Кіріспе
Сигналдағы гармоникалық бұрмалауды өлшеу. Толық гармоникалық бұрмалау (THD немесе THDi) – сигналдағы гармоникалық бұрмалаудың өлшемі және ол барлық гармоникалық компоненттердің қуаттарының қосындысының негізгі жиіліктің қуатына қатынасы ретінде анықталады. Бұрмалау коэффициенті, осымен тығыз байланысты термин, кейде синоним ретінде қолданылады. Аудио жүйелерде бұрмалау деңгейі төмен болса, динамиктер, күшейткіштер, микрофондар немесе басқа да жабдықтар аудио жазбаны дәлірек қайта жасайды. Радиобайланыста THD деңгейі төмен құрылғылар басқа электрондық құрылғыларға аз кедергі келтіреді. Гармоникалық бұрмалау құрылғыдан шығатын сигналдардың жиілік спектрін кіріс жиілігінің еселігіне сай сигналдарды қосу арқылы кеңейте алатындықтан, жоғары THD-ға ие құрылғылар спектрді бөлісу және спектрді сезіну сияқты қолданулар үшін тиімсіз. Электр жүйелерінде THD деңгейі төмен болса, шыңдық тоқтар азаяды, жылу шығыны төмендейді, электромагниттік сәулелену азаяды және моторлардағы темірдің жоғалтуы төмендейді. IEEE std 519 2014 электр қуат жүйелерінде гармоникалық басқару бойынша ұсынылатын тәжірибе мен талаптарды қамтиды.
The total harmonic distortion (THD or THDi) is a measurement of the harmonic distortion present in a signal and is defined as the ratio of the sum of the powers of all harmonic components to the power of the fundamental frequency. Distortion factor, a closely related term, is sometimes used as a synonym. In audio systems, lower distortion means the components in a loudspeaker, amplifier or microphone or other equipment produce a more accurate reproduction of an audio recording. In radio communications, devices with lower THD tend to produce less unintentional interference with other electronic devices. Since harmonic distortion can potentially widen the frequency spectrum of the output emissions from a device by adding signals at multiples of the input frequency, devices with high THD are less suitable in applications such as spectrum sharing and spectrum sensing. In power systems, lower THD implies lower peak currents, less heating, lower electromagnetic emissions, and less core loss in motors. IEEE std 519 2014 covers the recommended practice and requirements for harmonic control in electric power systems.
THD+N
THD+N – жалпы гармониялық бұрмалау және шу. Бұл өлшем құрылғылар арасында жиірек кездеседі және оларды салыстыруға ыңғайлы. Ол әдетте синусоидтық толқынды беру арқылы, шығысты сүзгілеп, және синусоидтық толқынсыз және осы толқынмен шығыс сигналының арақатынасын салыстыру арқылы өлшенеді: THD өлшемі сияқты, бұл RMS амплитудаларының арақатынасы болып табылады және THDF (жолақты сүзгіленген немесе негізгі жиілік бөлігімен есептелген) немесе, көбінесе, THDR (жалпы бұрмаланған сигнал бөлігімен есептелген) түрінде өлшенеді. Мағыналы өлшем үшін өлшеу жолағының ені ескерілуі керек. Бұл өлшемге жерге қосылған қуат желісінен келетін шу, жоғары жиілікті кедергілер, осы тон мен негізгі тон арасындағы интермодуляциялық бұрмалау және т.б. әсерлері, сондай-ақ гармониялық бұрмалау да кіреді. Психоакустикалық өлшемдер үшін А салмағы немесе ITU R BS.468 сияқты салмақ қисығы қолданылады, ол адам құлағы үшін ең жақсы естілетін дыбыстарды күшейтуге арналған, бұл өлшеудің дәлдігін арттырады. Салмақ – бұл әр адамның құлағының жиілік сезімталдығын бағалаудың жуық шамасы, себебі ол құлақтың сызықты емес қасиеттерін ескермейді. Цвикер ұсынған дыбыс күшін бағалау моделі осы күрделіліктерді қамтиды. Модель неміс стандарты DIN45631-де сипатталған. Белгілі бір кіріс жиілігі мен амплитудасы үшін THD+N, егер екі өлшем де бірдей жолақтықта жүргізілсе, SINAD-қа кері пропорционалды болады.
Like the THD measurement, this is a ratio of RMS amplitudes, and can be measured as THDF (bandpassed or calculated fundamental as the denominator) or, more commonly, as THDR (total distorted signal as the denominator). A meaningful measurement must include the bandwidth of measurement. This measurement includes effects from ground loop power line hum, high frequency interference, intermodulation distortion between these tones and the fundamental, and so on, in addition to harmonic distortion. For psychoacoustic measurements, a weighting curve is applied such as A weighting or ITU R BS.468, which is intended to accentuate what is most audible to the human ear, contributing to a more accurate measurement. A weighting is a rough way to estimate the frequency sensitivity of every persons' ears, as it doesn't take into account the non linear behavior of the ear. The loudness model proposed by Zwicker includes these complexities. The model is described in the German standard DIN45631
For a given input frequency and amplitude, THD+N is reciprocal to SINAD, provided that both measurements are made over the same bandwidth.
Өлшем
Таза синустық толқынға қатысты толқынның бұрмалануын THD анализаторы арқылы шығыс толқынын құрамдас гармоникаларға талдау және әр гармониканың негізгі толқынға қатысты амплитудасын анықтау арқылы өлшеуге болады; немесе негізгі толқынды жою сүзгісімен жою және қалған сигналды өлшеу арқылы, ол жалпы жиынтық гармоникалық бұрмалану және шу болады. Өте төмен ішкі бұрмалануы бар синустық толқын генераторын күшейткіш жабдыққа кіріс ретінде қолдануға болады, оның әртүрлі жиіліктердегі және сигнал деңгейлеріндегі бұрмалануын шығыс толқын формасын қарастыру арқылы өлшеуге болады. Синустық толқындарды жасауға және бұрмалануды өлшеуге арналған электрондық құралдар бар, бірақ дыбыс картасымен жабдықталған көп мақсатты цифрлық компьютер тиісті бағдарламалық жасақтамамен гармониялық талдауды жүзеге асыра алады. Синустық толқындарды жасау үшін әртүрлі бағдарламалық қамтамасыз етуді пайдалануға болады, бірақ өте төмен бұрмалануы бар күшейткіштерді өлшеу үшін оның өзіндік бұрмалануы тым жоғары болуы мүмкін.
Интерпретация
Көптеген мақсаттар үшін әртүрлі гармоникалар эквивалентті емес. Мысалы, белгілі бір THD көрсеткішінде кроссоверлік бұрмалану, сол THD көрсеткішіндегі тікелей қиылыс бұрмалануынан әлдеқайда анық естіледі, себебі кроссоверлік бұрмаланудан туындайтын гармоникалар, негізгі жиіліктің 10-20 есесі сияқты жоғары жиілікті гармоникаларда, негізгі жиіліктің 3-5 есесі сияқты төменгі жиілікті гармоникаларға қарағанда шамамен бірдей күшті болады. Негізгі сигналдан (қажетті сигналдан) жиілік бойынша алыс орналасқан гармоникаларды сол негізгі сигналмен жасыру қиын. Керісінше, тікелей қиылыс кезінде гармоникалар алдымен төменгі жиіліктерде пайда болады және біртіндеп жоғары жиілікті гармоникаларды қамтиды. Сондықтан, тек THD көрсеткішін беру есту қабілетін анықтау үшін жеткіліксіз, оны сақтықпен түсіндіру қажет. Әртүрлі шығыс деңгейлерінде THD өлшеулерін жүргізу, бұрмалану тікелей қиылыс (деңгей төмендеген сайын азаяды) немесе кроссовер (шығыс деңгейі өзгерген сайын тұрақты болады, демек, төмен дыбыс көлемінде шығарылатын дыбыстың үлкен пайызын құрайды) екенін анықтауға мүмкіндік береді. THD – бұл бірдей салмақталған бірнеше гармоникалардың қосындысы, тіпті ондаған жылдар бұрын жүргізілген зерттеулер төменгі ретті гармоникаларды жоғары реттілермен салыстырғанда бір деңгейде естудің қиын екенін көрсеткенімен. Сонымен қатар, жұп гармоникаларды есту, әдетте, тақ гармоникаларды естуге қарағанда қиын. THD-ны нақты естілу қабілетімен байланыстыруға бағытталған бірнеше формулалар жарияланды, бірақ олардың ешқайсысы кеңінен қолданылмады.