60 Дб не может. А потому вам может быть больно, если вы окажетесь в повышенном шуме сразу после промывания.
Мышце теперь нужно заново натренироваться. Но когда она это сделает она снова подзажмет тихие звуки. Потому, что в расслабленном положении все равно ее габариты будут перепонки зажимать.
Я не буду сейчас о долговременном воздействии громкого звука говорить.
Сейчас нам важнее, что происходит, когда мы втапливаем музыку погромче?
Правильно. Мышца зажимает перепонку. И тут начинается шоу с сигналом. Ведь в этот момент резко возрастает КНИ!!!
И возрастает аж до 20 процентов. Т.е. на тихих звуках он был скажем процентов 5. А на громких он топит аж под 20.
На данный момент ученые еще не смогли померить, какие там гармоники. Но вот прозрачность, плотность и яркость звучания, которая при этом возникает, она как раз характерна для 3й гармоники.
Т.е. это именно преобладание 3й гармоники, приводит к той объемности и шикарности звучания, которое возникает при высокой громкости.
И это нам ведь жутко нравится!!!
***
Но стоп. Почему же тогда в электро-технике все наоборот???
Ну главное уже услышано. Одно дело человеческий слух, а другое техника. И как именно она отрабатывает возникновение в сигнале 3й гармоники.
И вот тут-то начинаются чудеса и сложности.
Дело в том, что при некоторых фазовых сочетаниях, вызыванных например разными паразитными емкостями транзисторов в Диф-Каскаде, генеренация второй и третей гармоник происходит с разной фазой, которая то и дело складываются в нелинейный сигнал, форма которого, очень сильно похожа на "полочку меандра".
И вот стоит только этой "полочке" в конденсатор попасть, как тут же возникает разговор о Линии Передачи, про которую фотка.
К этой линии внезапно возникают повышенные требования как по НЧ части спектра, так и по ВЧ.
Проще говоря эта "полочка" требует полосу пропускания от 0.1 Гц и до 100 кГц для звукового спектра частот. В крайнем случае от 10 Гц до 28 кГц.
А иначе мы внезапно получаем просадку динамической составляющей сигнала, и бурные шумы коммутации.
На слух это воспринимается как мутный, смягченный звук, который то и дело или стекленит, или еще каким микро-перегрузиком балуется.
Помните разговор про Советкие ОУ типа К174УД2? Индекс могу путать.
Его ставили в Олимп 003. И там как раз и стекленит, и микро-перегзуры. А в 005м Олимпе это дело вообще до беспредела пошло. Их там 3 штуки на канал поставили.
Дело в том, что Диф-Каскад, он как бы... очень хорошо подавляет вторую гармонику, и очень хорошо генерирует третью. (Она для него нелинейность второго порядка, а первичные решения по подавлению нелинейности, они как раз давят нелиейности первого порядка и усиливают нелинейности второго.)
И при включении без ООС его можно смело называть генератором 3й гармоники.
Но когда ООС его давит, нужно понимать, что через всю схему УНЧ проходит нелинейный сигнал с 3й гармоникой, которая пропадает только на выходе.
Помните, я декабре спалил модуль УНЧ, борясь с шумами? Я сделал предусилитель, что генерирует вторую гармонику, причем с управлением ее уровнем за счет напряжения питания.
И вот борясь с шумами, я случайно оицепил землю, что привело к тому, что 24 Вольта попали во вход модуля усилителя мощности, с приличной продолжительностью по времени. Т.е. на инфразвуковой частоте.
Причиной было то, что я туда кондеры с немерянной емкостью зарядил. А зачем я их туда зарядил???
Вот вот. Я делал генератор гармоник. И мне важно было избежать избежать просадки динамических характеристик вызванных 3й гармоникой.
Но это я на дискретных транзисторах собирал. Там запросто можно любой электролит лошадиных габаритов поставить.
А как быть с пикофарадниками в микросхемах?
Правильно. Там диф-каскад на входе есть? Есть.
И как же быть?
Тут 3 способа.
1. Сделать выход критически важной линии передачи сигнала на внешнюю обвязку и в типовой схеме включения указать приличный электролит.
2. Сделать схему двойного, а то и тройного паралельного усиления сигнала. Таким образом шунтируется критически узкое звено.
3. Сделать МДМ ОУ. Это когда внутри там ЧМ модуляция. Там ваш 0.1 Гц на самом деле 100 мГц будет.
Понятно, что 2 нижних способа стоят денег.
А вот когда ОУ из серии раза в 2-3 дешевле чем, дискретная схема с диф-каскадом. Когда он стоит рублей 80, а схема на транзисторах по 3 рубля с обвязками, да на 2 канала рублей на 130 выходит.
То тут или делать выход на внешний конденсатор. Что на самом деле тоже не идеал. Все равно стекленит.
Или делать некоторое Аудиофильство. Которое демонстрирует, например, знаменитый супер-бюджетный ОУ начинающийся с букв NE. Он реально дешевле, чем 2 канала на диф-каскаде на дискретных компонентах.
Там у него жирный бас, который призван замаскировать все остальное. Хотя просадка по дианамичским характеристикам все равно слышна. И то, что он ее забасовывает.... пожалуй это еще сильнее усугубляет ситуацию. Но Аудиофильский метод маскировки искажений на лицо!!!
***
Т.е. самое главное. Диф-Каскад - первый источник 3й гармоники в электронике. И для устранения ее проблем, нужно ставить конденсаторы большой емкости, по солидным ценам.
Скажем прямо они будут самой дорогой частью предварительного усилителя. Причем в несколько раз дороже всех остальных деталей вместе взятых.
При этом в самом звуке 3я гармоника придает плотности, яркости и прозрачности.
Но если в электронике, с не подготовленным трактом, начать ее генерировать, то будет наоборот грязный мутный звук.
***
Тут же важный технический момент. Лента типа металл в аудиокассетах, тоже шалит по части 3й гармоники.
Природа ее в том, что эта лента хорошо намагничивается, но вот перемагничивание у нее стойкое. И как следствие этого подмагничивание не успевает стирать 3ю гармонику, что возникла при записи.
Тут момент в том, что есть деки, которые зачем-то заточены на 10 - 28 кГц.
И если с верхами все ясно. Их много не бывает. То зачем басы? И вот теперь вы знаете зачем там такие басы. Это гарантия того, что 3я гармоника даст плотный, яркий и прозрачный звук, а не грязь со стеклотарой в призвуках.
***
Ну вот как-то так на сегодня.
Спасибо, что дочитали!
