Когда мы слушаем музыку, мы слышим основной музыкальный тон с различными примесями гармоник (частоты которых кратны частоте основного музыкального тона) и ряд колебаний на других частотах. Мы способны отличать разные инструменты, потому что у них различные пропорции соотношений гармоник, а также разная длительность установления (нарастания) амплитуды в начале каждой ноты. Все реальные процессы, несущие информацию о звуке, изображении и т. п. не являются синусоидальными колебаниями, более того, они по своей природе носят случайный характер.
На практике, очень широко используются прямоугольные колебания, временная диаграмма которых показана на рис. 1. Вся цифровая техника построена на прямоугольных колебаниях. Также они используются в телевидении. В усилителях звуковой частоты такие колебания часто используются в качестве тестовых, поскольку содержат много гармоник, а также позволяют проверять реакцию усилителя на резкий скачок входного напряжения. На рис. 1 также показана спектр прямоугольного колебания, показывающий амплитуды основного тона и гармоник. Итак, прямоугольное колебание состоит из основной частоты и теоретически бесконечного ряда кратных по частоте гармоник, амплитуды которых монотонно уменьшаются с частотой. Симметричное (по длительности положительного и отрицательного полупериодов) прямоугольное колебание, показанное на рис. 1 также часто называют меандром.
Прямоугольное колебание, таким образом, состоит из суммы бесконечной последовательности гармоник, — от основного музыкального тона до теоретически бесконечных гармоник. Математически периодические колебания несинусоидальной формы описываются рядом Фурье, где f— частота основного музыкального тона:
Гораздо удобнее для понимания следующая упрощенная запись такого ряда:
V =V пик sin(f) + 1/3V пик sin(3f) + 1/5 V пик sin (5f) + 1/7 V пик sin (7/f) +…
Теперь легко увидеть, что по мере роста частоты, гармоники затухают не очень интенсивно, а следовательно прямоугольное колебание с основной частотой 1 кГц имеет значительные по величине гармоники даже за пределами 20 кГц. Однако, в этой формуле не отражено, что у разных гармоник также разные начальные фазы Таким образом, прямоугольное колебание может использоваться для тестирования не только амплитудной характеристики усилителя, но также и его фазочастотной характеристики.
Морган Джонс. Ламповые усилителию. Перевод с английского под общей научной редакцией к.т.н. доц. Иванюшкина Р Ю.