• Total Harmonic Distortion (THD)

    Ποσο σοβαρα βλαπτει η Αρμονικη Παραμορφωση ?

    Ας δουμε πρωτα απ’ολα τι ειναι η Αρμονικη Παραμορφωση. Οποιοσδηποτε Ηχος φυσικος ή τεχνητος, οσο συνθετος και αν ειναι, οταν μετατραπει σε ηλεκτρικο σημα οσο περιεργο σχημα κι αν εχει, μπορει να αναλυθει σε επιμερους συνιστωσες που ειναι ενα πληθος απο ημιτονοειδη σηματα με διαφορες εντασεις και συχνοτητες. Ακομη και ηχοι που φαινομενικα δεν εχουν περιοδικοτητα οπως οι Κροτοι, μπορουν να αναλυθουν σε επιμερους ημιτονα. Αυτη η μεθοδος αναλυσης των Ηλεκτρικων σηματων λεγεται Φασματοσκοπικη Αναλυση και τα οργανα που αναλυουν και απεικονιζουν το σημα λεγονται Αναλυτες Φασματος (Spectrum Analyzers)

    Ετσι λοιπον ενας οποιοσδηποτε συνθετος ηχος αποτελειται παντα απο ενα συνδιασμο απο “καθαρους” Ηχους που ο καθενας εχει συγκεκριμενη διαρκεια, ενταση, και συχνοτητα, και που καθως τους ακουμε ταυτοχρονα, δινουν ενα μοναδικο ακουσμα. Με αυτον τον τροπο το ανθρωπινο αυτι και ο εγκεφαλος ξεχωριζουν μεταξυ τους πχ τις φωνες δυο Ανθρωπων, με εκπληκτικη ακριβεια. Η Φασματοσκοπικη Αναλυση ηχων που προερχονται απο καποια φυσικη πηγη, δειχνει οτι τα διαφορα επιμερους ημιτονα που προκυπτουν απο την αναλυση εχουν μεταξυ τους συγκεκριμενη δομη ως προς την συχνοτητα. Ετσι ενα απο αυτα με το μεγαλυτερο πλατος εχει την βασικη συχνοτητα και λεγεται Θεμελιωδης συνιστωσα ενω τα υπολοιπα εχουν συχνοτητα πολλαπλασια (διπλασια, τριπλασια κλπ) της βασικης και συνηθως μικροτερο πλατος και λεγονται Αρμονικες συνιστωσες. Το πληθος των Αρμονικων που ποικιλει απο πηγη σε πηγη, καθως και η σχετικη ενταση καθε μιας Αρμονικης ως προς την Θεμελιωδη, συνιστουν αυτο που λεμε Χροια του Ηχου, και η οποια ειναι χαρακτηριστικη καθε πηγης ηχου.

    Οταν το παραπανω ηλεκτρικο σημα πρεπει να περασει μεσα απο ενα Ενισχυτη, οι συνιστωσες του πρεπει να ενισχυθουν ομοιομορφα ωστε στην εξοδο να διατηρουν την ιδια σχετικη ενταση μεταξυ τους, ωστε η Χροια να αποδωθει πιστα. Ομως αυτο δεν γινεται το ιδιο καλα σε ολους τους Ενισχυτες. Επισης, σε ενα Ενισχυτη διαφερει αναλογα την Ισχυ Εξοδου (βλ. Σχημα- Η πρωτη γραμμη ειναι η Θεμελιωδης – η επομενη ειναι η 1η Αρμονικη κ.ο.κ ). Η σχεση μεταξυ των εντασεων των διαφορων Αρμονικων μπορει να αλλαξει στην εξοδο, αλλες αρμονικες να ενισχυθουν περισσοτερο αλλες λιγοτερο, και το κυριοτερο, να δημιουργηθουν απ’ τον Ενισχυτη Αρμονικες που δεν υπηρχαν στο αρχικο σημα. Το τελευταιο λεγεται Αρμονικη Παραμορφωση και μετριεται σε ποσοστο %. Στο σχημα φαινεται οτι στα 50 Watt εχει αυξηθει το πλατος σε ολες τις Αρμονικες, και καποιες επιπλεον εχουν εμφανιστει. Αρα σε ενα Ενισχυτη αυξανομενης της Ισχυος αυξανεται το ποσοστο Συνολικης Αρμονικης παραμορφωσης (THD). Επιπλεον, λογω του οτι το σχημα αφορα Ενισχυτη PushPull, οι περιττης Ταξης Aρμονικες (1η, 3η, 5η, ....) εχουν μικροτερο πλατος, απο τις Αρτιας ταξης, ειτε στα 10, ειτε στα 50 Watt.

    Τα αποτελεσματα της Αρμονικης παραμορφωσης ειναι:

    α) Ο ηχος που φτανει στα αυτια μας να ειναι απο ελαφρα παραλλαγμενος μεχρι αγνωριστος.
    β) Η ενεργεια που εχει προστεθει με την δημιουργια νεων Αρμονικων να ειναι τοση ωστε στην καλυτερη περιπτωση απλα να μας κουραζει ενω στην χειροτερη περιπτωση να μας προκαλεσει βλαβη στην Ακοη.

    Η ενεργειακη συσταση ενος μεσου μουσικου προγραμματος συνηθως παρουσιαζει ενα πυκνωμα Ενεργειας στις χαμηλες συχνοτητες (γι’αυτο τα Woofer ειναι παντα μεγαλυτερης Ισχυος απο τα Tweeter). Η ενεργεια των Αρμονικων που δημιουργουνται λογω Αρμονικης παραμορφωσης, αλλοιωνει την ενεργειακη συσταση του μουσικου προγραμματος, μετατοπιζοντας το βαρος προς τις υψηλες συχνοτητες (ας μην ξεχναμε οτι οι Αρμονικες ειναι πολλαπλασιας συχνοτητας της Θεμελιωδους). Αυτο ακριβως το γεγονος ειναι που δημιουργει τα αρνητικα συναισθηματα, καθως κατα την επεξεργασια μιας ακουστικης πληροφοριας απο τον εγκεφαλο μας, οι υψηλοτερες ακουστικες συχνοτητες συνδεονται με την ικανοτητα διακρισης των λεπτομερειων. Ικανοτητα που στην μακροχρονη πορεια εξελιξης του ειδους μας επαιξε τεραστιο ρολο για την επιβιωση μας, και οτιδηποτε τεινει να την διαταραξει ή περιορισει, θεωρειται υποσυνειδητα εχθρικο. Εχει βρεθει πειραματικα οτι για τον μεσο ακροατη ποσοστα Αρμονικης παραμορφωσης μεχρι περιπου και τα 2-3 % δεν γινονται αμεσα αντιληπτα αλλα εαν εχουν διαρκεια και επαναλαμβανονται στα πλαισια ενος μουσικου προγραμματος δημιουργουν δυσαρεστα συναισθηματα και ενστικτωδη διαθεση να χαμηλωσουμε την ενταση στην αναζητηση χαμηλοτερης παραμορφωσης.

    Η Αρμονικη παραμορφωση στην απεικονιση ενος Ημιτονικου σηματος εμφανιζεται αρχικα σαν στρογγυλεμα των κορυφων του, που σταδιακα, αυξανομενου του ποσοστου, εξελισσεται σε τετραγωνισμο των κορυφων ( Ψαλιδισμος), μεχρις οτου φτασει σε τελειως τετραγωνισμενο σχημα (τετραγωνικος παλμος), ( Το τελευταιο σημαινει οτι εχει εμφανιστει απειρο πληθος Αρμονικων, πραγμα θεωρητικο. Σαν συμβαση μεταξυ Ηλεκτρονικων μηχανικων ισχυει οτι ενας τετραγωνικος παλμος μπορει να λεγεται ετσι, εαν περιεχει τουλαχιστον μεχρι και την εκτη Αρμονικη στο πλατος της Θεμελιωδους).

    Η μετρηση της Ισχυος ενος Ενισχυτη γινεται παντα σε σχεση με την Αρμονικη Παραμορφωση. Η πιο συνηθισμενη περιπτωση ειναι να δινεται η Ισχυς λιγο πριν τον ψαλιδισμο. Σε αλλες σχεδιασεις ο ψαλιδισμος ερχεται αποτομα αυξανομενης της οδηγησης, και σε αλλες πιο σταδιακα. Παραδειγμα της τελευταιας περιπτωσης ειναι η τοπολογια Single Ended / ταξη Α, οπου η Αρμονικη παραμορφωση αυξανεται σταδιακα αυξανομενης της Ισχυος, και η εισοδος στον ψαλιδισμο γινεται σχετικα ομαλα. Σε αντιθεση με το Push Pull / ταξη ΑΒ οπου η Αρμονικη παραμορφωση διατηρειται σε χαμηλα επιπεδα κατα το μεγαλυτερο μερος της καμπυλης Ισχυος αλλα πλησιαζοντας την μεγιστη Ισχυ παιρνει μια θεαματικη ανοδο, καθοριζοντας σαφως που τελειωνει ο Ενισχυτης.

    Δυο Ενισχυτες της ιδιας σχεδιασης, ο ενας 20Watt, και ο αλλος 50Watt, θα παιζουν πολυ διαφορετικα στην γειτονια των 20 Watt. Ο μικροτερος θα αποδιδει περισσοτερη συνολικα Ισχυ διοτι βρισκομενος σε περιοχη υψηλης παραμορφωσης παραγει πολλες και μεγαλου πλατους Αρμονικες, που αρθροιζομενες (Total Harmonic Distortion – THD) εμφανιζονται σαν μια αξιοσημειωτη επιπλεον ενεργεια στην εξοδο του Ενισχυτη (που οδευει κατα κανονα στα Tweeter), σε σχεση με το πολυ καθαροτερο σημα που βγαζει ο μεγαλυτερος Ενισχυτης σε αυτην την Ισχυ.

    Δεν πρεπει λοιπον να συγχεουμε την δυνατοτητα ενος Ενισχυτη να ενισχυει τις Αρμονικες που περιεχει το μουσικο προγραμμα και που καθοριζουν τις χροιες των οργανων, με την Δημιουργια δικων του Αρμονικων, και την αλλοιωση της συστασης των Αρμονικων του σηματος εισοδου. Ωστοσο καποιο ποσοστο Αρμονικης παραμορφωσης με συγκεκριμενη συνθεση Αρμονικων, εχει συνδεθει στην συνειδηση πολλων ακροατων με την εννοια της μουσικης πληροτητας καθως συμβαινει το εξης : Οπως σε μια συγχορδια (Ακομπανιαμεντο) συνυπαρχουν ενας βασικος τονος και μια σειρα απο συγκεκριμενους αλλους, που εχει βρεθει απο τους θεμελιωτες της μουσικης Αρμονιας οτι συνηχουν Αρμονικα με τον βασικο τονο και εμπλουτιζουν το ακουσμα, ετσι και συγκεκριμενες Αρμονικες λειτουργουν μεχρι καποιο βαθμο συμπληρωματικα στην Αρμονικη συνθεση ενος Τονου και, κατω απο καποιες συνθηκες, μπορει να ηχουν συμπαθητικα στο αυτι μας, παροτι ειναι κατι προσθετο στην αναπαραγωγη του τονου ! Ολα εξαρτωνται απο το Πως και κυριως το Ποσο. Το φαινομενο ειναι καλα γνωστο στους μουσικους κυριως της Rock και των συναφων ειδων , οπου γινεται εντεχνη χρηση του, με ειδικες ρυθμισεις στους Ενισχυτες Σκηνης (Stage) που κατα κανονα ειναι λαμπατοι, ή με ειδικους παραμορφωτες. Για ολα ομως τα ειδη μουσικης ισχυει οτι : Ο τροπος που οι Λυχνιες ενισχυουν το Ακουστικο σημα, κατα κανονα υπερτερει σε μουσικοτητα απο τους Ημιαγωγους, και αυτη ειναι μια απο τις ελαχιστες εφαρμογες των Ηλεκτρονικων οπου οι Λυχνιες υπερτερουν.

    Προσοχη : Τα παραπανω σε καμμια περιπτωση δεν σημαινουν οτι τα Hi-Fi Ενισχυτικα θα επρεπε ή θα μπορουσαν να εχουν Υψηλα ποσοστα Αρμονικης παραμορφωσης. Το αντιθετο μαλιστα. Η χαμηλη Αρμονικη παραμορφωση αποτελει παντα εναν απο τους στοχους στην σχεδιαση ενος καλου Ενισχυτη, προενισχυτη κλπ, και αποτελει δυσκολο τεχνικο επιτευγμα. Εαν ομως αναλογισθει κανεις πως τα μεγαφωνα εχουν ηδη πολυ υψηλοτερη παραμορφωση απο τους Ενισχυτες και οτι σε μια αλυσιδα αναπαραγωγης υπαρχουν και αλλα ειδη παραμορφωσης πολυ πιο ενοχλητικης, τοτε το κυνηγι για το 0.001% THD μερικων Solid State Ενισχυτων υπαρχει μαλλον για αποπροσανατολισμο του Audiophile κοινου, απο αλλα χαρακτηριστικα που εχουν μεγαλυτερη σημασια. Για αλλη μια φορα, για μια επιτυχημενη σχεδιαση σημασια εχει η αντιληψη του μετρου !


    Πηγή:
    ------- Audio Craftworks ---------
    ------- Μιχάλης Σπέρτος ---------
    This article was originally published in forum thread: Total Harmonic Distortion (THD) started by spirakos View original post
    Σχόλια 2 Σχόλια
    1. Το avatar του χρήστη stefanakis
      Πολύ ενδιαφέρον άρθρο.. Μπράβο!! Όσο αυτό για το 0.001% THD+N είναι γεγονός πως κυκλοφορούνε κάποιοι ενισχυτές.. Έφτιαξα εγώ εναν με LME49830TB για οδηγό και 2SK1530/2SJ201 MOSFET τελικό στάδιο και όταν το μετρήσαμε έβγαλε κοντά στα 0.0055% THD στα 150 - 180 W περίπου.. όμως μετά τα 450φεύγα ανέβαζε κάργα.. Το θέμα είναι οτι και να γίνει πάντα θα υπάρχουνε οι αρμονικές μέσα.. αλλού λιγότερο αλλού περισσότερο. Όμως κάπου διάβασα οτι η λυχνία ενισχύει τις άρτιες αρμονικές ενώ το τραζίστορ τις περριτές.. Δεν έχω καταλάβει τι ακριβώς εννούσε. Αυτό όμως που είναι γεγονός είναι οτι η λυχνία έχει τα σκύπτρα στον ήχο
    1. Το avatar του χρήστη p.gabr
      Να συμπληρώσω το όλο άρθρο του σεβαστού Κου Σπέρτου

      Στο θέμα εμπλέκονται τρεις κατηγορίες ατόμων
      Οι Μουσικοί,οι ηλεκτρονικοί και οι ακροατές
      Εγώ από την θέση μου έχω να πω ότι

      Η παραμόρφωση είναι ο εχθρός του ηλεκτρονικού, ο φίλος του μουσικού και η αναζήτηση του ακροατή
  • Πρόσφατα Άρθρα

  • Διαφήμιση