Ολική Αρμονική Παραμόρφωση Ενισχυτή (THD)

[stefanos604]

Αρκούν μόνο τα watts για αξιολόγηση ενισχυτή;​

Ποιο επίπεδο THD είναι πολύ υψηλό ; Ο ενισχυτής κάτω από το 1 % είναι εντάξει; Ή να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερος , πχ κάτω από 0,1 % ή χαμηλότερο ;

Technics SU-V40 Stereo Amplifier: 50 watts per channel into 8Ω δίνει : Total harmonic distortion: 0.003%
lg cm4550 Hi-Fi : 250W / 20% THD. Το 20% THD το δίνει στα 700 w (προσωπικά πιστεύω ίσως να έχει την οριακή <0,1 % THD σε κάτι λιγότερο από 5 Watts )

Μήπως το χαρακτηριστικό THD δεν σημαίνει και πολλά και απλά είναι ένα πρότυπο μέτρησης της παραμόρφωσης και η κάθε εταιρεία το παρουσιάζει όπως θέλει;

Μην αφήνετε κατασκευαστές ενισχυτών ήχου να παίζουν το παιχνίδι με την ισχύ!! Μεριμνήστε ώστε κατά την αγορά ενισχυτή , Hi – Fi … να ληφθούν υπόψη , εκτός της ισχύος και άλλα σημαντικά χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την ποιότητα του ήχου .

Έτσι ενώ η ισχύς ενός ενισχυτή είναι σημαντική, καθώς είναι αυτή που σας επιτρέπει να ταιριάξετε την ένταση στο δωμάτιο για να ακούτε τη μουσική όπως την επιθυμείτε , τόσο πιο σημαντικό είναι να έχετε καλύτερο από ό, τι δυνατότερο ήχο . πχ θα απολαύσετε καλύτερα έναν ενισχυτή 30W υψηλής ποιότητας ήχου από έναν ενισχυτή 100W με φτωχή ποιότητα .

Στην περίπτωση των ενισχυτών ήχου , οι βασικοί δείκτες που περιγράφουν την ποιότητα του ήχου είναι :

· Η συνολική αρμονική παραμόρφωση ( THD ) που εκφράζεται ως % THD και

· Ο λόγος σήματος προς θόρυβο ή S / N που εκφράζεται σε dB .

Έτσι δεν αρκούν μόνο τα watts για μια τυπική αξιολόγηση ενισχυτή.

Αρμονική παραμόρφωση
​

Ένας κοινός τύπος παραμόρφωσης είναι αρμονική παραμόρφωση . Οι αρμονικές ενός σήματος είναι σήματα πολλαπλάσια κατά ακέραιο αριθμό ( μη δεκαδικό ) που σχετίζονται με το αρχικό (θεμελιώδη).

Ένα καθαρό σήμα τόνου δεν έχει αρμονικές . Δηλαδή αποτελείται από μια μόνο συχνότητα. Εάν όμως αυτό το καθαρό σήμα πχ των 100 Hz οδηγηθεί στην είσοδο ενός ενισχυτή , θα διαπιστώσουμε (με spectrum analyzer) ότι το σήμα εξόδου του ενισχυτή δεν είναι πλέον καθαρό αλλά θα περιέχει πολλές νέες συχνότητες .

Αυτές οι νέες συχνότητες είναι ακέραια πολλαπλάσια του αρχικού τόνου - είναι οι αρμονικές του αρχικού σήματος . Στην περίπτωση του τόνου 100 Hzστην είσοδο, θα περιμένουμε να βρούμε τόνους σε 200 , 300 , 400 , 500 Hz….

Θα είναι επίσης πιθανόν να παρατηρήσετε ότι οι περιττές αρμονικές είναι πολύ ισχυρότερες από ό, τι οι άρτιες .

Σε έναν καλό ενισχυτή, οι αρμονικές θα πρέπει να είναι πολύ ασθενέστερες από τον θεμελιώδη ήχο. Λέγοντας πολύ ασθενέστερες για αξιοπρεπείς ενισχυτές.

Όλοι οι ενισχυτές γενικά δίνουν την ονομαστική Συνολική αρμονική παραμόρφωση (THD) , συνήθως σε πλήρη ισχύ εξόδου με οδήγηση και στα δύο κανάλια, στη ζώνης συχνοτήτων (συνήθως 20-20.000 Hz) και με ένα συγκεκριμένο φορτίο πχ 8 ΟΗΜ . Οι σωστές καλές τιμές πρέπει να είναι πολύ λιγότερο από 0,5 % THD.

Μερικοί ενισχυτές έχουν πολύ χαμηλή THD , πχ 0,01 % , αυτό είναι υπέροχο , αλλά στην πράξη αυτή η χαμηλή THD στην αναπαραγωγή μουσικής δεν είναι και το ζητούμενο. Πχ ακόμα και 10 % THD σε ένα καθαρό ήχο εύκολα γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο αυτί ... Ακούμε όμως σκέτους απλούς καθαρούς τόνους ??? .
Ο λόγος που μια φαινομενικά υψηλή τιμή THD είναι αποδεκτή για τη μουσική είναι, εν μέρει , επειδή οι περισσότεροι ήχοι στη φύση είναι πλούσιοι σε αρμονικές
Γενικά, το ανθρώπινο αυτί μπορεί να ανεχτεί ένα ποσό μεγάλο THD προτού θεωρήσει τον ήχο απαράδεκτο .

Επομένως είναι προτιμότερο να διαλέγουμε ενισχυτές με χαμηλό THD για να έχουμε τον καλύτερο ήχο ανά πάσα στιγμή. (πολλοί κατασκευαστές παίζοντας το γνωστό παιχνίδι μπορεί να ανεβάσουν το THD για να ανεβάσουν και την ισχύ στα έντυπα τους ή ο ενισχυτής τους να πολλές negative feedbacks .Γι αυτό αναφέρουν την THD με μικρά γράμματα ή μόνο στην ιστοσελίδα τους).

Με απλά λόγια:
Όταν ένας ενισχυτής μετριέται για THD , εφαρμόζεται στην είσοδο ένας καθαρός τόνος και την έξοδο μετριέται η ενέργεια του καθαρού τόνου και η ενέργεια των αρμονικών. Αυτές οι δύο τιμές συγκρίνονται και υπολογίζεται η THD.
· Μερικοί ενισχυτές δίνουν τα επίπεδα αρμονικής παραμόρφωσης μόνο για τις πιο κοντινές αρμονικές πχ 3η και 5η ή για 2η και 3η. Αυτό φυσικά δίνει μια καλύτερη εικόνα από ότι με τις συνολικές αρμονικές …….

· Άλλοι δίνουν τη συνολική αρμονική παραμόρφωση ( THD ) και

· Άλλοι τη ολική αρμονική παραμόρφωση συν το θόρυβο ( THD + N)

Η THD είναι στην πραγματικότητα S/N , χρησιμοποιώντας ένα ημιτονοειδές κύμα στην είσοδο.

Ο θόρυβος (Ν) σε αυτή την περίπτωση είναι τα πάντα, δηλαδή :

Αρμονικές , θόρυβος δομικών υλικών (αντιστάσεις , πυκνωτές..), θόρυβος διαμόρφωσης , κλπ ..

Μπορείτε να θεωρείτε το THD + N ,σαν τα πάντα που παράγονται στην έξοδο του ενισχυτή , εκτός από το σήμα εισόδου .

Τα manuals των κατασκευαστών, εκτός ελαχίστων, δεν αναφέρουν για την THD τίποτα σχετικά με το ποιες ήταν οι αρμονικές στη ζώνη συχνοτήτων.

Φυσικά ένας καλός τρόπος είναι να εμπιστευθείτε τα αυτιά σας !!

Συνεχίζεται....

 

[stefanos604]

Υπολογισμός του THD​

Τα περισσότερα συστήματα μέτρησης THD στην πραγματικότητα μετρούν THD + N. Λειτουργούν με την καταστολή (μηδενισμό) της θεμελιώδους με κάποιο φίλτρο απόρριψης της και κατόπιν μετρώντας ότι παραμένει .

Το πλάτος της "παραμένουσας" συγκρίνεται με το πλάτος της θεμελιώδους και το αποτέλεσμα εκφράζεται ως ποσοστό επί τοις εκατό ή dB.

Σαν πηγές θορύβου μπορεί να είναι ο βόμβος των 50 Hz της παροχής ηλεκτρικού ρεύματος , οι ραδιοφωνικές παρεμβολές (ΕΜΙ) , ακόμη και ο θερμικός θόρυβος των ίδιων των δομικών υλικών (αντιστάσεις , πυκνωτές…) του κυκλώματος αλλά εξαρτάται και από το power level ,την Frequency response και τη σωστή γείωση του ενισχυτή.

Άρα κάθε προδιαγραφή παραμόρφωσης THD είναι σχετικά χωρίς νόημα αν ταυτόχρονα δεν καθορίζονται οι ακριβείς συνθήκες με τις οποίες έγινε η μέτρηση.

Επομένως η Power output ενός ενισχυτή στα Manuals θα πρέπει να συνοδεύεται και από την τιμή της THD.
Κάποια φτηνά Hi-Fi μηχανήματα , στερεοφωνικά αυτοκινήτου μας παραμυθιάζουν με την ισχύ που μας δίνουν , δίνοντας τιμές στο 10 % THD ή και περισσότερο, αντί του κανονικού < 1 % THD .
Εννοώ ότι υποστηρίζουν ότι έχουν ισχύ πχ των 50 watt ή 200 watt....(χωρίς να λένε ψέματα, απλά την αναφέρουν σε υψηλό επίπεδο παραμόρφωσης THD πχ 10 % μέχρι και 20% ).
Αυτό όμως σημαίνει ότι ο ενισχυτής άντε στην πραγματικότητα να αποδίδει μόνο περίπου 5 ή 10 watt ή και λιγότερο για τιμή < 1 % THD . (Οι αγοραστές που θα τον τοποθετήσουν σε μικρό δωμάτιο θα είναι ευχαριστημένοι..!!)

Πολύ συχνά η THD αναφέρεται στον 1 kHz , ή το χειρότερο , χωρίς καμία αναφορά συχνότητας.

Όσο χαμηλότερη η THD , τόσο υψηλότερη η ποιότητα της συσκευής ( αν και οι κατασκευαστές θα χρησιμοποιούσαν καμπύλες απόκρισης συχνότητας για να αλλάξουν τα στατιστικά που δεν τους αρέσουν)
Υπάρχει ένα βιβλίο με τίτλο: ‘’Πώς να μαγειρεύετε τα στατιστικά στοιχεία’’

Επειδή το σύνολο των προϊόντων παραμόρφωσης θα είναι πάντα μικρότερο από το συνολικό σήμα , ο δείκτης THD + N θα έχει πάντα αρνητική τιμής σε db , ή επί τοις εκατό τιμή μικρότερη από 100 % .

Πχ -1 db είναι 89 % παραμόρφωση

-40 db είναι 1 % παραμόρφωση.

Οι σημερινές καλές συσκευές έχουν τιμές που κυμαίνονται:

-80 dB ή 0,01 % παραμόρφωση

ή ακόμα και -100 dB , η οποία είναι 0,001 % .

Ένας καλός εμπειρικός κανόνας είναι κάθε επιπλέον 20 dB προς τα κάτω, το δεκαδικό ψηφίο μετακινείται μία θέση προς τα αριστερά .

Λάβετε υπόψη κατά τη λήψη των μετρήσεων ,το όργανο που μετράμε πρέπει να έχει σημαντικά χαμηλότερο THD + N από τη υπό δοκιμή συσκευή .

Ας τα δούμε όμως μ’ ένα παράδειγμα:​

Επίλογος:

Επαναλαμβάνω αυτά που ανάφερα στην αρχή:
Technics SU-V40 : 50 watts per channel into 8Ω δίνει : Total harmonic distortion: 0.003%
lg cm4550 Hi-Fi : 250W / 20% THD. Το 20% THD το δίνει στα 700 w (προσωπικά πιστεύω ίσως να έχει την οριακή <0,1 % THD σε κάτι λιγότερο από 5 Watts )

Ένα χαρακτηριστικό THD δεν σημαίνει και πολλά . Απλά είναι ένα πρότυπο μέτρησης της παραμόρφωσης, ακόμα κι αν η κάθε εταιρεία το παρουσιάζει όπως θέλει .

Ο ευκολότερος τρόπος για να επιτευχθεί μια φτηνή κατασκευή ενισχυτή να έχει πολύ καλό THD είναι να εισαγάγει πολύ negative feedback στο στάδιο εξόδου . Στα χαρτιά , ο ενισχυτής φαίνεται τέλειος , στα αυτιά μας αλλά ο ήχος δεν θα είναι υποφερτός.

Το μειονέκτημα της negative feedback είναι ότι η μετάβαση από τον ‘’clean sound’’ στον ‘’clipped sound’’ είναι απότομο , επειδή η αρνητική ανάδραση τείνει να κρατήσει την παραμόρφωση του ενισχυτή στο ελάχιστο μέχρι το στάδιο εξόδου να οδηγηθεί στο clipping.

Δείτε ένα ενδιαφέρον άρθρο για negative feedback ΕΔΩ :


Την όποια όμως THD του ενισχυτή θα την ακούσουμε στα ηχεία. Πως αντιδρούν όμως τα ηχεία στην THD ;

Σε γενικές γραμμές , τα μεγαλύτερα ηχεία υποφέρουν λιγότερο από την THD από ότι τα μικρότερα ηχεία , όταν φυσικά τα τοποθετούσαμε να παίξουν στην ίδια ένταση . Επιπλέον , τα ηχεία 3 δρόμων θα υποφέρουν λιγότερο από των δύο - δρόμων καθώς το κάθε μεγάφωνο έχει να επιτελέσει λιγότερη δουλειά.

Αλλά και η κατασκευή των ηχείων παίζει σημαντικό. Πχ αλλιώς θα αποδώσουν , πχ να πάρω τα ακριβά ηχεία Grimm ηχεία χωρίς καμιά διάθεση διαφήμισης, με κάποια παρομοίων χαρακτηριστικών στα manuals.

Αναλόγως της ακουστικής μας εμπειρίας μόνο εικασίες μπορούμε να κάνουμε αν δεν ακούσουμε το σύστημα πριν το αγοράσουμε.

Πάντως εγώ συστήνω εκτός των όποιων χαρακτηριστικών που δίνονται στα manuals να δίνεται βαρύτητα και είναι εύκολο να το διαπιστώσει και ο άσχετος με ηλεκτρονικά στα εξής απλά:

• Ο ενισχυτής να είναι βαρύς που σημαίνει μεγάλο τροφοδοτικό που μπορεί να παρέχει το απαραίτητο ρεύμα στον ενισχυτή.
• Να έχει στη βαθμίδα εξόδου του μεγάλους απαγωγείς θερμότητας (τα λεγόμενα αλουμινένια heatsinks)

Σκιαθίτης Στέφανος

Ηλεκτρονικός (συνταξιούχος) – Μηχανικός Μικροκυμάτων

 

[Petros_Dalipis]

Ωραία τα λες. Λύσε μου και μια απορία. Τα ηχεία όταν παίζουν στο 1 watt ή στα 10 watt ή στα 100 watt πόσο % THD έχουν στο σήμα που αποδίδουν σε σχέση με αυτό που λαμβάνουν;

 

[stefanos604]

Μα πιστεύω το αναλύω απλά στο άρθρο. Ας προσπαθήσω πιο απλά:

Κανείς δε θα σου απαντήσει αν δεν ξέρει ακριβώς μέχρι ποιες αρμονικές έγινε η μέτρηση (πχ όλες , μέχρι την 3η , μέχρι την 40η ??) και αυτό ισχύει για όλες τις πηγές ισχύος και όχι μόνο για τα audio.

Στα αξιόπιστα Hi– Fi η THD συνήθως αναμένεται να είναι πολύ μικρότερη του < 1% για τους ενισχυτές και για τα ηχεία αρκετά μεγαλύτερη από 1 – 5% καθώς αυτή δεν γίνεται αντιληπτή όταν ακούμε σε μέτρια επίπεδα και ειδικά στις χαμηλές.

Αυτή λοιπόν η πολύ μικρότερη του 1% πρέπει να ισχύει είτε τα ηχεία παίζουν λαμβάνοντας από τον ενισχυτή ή 1 watt ή 10 watt ή 80 watt… αρκεί ο ενισχυτής να μη φτάνει στο clipping. Εξ άλλου αυτό υπονοεί το αρχικό χαρακτηριστικό που δίνω στην 1η φωτογραφία του άρθρου:
‘’80W RMS/Ch , 20Hz - 20kHz , 8 Ohm, 0,09 % THD ‘’.

 

[Petros_Dalipis]

Άρα αφού τα ηχεία κυμαίνονται από 1-5% έχει καμία σημασία να μας ενοχλεί αν ένας ενισχυτής κοντά στο όριο της ισχύος του φτάνει 1 και 2 ακόμα και 5%;

 

[stefanos604]

Για τις μπάσες συχνότητες ακόμα και 5% (ανάλογα βέβαια με το ‘’αυτί’’ του ακροατή) ΟΧΙ για τις μεσαίες και τα πρίμα και ανάλογα της ποιότητας των ηχείων πιθανόν ή και σίγουρα ΝΑΙ.

 

[okakosolikos]

να κάνω και εγώ μια ερώτηση..
Αφού η παραμόρφωση στα ηχεία περιορίζεται στο 1-5% γιατί όλα τα ηχεία ακούγονται διαφορετικά το ένα από το άλλο. Πολύ διαφορετικά όμως..

 

[Petros_Dalipis]

Γιατί έχουν και διαφορετική απόκριση στις διάφορες συχνότητες και διαφορές φάσεις από το κροσόβερ.

 

[stefanos604]

Η απάντηση βρίσκεται στη μελέτη του άρθρου ΕΔΩ :

Εδώ ας αναφέρω με τίτλους μερικές σκέψεις:

· Όσο χαμηλότερη είναι η THD , τόσο καλύτερο.

· Σχεδόν Flat καμπύλη απόκρισης από πολύ χαμηλά μέχρι πάνω από το όριο ακουστότητας (πχ από 100Hz - 20.000Hz)

· Όσο μεγαλύτερη είναι η ευαισθησία (της μορφής πχ 104dB @ 1 watt) , τόσο πιο δυνατά θα παίζει σε χαμηλότερα επίπεδα ισχύος .

· Μεγαλύτερη επιφάνεια κώνων σημαίνει καλύτερος ήχο (μεγαλύτερα woofers και tweeters) .

· ποιότητα κατασκευής

· να χειρίζεται περισσότερη ισχύ χωρίς να σπάει , ή να λιώνει το χάλκινο σύρμα του πηνίου

· Τα σωστό και ποιότητας crossover (παθητικό ή ενεργό) - κύκλωμα που να κάνει τα μεγάφωνα του ηχείου να αναπαράγουν μόνο συγκεκριμένες συχνότητες και να τις οδηγεί στα σωστά μεγάφωνα (subwoofers , woofers ,middle, tweeters)

· Σωστά υπολογισμένο cabinet με σωστή εσωτερική επένδυση

Γι αυτό υπάρχουν ηχεία από 30 ευρώ ίσως και μέχρι πάνω από πολλές χιλιάδες ευρώ .

Αυτό εγώ που θεωρώ το πιο βασικό χαρακτηριστικό είναι το με boldγράμματα και υπογραμμισμένο