Смартфон аудиофила: гармонические и интермодуляционные искажения

Если вы оказались на этой странице, значит, вы ищите смартфон для аудиофила или выбираете качественную акустическую систему. Если не читали первую главу цикла, рекомендуем начать именно с нее: «Аудиофильский смартфон: нелинейные искажения». А тем, кто первую главу уже осилил, предлагаем углубиться в теорию и практику нелинейных искажений.

Гармонические искажения

Гармонические искажения — первый из двух типов нелинейных искажений. Разберемся, что они из себя представляют, и сделаем это на примере, без лишней теории.

Возьмем звуковой сигнал на входе в акустическую систему. Этот сигнал называется основным. Допустим, он состоит из одного тона 500 Гц. При прохождении через усилитель или наушники генерируются дополнительные тона, кратные основному сигналу. Называются они гармоники, или обертона, то есть тона, частота которых выше, чем у основного сигнала.

Первой гармоникой для тона 500 Гц будет синусоидальная волна с частотой 1000 Гц (первая цифра, кратная 500). Соответственно, гармоника второго порядка имеет частоту 1500 Гц, и так далее. Все эти гармоники формируют гармонические искажения. И для справки скажем, что музыкальный интервал между звуками с кратными частотами называется октавой.

Вопрос. Почему искажения назвали гармоническими? Дело в том, что гармоники не столько искажают, сколько дополняют исходную звуковую волну. Вместе с гармониками основной тон формирует гармонический звукоряд, который делает музыкальное произведение богаче. Конечно, при условии, что гармоники не преобладают над основным сигналом.

Коэффициент гармонических искажений

Как определить, ухудшают гармоники основной сигнал или обогащают? Гармоники малой мощности не искажают исходный тон, но если мощность гармоник велика, они превращаются в «паразитные». Паразитные искажения заметны даже на слух, без каких-либо измерительных приборов.

Коэффициент гармонических искажений (Total Harmonic Distortion, THD) — показатель, который дает количественную характеристику «паразитным» гармоникам. Это безразмерная величина, которую принято выражать в процентах. Чем ниже КГИ, тем выше качество акустической системы.

В элитных акустических системах КГИ падает до 0,001%, но на субъективном восприятии звука подобное уменьшение гармонических искажений может и не сказаться. Почему? Да потому что существуют еще и интермодуляционные искажения, которые, в отличие от гармоник, никак звукоряд не обогащают.

По мнению умудренных опытом аудиофилов, именно интермодуляционные искажения являются настоящим врагом кристально чистого звука. Врагом крайне опасным — невидимым, но вполне реальным.

Интермодуляционные искажения

Что такое интермодуляционные искажения? Представим реальный звуковой сигнал, который состоит из огромного количества тонов, а затем упростим его до предела. Предположим, у нас есть всего два основных тона — 500 и 600 герц.

Интермодуляционные искажения возникают на частотах, являющихся математической суммой и разницей основных тонов. Для двух-тонального сигнала из нашего примера интермодуляционные искажения будут на частотах 100 герц (600 — 500 ) и 1100 герц (500 + 600). Подобные волны не улучшают звуковой ряд, а «зашумляют». Именно их мы называем помехами и шумами.

Проблема в том, что интермодуляционные искажения появляются не только у основного тона. У гармоник второго порядка будут свои интермодуляционные искажения. Будут ИИ и у третьей гармоники. И так до бесконечности. Теперь представьте это в масштабе реального музыкального произведения, состоящего из огромного количества только основных тонов! Пример — на иллюстрации:

Интермодуляционные искажения, в отличие от гармонических, никак не соотносятся с основными частотами. Здесь уже нет ни октав, ни натурального звукоряда. Поэтому чем сильнее выражены интермодуляционные искажения, тем сильнее «шумит» выходной сигнал.

Коэффициент интермодуляционных искажений

Одной из ключевых характеристик акустической системы является коэффициент интермодуляционных искажений (Intermodulation Distortion, IMD). Этот количественный параметр может многое рассказать о качестве источника звука. В том числе и аудиофильского смартфона.

Если вы выбираете high end усилитель или колонки, в спецификации устройства обязательно будет указан КИИ. Более того, лучшие производители указывают несколько коэффициентов интермодуляционных искажений — для различных частотных диапазонов.

Измерение интермодуляционных искажений — крайне сложная задача, практически не выполнимая в домашних условиях. Приходится ориентироваться на паспортные данные аудиосистемы или результаты измерения интермодуляционных искажений, предоставленные независимыми экспертами. К счастью, найти результаты таких измерений несложно, в том числе для смартфонов.

Выводы

Терпеливый читатель, который добрался до этих строк, уже понимает, что выбирать аудиофильский смартфон по наличию одного лишь выделенного аудиочипа — наивно и даже немного смешно. Нужно знать коэффициенты нелинейных, гармонических и интермодуляционных искажений акустической системы, которой является и смартфон для аудиофила. (Надо учитывать и другие характеристики, о которых мы расскажем в новых публикациях цикла «Аудиофильский смартфон».)

Хорошая новость в том, что для всех флагманов эти коэффициенты известны. Мы готовим сводную таблицу, в которой будут представлены КГИ и КИИ всех популярных смартфонов, от LG V20 до ZTE Axon 7 и iPhone 7. В качестве примера (для тех, кому не терпится узнать, кто есть кто в звуковом мире) небольшой фрагмент базы данных аудиофила, которая находится в стадии формирования.

Искренне надеемся, что первая часть из цикла материалов по выбору аудиофильского смартфона получилась интересной и полезной. Пишите комментарии, слушайте хорошую музыку и наслаждайтесь симфонией кристально чистого звука!