Одиночный тон усилитель играет идеально, THD в паспорте 0,01%. А на плотном треке, где бочка бьёт одновременно с вокалом и тарелками, звук вдруг становится мутным и грязным. Одна из причин кроется в интермодуляционных искажениях. Их не видно в привычной цифре THD, зато они хорошо слышны на музыке.
Чем IMD отличаются от гармоник?
Гармоники ложатся на частоты, кратные основной: 100, 200, 300 Гц. Музыка сама полна таких обертонов, и ухо их частично прощает, см. тон и обертоны. Интермодуляционные продукты - это частоты, которых в музыке не было и которые с ней не связаны гармонически. Например, бас 60 Гц и вокал 1 кГц дают 940 и 1060 Гц. Такие «чужие» частоты рядом с полезным тоном слух воспринимает как грязь и шероховатость.
Физически это одна и та же нелинейность. Просто THD проверяет её одним тоном, а IMD двумя, и это ближе к реальной музыке.
На графике смоделирован тест SMPTE: 60 Гц и 7 кГц в соотношении амплитуд 4 к 1 через слабую нелинейность второго и третьего порядка. Вокруг 7 кГц выросли боковые полосы через каждые 60 Гц. Это и есть IMD: низкий тон «модулирует» высокий.
Как их меряют?
| Метод | Тоны | Что проверяет |
|---|---|---|
| SMPTE (и близкий DIN) | 60 Гц + 7 кГц, 4 : 1 | Как бас портит верх, продукты f2 ± n × f1 |
| CCIF (двухтональный) | 19 кГц + 20 кГц, 1 : 1 | Нелинейность на верхах; разностный тон 1 кГц попадает в самую чувствительную зону слуха |
Результат обычно дают в процентах или в дБ относительно основного тона. Методы описаны в IEC 60268-3 и рекомендациях SMPTE.
Во что про IMD верить не стоит
«Если THD маленький, то и IMD маленький» правда наполовину
Для простой, гладкой нелинейности они связаны. Но есть механизмы, которые один тон почти не выдаёт: переходные искажения класса B, ограничение по скорости нарастания, проблемы обратной связи на высоких частотах. Там CCIF-тест может показать то, что THD на 1 кГц прячет.
«IMD бывают только в усилителе» неправда
Динамики дают их куда больше, чем приличная электроника. Если мидбас одновременно играет 50 Гц на большом ходе и 2 кГц, то высокая частота «ездит» вместе с диффузором и модулируется, это доплеровские искажения. Плюс нелинейности Bl(x) и подвеса, которые меряют на KLIPPEL, см. нелинейные параметры. Поэтому в SQ-системе полосы разводят: чтобы твитер не играл бас, а мидбасу не доставался вокал.
«Ниже 0,1% IMD не слышны» зависит
Слышимость зависит от того, куда упали продукты и что их маскирует. Разностный тон в 1–3 кГц на тихом фоне заметнее, чем та же доля энергии рядом с громкой основной частотой. Единого порога для всех случаев нет, поэтому сравнивай усилители по одной методике.
«Клиппинг и IMD: разные вещи» неправда
Клиппинг - это самая грубая нелинейность, и на музыке он рождает огромную интермодуляцию: бас срезается, и вместе с ним искажается всё, что звучит поверх. Если вокал играет отдельный СЧ динамик от своего канала, клип мидбаса его не зацепит. А если всё идёт через один канал на коаксиал или двухполоску с пассивным кроссовером, грязь от баса ляжет прямо на голос.
Что это значит в машине?
- Разделяй полосы по отдельным динамикам и каналам усиления. Активная схема с процессором уменьшает смешивание баса и верха в одном тракте.
- Режь мидбас снизу HPF, если он не тянет инфранизы: меньше ход, меньше модуляция верхних частот.
- Не гоняй усилитель на грани клипа, запас по мощности уменьшает IMD сильнее, чем смена бренда.
- Сравнивая паспорта, смотри, какой метод IMD указан. SMPTE и CCIF напрямую не сравниваются.
Пара вопросов, которые прилетают после разговора про интермодуляцию.
Интермодуляционные искажения растут быстрее громкости. Для слабой нелинейности при подъёме уровня на 1 дБ продукты второго порядка растут примерно на 2 дБ, а третьего порядка на 3 дБ. Поэтому система, чистая на средней громкости, на громких фрагментах может резко «помутнеть», особенно когда мидбас выходит на большой ход или усилитель подходит к клиппингу.
IMD в машине можно оценить двухтональным тестом: генератором подают два тона, например 60 Гц и 7 кГц, и смотрят спектр в анализаторе. В REW для этого есть двухтональный сигнал и окно RTA. Если вокруг высокого тона растут боковые полосы через каждые 60 Гц, интермодуляция есть. Сравнивать результаты имеет смысл только при одном уровне и одной точке микрофона.
Трёхполосный фронт заметно снижает IMD от динамиков. Когда вокал играет отдельный СЧ динамик, а мидбас занят только низами, высокие частоты не «ездят» на диффузоре с большим ходом и меньше модулируются. Ещё лучше, если у каждой полосы свой канал усиления. Варианты такого фронта можно посмотреть в разделе компонентной акустики.
Единой нормы IMD для усилителей нет: цифра зависит от метода, SMPTE и CCIF дают разные результаты. Ориентир: у приличного усилителя ниже номинальной мощности IMD обычно намного меньше, чем у динамиков, и проблемы начинаются у потолка мощности. Поэтому запас по мощности и аккуратный гейн важнее сотых долей процента в паспорте.
На соревнованиях IMD никто не называет по имени, но судьи слышат их как «грязь» и «плотность без разборчивости» на сложных треках. Как оценивают чистоту звучания, смотри в шаге «Оценка звучания и соревнования».
Если слышишь, что на плотной музыке сцена мутнеет, а на простых треках всё отлично, опиши свою систему в Telegram-чате, вместе найдём, где рождается грязь.
Источники
- IEC 60268-3, «Sound system equipment, Part 3: Amplifiers»
- SMPTE RP 120, «Measurement of Intermodulation Distortion in Motion-Picture Audio Systems»
- W. Klippel, «Loudspeaker Nonlinearities: Causes, Parameters, Symptoms», JAES, 2006
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
См. также: THD, Нелинейные искажения, Гармоники, Клиппинг.