Интернет, компьютеры, софт и прочий Hi-Tech

Подписаться через RSS2Email.ru

Паразитные сигналы

Люди постоянно конструируют разнообразные электронные устройства, работающие не совсем так, как было задумано изначально. Или же просто закрывают глаза на давно известные недостатки, предпочитая видеть лишь коммерческую сторону дела.

Как правило, подобная недальновидность или беспечность приводит к возникновению побочных эффектов. В частности, к появлению особой разновидности детерминированных помех — паразитных сигналов. Разговор пойдёт именно об этом.

Суть понятия

Помехи, случайные или детерминированные, — это электромагнитный шум, поступающий на вход устройств посредством влияния на компоненты или каналы передачи информации. Если в сравнении с полезным сигналом уровень такого шума невысок, то нет ничего страшного, можно хоть как-то отфильтровать лишнее и даже восстановить утерянное.

Теперь представьте себе, что шум формируется не внешними факторами, а самим полезным сигналом или средством его обработки (аппаратным, программным). Фильтровать это обычными способами не получится. Особенно если интенсивность побочных эффектов такая, что любые помехи позавидуют.

Паразитными ошибочно называют сторонние воздействия, вызывающие электродвижущую силу (ЭДС) в проводах и узлах аппарата. Однако определение справедливо только для единых систем, имеющих взаимодействующие части. Например, «сотовый телефон — усилитель GSM». Или «усилитель GSM — базовая станция оператора». А когда на оборудование влияет то, что к системе отношения не имеет, то это просто помеха.

Собственные наводки

Если в датчике, сенсоре, воспроизводящем, приёмном или передающем устройстве шумит какой-нибудь генератор, катушка индуктивности, высокочастотный дроссель на ферритовом кольце, выпрямитель переменного тока (из-за высохшего электролитического конденсатора) и всё это влияет на корректность работы прибора, то даже самое что ни есть тщательное экранирование деталей может оказаться не слишком полезным.

Ведь в любой электрической схеме непременно имеется гальваническая связь между элементами — как минимум по шинам питания.

Катушки гетеродина в радиоприёмниках экранируются всегда (можете разобрать и увидеть алюминиевые защитные колпачки, припаянные к плате). Однако данная мера не спасает от негативных явлений. Кстати, далее — именно о них.

Интерференция

Ладно если что-то внутри просто фонит, не мешая другим узлам и никого не трогая. Устройство может работать на совершенно других частотах, с другими модуляциями, попросту не замечая своего внутреннего шума. Однако существует такое явление как интерференция.

Пример

У каждого бытового приёмника есть гетеродин. Он усиливает сигналы от радиостанций на своей собственной частоте. Таковая именуется промежуточной, и сама она на слух восприниматься не может.

Однако элементы схемы, как сказано выше, друг от друга не изолированы. Электромагнитные колебания всё равно проникают, смешиваются, частоты накладываются друг на друга — и возникают гармоники. А уж они вполне могут вписываться в звуковой спектр. Вот вам и свист из динамика при настройке на волну в любом диапазоне с амплитудной модуляцией.

Есть свои тараканы... в смысле, паразиты, и в системах с частотной модуляцией — зеркальные каналы, тоже формируемые гетеродином (опять же внутри самого устройства, что концептуально важно). Хотя в этом случае справиться с ними можно довольно легко.

Обратная связь

Сигнал поступает на вход, а затем обрабатывается поэтапно — так называемыми каскадами. Если каскад влияет на предыдущий (например, на входной), то это называется обратной связью.

Отрицательная обратная связь — когда каскад гасит, сглаживает излишества предыдущего этапа обработки. Положительная — наоборот, помогает усиливать.

Отрицательная может разве что снизить уровень входного сигнала до неприемлемого уровня, да и то вряд ли (при разумном проектировании, разумеется). А вот положительная способна доставить такую неприятность как самовозбуждение.

Пример

Звуковые волны попадают в микрофон, преобразовываются в электрический ток и идут в усилитель. Последний выдаёт звук из колонок. Этот звук снова попадает в микрофон, снова усиливается. А потом снова и снова, по кругу. В итоге нарастает визг, заставляющий слушателей в концертном зале морщиться и закрывать уши ладонями.

Причём, результат самовозбуждения по своей интенсивности сравним с полезными данными, даже может их напрочь заглушать, что весьма характерно для паразитных сигналов. Потому фильтры, худо-бедно справляющиеся с обычным шумом, в данном случае бессильны.

Паразитная обратная связь подавляется разными способами. Например, с помощью инвертирования фазы того, что пытается само себя дублировать и усиливать. Противофазное взаимно уничтожится — и всё будет в порядке.

Шум квантования

Цифровой способ представления аудиовизуальной информации, увы, далёк от идеала. Царствующий в этой сфере вид паразитного сигнала — шум квантования. Он возникает из-за особенностей дискретизации мультимедийных данных.

Пример

В студиях звукозаписи аудио оцифровывается в 24-битном, а то и в 32-битном формате. Качество получается хорошим, всё звучит как живое.

Но для CD Audio на описание звуковых частот оставляют лишь 16 бит. (Считается, что для народонаселения этого достаточно, более дорогие DVD Audio выпускать незачем.) То есть, 24-битная или 32-битная глубина описания звука сокращается до 16-битной. Неточности, неизбежно возникающие по ходу процесса, округляются до меньшего значения.

При этом отбрасывание одного единственного бита потенциально способно привести к увеличению уровня искажений вплоть до 6 децибел. Такова плата за упрощение и, соответственно, удешевление технологии CD Audio.

Компенсировать столь удручающий эффект пытаются с помощью метода под названием Dithering («дизеринг»). В смысле, добавлением... шума со сходным частотным спектром. Как если бы выбоины на дороге заполнялись пылью, похожей по цвету на асфальт.

В варианте с простеньким цифро-аналоговым преобразователем, конвертирующим глубину звука «на лету» при воспроизведении, никакой компенсации не происходит вообще.

Заключение

Итак, паразитные сигналы, в отличие от обычных помех, возникают как побочные эффекты внутри единых систем. Именно внутри.

В аналоговом мире это интерференция из-за генерации всяких рабочих частот, наводки от структурных элементов, зеркальные каналы, раздражающие результаты обратной связи. В цифровом — издержки дискретизации. В смысле, разбиения звука на кванты, а изображения — на пиксели.

Касаемо аналоговых технологий, проблема в значительной мере решается толковым проектированием и внедрением по-настоящему прогрессивных новшеств.

Ну а для цифрового мультимедиа нужно попросту не жадничать с глубиной цветопередачи и звука. Тем более что всё это давно уже является технически доступным. Но качество, к сожалению, приносится в жертву коммерции.

Автор: vanilinkin, специально для xBB.uz, 09.01.2013


Предыдущие публикации:

Биржа долевых инвестиций SIMEX.

Последнее редактирование: 2013-01-09 15:07:41

Метки материала: сигналы, электроника, икт, телекоммуникации, радиоэлектроника, информационно-коммуникационные технологии, электротехника и электроника, электросвязь, коммуникационные технологии, передача данных, помехи, радиотехника и электроника, электронные технологии

Оставьте, пожалуйста, свой комментарий к публикации

Представиться как     Антибот:
   

Просьба не постить мусор. Если вы хотите потестить xBB, воспользуйтесь кнопкой предварительного просмотра на панели инструментов xBBEditor-а.


© 2007-2017, Дмитрий Скоробогатов.
Разрешается воспроизводить, распространять и/или изменять материалы сайта
в соответствии с условиями GNU Free Documentation License,
версии 1.2 или любой более поздней версии, опубликованной FSF,
если только иное не указано в самих материалах.