Прямоугольное колебание (меандр)

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.

Рис.1 Временная диаграмма и спектр прямоугольного колебания

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.