Слуховые ощущения (продолжение)
Частотная область добавка 2011.02.02
Решил полностью переписать эту часть, оставив рисунки.
Частотные искажения в сигнале, проявляющиеся в появлении новых гармоник, не содержащихся в исходном сигнале, принято делить на гармонические и интермодуляционные.
Гармонические искажения (являющиеся по сути своей частным случаем интермодуляционных искажений, когда гармоник много) проявляются в появлении дополнительных гармоник, отсутствующих в исходном синусоидальном сигнале некоторой частоты.
Для сигнала на входе с частотой F, на выходе появляется сигнал с частотами N*F, где N- целое.
Измерять гармонические искажения не сложно, а вот с интерпретацией все не так просто. Я предлагаю еще один вариант интерпретации результатов замеров.
Рассмотрим рисунок, где отображен среднестатистический спектр музыкального сигнала для классической музыки и ряд гармоник к ней с уровнем -60дБ относительно основной.
Сразу стоит оговориться, что среднестатистический - это как средняя температура по больнице. Смысла особого не имеет, но дает общее представление. Что мы видим? Гармоники сильно обогащают диапазон от 300Гц. А еще мы видим, что чем выше порядок гармоники, тем сильнее ее влияние в ВЧ области. Т.е. искажения от 11 гармоники на частоте 20кГц находится на уровне -14дБ относительно основного сигнала. Чтобы узнать суммарное воздействие - необходимо гармоники сложить.
Замечу, что здесь мы учитываем только гармонические искажения, считая, что интермодуляционных искажений не возникает. Фиолетовая линия - примерная сумма гармоник. В наиболее чувствительной для слуха области 400-5000 количество искажений значительно. Они находятся на уровне -36дБ для частоты 1.5кГц, и растут по отношению к основному сигналу с увеличением частоты. Хотя мы и рассматривали среднестатистический спектр, общую картину проследить можно.
Чем выше номер гармоники, тем больше ее влияние в ВЧ области. Суммарное воздействие гармоник проявляется уже в среднечастотном диапазоне.
Это представление является в значительной степени ущербным, т.к. на рисунке я попытался выделить влияние гармонических искажений в приложении к реальному сигналу. Смысл рисунка – показать, что при рассмотрении только гармонических искажений, отношение полезного сигнала к помехе, вызванной гармоническими искажениями, падает с ростом частоты. Этот фактор напрямую связан с разборчивостью.
Повторюсь, это лишь один из вариантов обоснования. Есть и другие варианты, как, например, в работе Чивера, широко обсуждавшейся на просторах рунета. Для меня лично работа Чивера была интересна для ознакомления, но я с ним не согласен. Практика прослушивания подтверждает наличие зависимости разборчивости музыкального материала от количества гармоник на синусе при замерах. Даже небольшие уровни (чуть выше шумовой полки) гармоник высокого порядка существенно влияют на разборчивость.