Нелинейные искажения аудиоустройств и проблема интерпретации их значений.

С середины прошлого века нелинейность аудиоаппаратуры разного толка принято измерять с помощью одиночного тона. Одиночный тон, имеющий синусоидальный график, представляет собой примитив. То есть любой звуковой сигнал может быть разложен на конечное количество отдельных тонов определённой частоты, фазы, полярности и продолжительности. Пропуская такой примитив через исследуемый прибор, мы ожидаем, что чем он более линеен, тем меньше он добавит к исходному синусу паразитных тонов.

Такие дополнительные тоны будут частотно кратны основному, то есть вместе с ним они будут образовывать гармонический ряд. Отсюда и название термина «коэффициент гармонических искажений» или по-английски «Total Harmonic Distortion (THD)». Присутствие гармонических тембров в природе довольно закономерно и естественно, так, например, струна колеблется не только целиком, но и своими половинками, третями, четвертями и так далее, и от этого в тембре будет присутствовать не только основной тон, но и его гармоники. Поэтому гармоники кажутся чем-то естественным, натуральным и их добавление не всегда воспринимается как ухудшение сигнала и главное, что небольшие гармонические искажения на одиночном тембре являются малозаметными или совсем незаметными.

Усвоив примерно то, что было написано выше, средний пользователь аудиосистем забывает о том, что анализ искажений одиночного синуса — это простой способ проверить нелинейные искажения системы, а не абсолютная мера для сопоставления нелинейности системы с привычными единицами слышимых уровней.

Ошибкой является буквально понимать результаты таких измерений, говоря, например: «О, ну это же всего 0,1% THD, то есть гармоники будут на уровне -60 дБ и ниже! Далеко за пределами слышимости!». Да, безусловно — при прохождении через нелинейную систему простого или гармонического сигнала он будет обогащаться гармониками именно на показанном при измерении THD уровне. Но нас прежде всего интересует поведение системы на сложных и негармонических сигналах так как такими сигналами насыщен музыкальный материал.

И если подать на исследуемую нелинейную систему два синуса, частотами, скажем, 19 и 20 килогерц, то продуктом искажений станут не только гармоники на частотах 38, 40, 76, 80 и т.д. килогерц, но и продукт интермодуляционных искажений на частотах f₁+f₂ и f₁-f₂, то есть в данном случае 39 кГц и, что наиболее интересно, — 1 кГц. Обратите внимание, что при таком грубом обращении с системой можно оценить степень её нелинейности на слух, так как большинство пользователей не слышит выше ~16 кГц и тем более выше 18 кГц, то есть сами тестовые сигналы будут незаметными, а продукт нелинейных искажений напротив. Также надо помнить, что продукты интермодуляционных искажений уже не являются такими естественными и органичными, как гармоники и поэтому гораздо более заметны и неприятны. Ну и разумеется, исследование нелинейности системы на двух тонах это всё ещё упрощение, так как реальный музыкальный сигнал представляет из себя десятки и сотни отдельных тонов. Для более приближенного к реальному поведению системы используют мультитоновые замеры или другие методы исследования системы на сложном сигнале.