Bijgeluiden uit de luidsprekers en de kamer
Bijgeluiden door elektromagnetische storing van buitenaf.
Lineaire vervorming of frequentie karakteristiek
Niet-lineaire of harmonische vervorming, Intermodulatie vervorming
Kanaalscheiding of overspraak (Cross talk)
Dit hoofdstuk gaat over de relatie tussen wat er in de elektronische apparatuur mis kan zijn -of juist goed- en hoe dat in het uiteindelijke geluid te horen is. (en v.v.)
N.B: Het gaat hier alleen over 2-kanaals stereo weergave.
Bij de subjectieve beoordeling van de geluidskwaliteit gebruiken we een aantal begrippen waarvan de precieze betekenis vaak wat vaag gedefinieerd is, maar die desondanks wel te onderscheiden zijn.
We onderscheiden: klankkleur, ruimtelijkheid, vervorming, afwijkingen van de toonhoogte en de aan-of afwezigheid van bijgeluiden.
In verband met de klankkleur gebruiken we begrippen als: timbre, verhouding tussen hoge en lage tonen, warmte, boemerig laag, strak laag, frisheid, helderheid, doorzichtig hoog, spetterend hoog, resonanties, kleuring, en zo voorts.
In verband met de ruimtelijkheid van de stereo-weergave gebruiken we begrippen als: plaatsbaarheid (hoe goed kun je een instrument of stem localiseren in het geluidsbeeld), directheid, komt het geluid "los van de luidsprekers", "lucht", het "erbij zijn gevoel", de ervaring van de zaal akoestiek en zo meer.
Bij vervorming spreken we over een schor of krakerig geluid, soms over een "tetterend" of "schetterend" geluid.
Afwijkingen van de toonhoogte noemen we: jank, wow, jengel of flutter, al naar gelang hoe snel de toonhoogte verandert.
Onder bijgeluiden verstaan we allerlei geluiden die vooral in zwakke passages van de muziek gehoord kunnen worden: ruis -een sissend geluid-, brom, ratel, gepruttel, gelispel, fluitttonen, gestommel, tikken enz.
Deel 1 gaat vooral over wat er te horen is, en hoe dat komt.
Deel 2 is meer het omgekeerde: Ik ga uit van wat er in de apparatuur mis kan zijn, en hoe dat dan klinkt
Kijk ook in de hoofdstukken over het menselijk gehoor en de de klank van muziekinstrumenten, en op de link pagina voor CD's als "The Chamber of Horrors for Audiophiles" e.a. Zulke CD's geven een aardig beeld van wat er in een opname of met de apparatuur mis kan zijn en hoe je dat hoort.
Deel 1
De
klankkleur wordt in de elektronische apparaten beinvloed door de frequentie
karakteristiek en in mindere mate door de fase karakteristiek. Worden alle frequenties even
sterk doorgegeven, en ondervinden alle frequenties evenveel vertraging?
Bij nagenoeg alle CD-spelers en alle redelijk goede tot
extreem dure versterkers is het frequentie bereik en de vlakheid daarvan zonder
meer goed. Alle frequenties worden met dezelfde sterkte en vertraging
doorgegeven. Ook signaal kabels of "interlinks"
van normale lengte hebben geen invloed op de
frequentie- of fase karakteristiek. Wel kunnen bij extreem lange kabels de
hoogste tonen iets verzwakt raken.
Bij te lange en/of te dunne luidspreker kabels treedt er een geringe en gelijkmatige verzwakking van alle frequenties op, en dat corrigeer je met de volume regelaar.
Ook kan de demping van de luidspreker(s) in
gevaar komen. Dit kan resulteren in wat boemerig laag of een geringe kleuring
door de minder gedempte middentoner of tweeter.
Als de luidspreker impedantie
sterk varieert met de frequentie (en dat is bij zeer veel luidsprekers -ook hele
goede- het geval) dan kan een te lange / dunne luidspreker kabel een kleuring
aan het geluid geven.
Sterke kleuring hangt altijd samen met plotselinge afwijkingen in de frequentie karakteristiek oftewel resonanties bij zeer bepaalde frequenties. Deze komen vaak voor bij (goedkope) luidsprekers en -kasten (paneelresonanties) en ten gevolge van de kamer akoestiek. (staande golven)
Fase fouten komen eigenlijk alleen voor in luidspreker wisselfilters en door de manier waarop het geluid uit de diverse luidsprekers (bij een meerweg-systeem) bij elkaar optelt. Door looptijd verschillen kunnen sommige frequenties elkaar versterken, terwijl andere elkaar verzwakken. In het hoofdstuk over wisselfilters staat hier ook iets over.
In de concertzaal nemen we de ruimtelijkheid waar door dat het directe geluid -dat in een rechte lijn van de bron naar de luisteraar gaat- eerder aankomt dan het geluid dat 1 of meer keren gereflecteerd is tegen wanden en/of plafond.
Het gaat om tijdverschillen in het bereik van ca. 1 tot 100 milli seconden. Sterke 1-duidige reflecties met langere vertragings tijden ervaren we nadrukkelijk als een echo.
Als het geluid vele malen reflecteert en het oor dus bereikt met veel verschillende vertragings tijden ervaren we dat als nagalm. In grote ruimtes zoals kerken of kathedralen kan de nagalmtijd vele seconden bedragen.
Om echo's tegen te gaan worden grote reflecterende vlakken vermeden in de architectuur van concert zalen. Een voorbeeld is de Rotterdamse concertzaal De Doelen, waar al die inspringingen en afschuiningen het geluid sterk door de zaal verstrooien en er dus veel verschillende wegen zijn waarlangs het geluid bij je oren komt.
Wat ook
meespeelt is dat in de galm doorgaans de hogere frequenties sneller
uitklinken. Al deze
factoren bepalen de akoestiek van een zaal.
De mens bepaalt de richting van een geluidsbron door de geringe tijdsverschillen waarmee het geluid de beide oren bereikt en ook omdat het geluid dat "om het hoofd loopt" om het verste oor te bereiken wat minder hoge tonen bevat. Het gaat hier om tijdverschillen vanaf ca. 30 micro seconden, de tijd die het geluid nodig heeft om een paar centimeter of zo af te leggen.
Omdat we thuis door de sleutelgaten van onze luidsprekers moeten luisteren zal de ruimtelijke indruk altijd flink afwijken van wat er in de zaal te horen was. Het is alsof er voor het podium een muur gebouwd is met twee gaten erin.
Gelukkig hebben de geluidstechnici enkele slimme microfoon opstellingen gevonden waarmee die muur voor een flink deel lijkt te verdwijnen. Het gaat daarbij om verschillen in looptijd, sterkte en klank waarmee het geluid uit de linker en rechter luidsprekers komt.
Zeer veel opnames, met name in de pop- en jazz genres worden gemaakt in een studio opstelling waarin er amper een zaalakoestiek aanwezig is. De instrument groepen zijn vaak door geluidsschermen van elkaar gescheiden, en de microfoons staan dicht bij de instrumenten. Iedere microfoon "doet" een bepaald instrument of instumenten-groep.
Bij zulke opnames is het puur de mix-techniek en de kunstmatige akoestiek die bepalen hoe de uiteindelijke ruimtelijkheid wordt.
Al deze zaken liggen vast in de plaat of de CD, en je
elektronische apparatuur thuis heeft er hoegenaamd geen invloed meer op. De CD-speler of de versterker kan de ruimtelijkheid verprutsen door een
slechte kanaalscheiding, maar niet verbeteren (*), even afgezien van apparatuur die kunstmatige
akoestiek toevoegt.
Belangrijk is wel dat de onderlinge
polariteit van de luidsprekers gelijk is. Als die fout staat lijkt het
geluid op het eerste gehoor soms wat ruimtelijker, maar er komt niets terecht
van een correcte plaatsing en na enige tijd krijg je last van
luistermoeheid. Ook is er steevast een gebrek aan laag.
In de huiskamer hebben verder alleen de (rondstraal eigenschappen van de) luidsprekers, de opstelling en de kamer akoestiek een aanzienlijk effect op de ruimtelijke beleving van het geluid.
(*) Er is wel een methode waarmee in een versterker aan het stereo beeld gesleuteld kan worden, de z.g. stereo basis breedte regelaar. De truuk zit 'm in het opzettelijk aanbrengen van overspraak tussen het linker en het rechter kanaal. Als de overspraak in fase is neemt de breedte van stereobeeld af, tot in het extreme geval mono. Als de overspraak in tegenfase toegevoegd wordt dan kan het stereo beeld onder omstandigheden wat breder lijken. De werking is o.m. afhankelijk van de bij de opname gebruikte microfoon- en mix-techniek.
In een ver verleden heb ik hier wel eens mee geëxperimenteerd, maar het werd er meestal niet beter van.
Het nut was wat duidelijker in een versterkertje dat alleen voor hoofdtelefoon weergave gebruikt werd, en dan vooral om de overdreven ruimtelijkheid die hoofdtelefoon weergave soms geeft wat in te dammen
We spreken van vervorming als er harmonischen en som-en-verschil-tonen ontstaan van de verschillende frequenties die doorgaans in een muzieksignaal tegelijkertijd aanwezig zijn. Meestal zijn dit frequenties die niet in het muzikale patroon passen, en daardoor als hinderlijk ervaren worden.
Terzijde: Bij sommige elekro-akoestische muziekinstrumenten / muziekstijlen -denk maar aan de Jimmy Hendrix gitaar- en veel elektronische en "experimentele" muziek wordt opzettelijk intermodulatie vervorming toegepast. Vervorming is dus op zich niet on-muzikaal, maar bij de huiskamer weergave willen we er niet méér bijmaken.
Zulk geluid klinkt schor of schetterig, en soms worden ook duidelijk lagere verschiltonen gehoord die in de oorspronkelijke muziek zeker niet aanwezig waren. Als zulke vervorming er is kun je die o.m. goed horen bij een a-capella koor van vrouwenstemmen, of als er alleen enkele blokfluiten samenspelen (Loekie Stardust of zo).
Maar let op! Onze oren produceren zelf onder omstandigheden ook een aanzienlijke intermodulatie vervorming (**). Als je het schetterende hoog of de lage verschiltonen nadrukkelijk in je oren of in je hoofd hoort (localiseert) dan heb je met de vervorming van je eigen oren te maken. Alleen als je de ongerechtigheden nadrukkelijk vanuit of in de luidpreker hoort (en ga er maar even dicht bij zitten) heb je met vervorming van je apparatuur te maken.
Meestal neemt de vervorming toe naarmate je een hoger geluidsvolume gebruikt. Als je je (eind) versterker overstuurt neemt de vervorming plotseling sterk toe, vooral te horen in de luide uitschieters.
Een bijzonder geval van intermodulatie vervorming is de z.g. cross-over vervorming, of overneem vevorming die kan ontstaan in een slecht afgestelde eindversterker.
Deze vervorming wordt juist hoorbaar in de zwakste passages, en veroorzaakt dat je bij een heel zacht geluid (oor aan de luidspreker) helemaal niets meer hoort, of slechts nog iets hoort kraken of rochelen.
Dit type vervorming kan overigens ook veroorzaakt worden door een defecte luidspreker, als de conus aanloopt tegen de magneetpool.
(**) Ja, ik zie sommigen al schrikken. Die vervorming is er de oorzaak van dat we verschil-tonen kunnen horen. Zonder intermodulatie vervorming geen verschiltonen.
Afwijkingen van de toonhoogte:
Dit soort vervormingen komen in het CD-tijdperk eigenlijk niet meer voor.
Bij vinyl platenspelers en bij analoge bandrecorders en casette decks komen wow, jank, jengel en flutter nog wel eens voor. Zeer snelle flutter wil nog wel eens op intermodulatie vervorming lijken.
Een niet varierende afwijking van de
toonhoogte wordt door de meeste mensen niet opgemerkt. Alleen mensen met een absoluut
gehoor hebben hier wel eens last van.
Bij CD-spelers is zo'n fout zo
goed als uitgesloten, maar bij vinyl platenspelers gebeurt het nog wel eens.
Soms is er een knopje om het precieze toerental te regelen. Dat is ook wel
handig als je op een eigen muziekinstrument mee wilt spelen met een plaatopname. Je
hoeft dan niet eerst je piano om te stemmen, maar je kan het orkest bijregelen.
Op CD spelers is zo'n "pitch-control" wat ongebruikelijk, maar spelers
voor de DJ markt hebben het vaak wel.
Voor bijgeluiden onderscheid ik 4 verschillende bronnen:
Kwetterende vogeltjes bij een opname in een kerk. Gerommel
door langsrijdende trams of metro. Musici die mee neuriën of met de voeten mee stampen met
hun spel, het klepperen van de kleppen van blaasinstrumenten, de herrie van de
tractuur van een orgel of klavecimbel, en natuurlijk het gekuch of gejoel van het publiek
bij een live opname.
Meestal vinden we dit soort bijgeluiden niet
erg hinderlijk, omdat we ze ervaren als behorend bij de muziek of bij de
omgeving waarin de muziek werd gemaakt.
In veel opnames zit ook een hoeveelheid ruis. Het zij zo, je kunt er thuis niets meer aan doen.
Een apart geval is het z.g "doordrukken" dat bij analoge band opnames kan gebeuren. Een kort sterk signaal betekent ook een sterke magnetisering van de band op die plek. Bij sommige bandsoorten kan het gebeuren dat die magnetisering doorwerkt in de wikkelingen er voor en er na. Het leidt tot een soort echo, zowel vooraf als achteraf. Het is alleen hoorbaar in zachte passages voor of na een kort luid fragment.
Bijgeluiden van de apparatuur:
De belangrijkste zijn hier ruis en brom.
Alle analoge elektronische circuits dragen een beetje ruis bij aan het signaal. Als je nadrukkelijk last hebt van ruis (niet afkomstig van een CD of zo) dan moet je je apparatuur laten nazien, want bij goede spullen dient dit onhoorbaar te zijn.
Brom uit de luidsprekers die veroorzaakt wordt door bijv. je versterker duidt altijd op een defect in het betreffende apparaat. Maar kijk eerst of er geen aardlus probleem is.
Bij de vinylplatenspeler kunnen er problemen zijn met gestommel of gedreun door onregelmatigheden in het loopwerk of door trillingen die de platenspeler van buitenaf bereiken.
Bij CD-spelers e.d. heb je daar totaal geen last van. Alleen heftige trillingen kunnen een CD-speler zover in de war brengen dat 'ie overslaat, maar er zullen nooit andere bijgeluiden ontstaan.Andere elektronische apparaten zoals versterkers e.d. zijn totaal ongevoelig voor de normaal voorkomende mechanische trillingen.
Jitter (random foutjes in de timing van digitale signalen) openbaart zich als een verhoogd ruisnivo dat evenredig is met het signaal op dat moment. Zwak signaal, dan ook weinig ruisbijdrage. Bij normale goede apparatuur is die ruisbijdrage altijd zo klein dat 'ie geheel wegvalt in de toch al aanwezige ruisbronnen, zoals de kwantiseringsruis.
Alle
apparaten waarin tijdens het afspelen iets beweegt (CD-speler, tape-deck, VCR,
DVD, SACD, etc.) kunnen wat geluidjes maken (dus niet
via de luidsprekers, maar direct) Dat kan hinderlijk zijn als je luisterplek dicht
bij dat apparaat is. Dat zelfde geldt voor voedings transformatoren in je
apparatuur. Die kunnen een akoestisch bromgeluid produceren.
Ventilatoren
zijn in huiskamer hifi apparatuur uit den boze, want het geluid ervan
valt erg lastig te onderdrukken.
Bijgeluiden uit de luidsprekers en de kamer:
Ik ken een geval waar men last had van een fluitend bijgeluid, dat uiteindelijk teruggevoerd kon worden op de lucht die door de basluidspreker geperst en gezogen werd door het gaatje waarmee de luidspreker kabel uit de kast kwam. Goed dichtkitten dus.
In en dichtbij een luidsprekerkast kan er van alles meetrillen, en zeker de zelfbouwer van luidspreker kasten moet er goed op letten dat 'ie rammelvrije constructies en -materialen gebruikt.
In de luister kamer kunnen glas-in-lood ramen, serviesgoed in een kast of dressoir, de glazenkast, en niet te vergeten: muziekinstrumenten, een bron van bijgeluiden door resonanties vormen. (als er geen pedaal ingetrapt is zijn de snaren van een piano altijd afgedempt, maar ik weet niet hoe dat bij een klavecimbel of een spinet zit). Een gitaar of een luit aan de muur kan een flinke resonantie geven.
Op veel test-CD's vind je een langzaam hoger wordende toon. Die kan erg behulpzaam zijn bij het opsporen van zulke resonanties.
Er is nu een software programma beschikbaar waarmee je zelf zo'n toon kunt opwekken.
Bijgeluiden door elektromagnetische storing van buitenaf.
Ondanks alle ophef die er in high-end kringen over Elektro Magnetische Compatibiliteit gemaakt wordt is er in de praktijk zelden een probleem. En als je echt een EMC probleem hebt dan is dat meestal niet met eenvoudige middelen op te lossen.
Ik geef hier voor de meest voor de hand liggende stoorbronnen aan hoe dat ongeveer klinkt.
Aanslaan koelkast : Je hoort een enkele tik.
Inschakelen TL-buizen: Je hoort een paar tikken, corresponderend met het aanflitsen van de TL-buis (buizen).
Brom:
Een lage ronktoon, soms zoemend. Kan veroorzaakt worden door een aardlus,
of door een defect in je apparatuur.
Als je alle ingaande signaalkabels naar het
verdachte apparaat hebt afgekoppeld en de brom is er nog steeds dan moet je het
betreffende apparaat laten nakijken.
Brom: Bij vinyl platenspelers en bandrecorders of casettedecks kan het magneetveld van een transformator in 1 of ander apparaat in de buurt de oorzaak zijn. Bij een vinyl platenspeler moet ook het chassis verbonden zijn met de kast van de (voor) versterker. Het hoeft niet per sé geaard te worden, maar alles moet wel doorverbonden zijn.
Brom of ratel kan veroorzaakt worden door licht dimmers (meestal het sterkst als de dimmer tussen 1/4 en 3/4 staat)
Brom of
ratel kan z'n oorzaak vinden in video-signaal dat in je audio circuits terecht
komt. De klank van zo'n ratel verandert met de beeld inhoud.
Experiment:
Sluit het video-out signaal van een SCART kabel eens aan op een audio ingang.
(zet je versterker niet te hard!!) en luister eens hoe een beeld klinkt.
Pas
op de tweeters, want een video signaal bevat een vrij sterke component van 15625
Hz.
De
storing van een PC is meestal een soort zoemend of ratelend geluid. Vaak
verandert het in klank, afhankelijk van de beeldinhoud.
Het wordt meestal
overgedragen of uitgezonden door de kabel tussen de PC en de monitor. Die kabel
moet dicht bij iedere connector zo'n dikke cylindrische knobbel hebben. Als die
er niet zit moet je een nieuwe monitor kabel kopen, want kabels zonder
die knobbels zijn zend-antennes van stoorsignalen.
Storing door een nabije radio- of TV- zender (legaal of illegaal maakt niet uit) merk je aan bijgeluiden zoals lispelen, pruttelen, fluittoontjes, of herkenbare modulatie als muziek of stem, vaak ernstig vervormd. Hiermee kun je soms de storende zender identificeren.
Het zend signaal van een mobiele telefoon geeft een soort zoemend geluid, tenminste als er een telefoon verbinding is. In stand-by is er heel af en toe een tik, als de telefoon contact maakt met het netwerk om de locatie te melden.
Storing
op digitale signaalverbindingen zoals S/Pdif of AES-EBU zal hoorbaar zijn als
korte, felle tikken, vergelijkbaar met die van als een CD-speler overslaat.
Bij
gestoorde digitale (sateliet) verbindingen hoor je wel eens een soort
"tsjjilp"
geluid, waarbij het geluid soms een paar seconden wegvalt.
Het
is ten ene male onmogelijk dat storing van buitenaf de klank of de
ruimtelijkheid van je weergave beinvloedt, zonder dat er bijgeluiden zijn.
Er is een aantal technische thema pagina's die de EMC materie meer in detail behandelen
Deel 2
Zie ook de essentiele specificaties in het hoofdstuk over versterkers.
Lineaire vervorming of frequentie karakteristiek.
Hiermee
wordt bedoeld dat hoge en lage frequenties niet in gelijke mate doorgegeven
worden, of dat heel bepaalde frequenties extra versterkt of verzwakt
worden.
De term lineaire is wat verouderd, en verwarrend in
combinatie met het begrip "niet lineaire vervorming".
Met de huidige
stand van de techniek is het vanzelfsprekend dat versterkers het hele bereik van hoorbare frequenties
doorgeven met
afwijkingen van ruim minder dan 1 dB. Als er al afwijkingen zijn treden die
alleen op bij het uiterste hoog en het diepste laag. Om afwijkingen in het
hoorbare gebied te krijgen met je als ontwerper gekke dingen doen, en die zijn
zelfs bij de goedkoopste versterkers niet lonend.
Audio elektronica
komt altijd met specificaties over het frequentie bereik. Meestal word het
frequentie bereik opgegeven waarbinnen de overdracht niet meer dan 1 dB afwijkt.
Als het er niet bij staat wordt er een 3 dB grens gehanteerd.
Het voor
mensen hoorbare frequentie bereik loopt van ca. 20 Hertz tot 20.000 Hertz (20 KHz).
Niettemin kunnen frequenties boven 20 kHz een (geringe) bijdrage geven aan de
klankkwaliteit. Het mechanisme hiervan is nog niet begrepen. Het vermoeden
bestaat dat we minimaal tot 40 kHz moeten gaan.
We
spreken over fase vervorming (eng: phase distorsion) als verschillende
frequenties niet met dezelfde vertragingstijd door bijv. een versterker
gaan. In dit verband wordt ook wel de term groeplooptijden of eng:
groupdelay gebruikt. De term "Lineaire fase" betekent in dit verband
dat alle frequenties dezelfde tijdvertraging ondervindenden.
Bij regel- en eind versterkers
geldt dat als de frequentie karakteristiek in orde is, de fase karakteristiek
bijna altijd ook goed is.
In elektronische circuits waarin scherp afsnijdende
filters voorkomen (zoals bij AD en DA omzetters) kunnen flinke fase fouten
optreden, terwijl de frequentie karakteristiek nog redelijk of volkomen OK is.
Opm: Het CD-systeem heeft een volstrekt recht fase-karakteristiek tot 20 kHz.
Wat er ook mis kan gaan is de manier waarop het geluid uit meerweg luidspreker systemen bij elkaar optelt. Bijv. in het overgangsgebied tussen een middentoner en een tweeter kan het geluid onder bepaalde waarnemingshoeken foutief optellen (=aftrekken), e.e.a. ook afhankelijk van de faseverschuivingen die onontkoombaar in elk wisselfilter optreden.
Ene meneer Linkwitz schrijft daar wat interessante dingen over op zijn website. Zie mijn link-pagina,
Alhoewel
het
menselijk gehoor weinig gevoelig is voor fase fouten geeft dit experiment
wel aan dat er een invloed is.
Top
Niet-lineaire of harmonische vervorming, Intermodulatie vervorming.
Hiermee
wordt bedoeld dat signalen van verschillende amplitude (sterkte) niet evenredig
worden doorgegeven.
De term "niet lineaire vervorming" is wat
verouderd, want verwarrend in combinatie met het begrip "lineaire
vervorming"
Dit type vervorming leidt altijd tot intermodulatie
en de productie van harmonischen. Die
twee gaan altijd hand in hand.
Vooral
de intermodulatie producten zijn hinderlijk, om dat dat meestal frequenties zijn die in
de oorspronkelijke muziek helemaal niet thuis horen.
De hoeveelheid
vervorming van een versterker wordt uitgedrukt in procenten, soms in dB. Veelal
wordt de aanduiding THD van Total Harmonic Distorsion gebruikt.
Een goede
waarde is 0.1% of -60dB. Beter is minder % of meer (negatieve) dB's.
Kijk ook hoe de klank van muziek instrumenten tot stand komt.
Hieronder is aangegeven hoe harmonische vervorming ontstaat. Je ziet een ingangs signaal dat gespiegeld wordt tegen de werklijn van de versterker.
In het linker plaatje is er sprake
van vervorming. Het ingangs signaal wordt via de niet rechte overdrachts
functie (van daar de term "niet lineaire") vervormd weergegeven.
De manier waarop die overdrachts functie on-recht is kan van alles zijn, maar
meestal lijkt het erg op wat ik hier getekend heb. Je ziet dat als het
ingangssignaal groter wordt het uitgangssignaal nauwelijks meer toeneemt en
steeds plattere toppen krijgt. Dit is typisch de situatie van een versterker die
overstuurd wordt.
Die afgeplatte golf bevat boventonen die in het ingangs
signaal niet voorkomen. Omdat de overdrachts functie -zoals hier getekend-
symmetrisch is zijn dat oneven harmonischen, dus met de rang getallen 3,
5, 7, enz.
Bij sommige versterker schakelingen (niet gebalanceerd klasse A,
kom je eigenlijk alleen bij buizenfreaks tegen) is de overdrachts functie
asymmetrisch. In dat geval ontstaan er ook even harmonischen, dus 2, 3, 4, 5, 6,
7 enz. Gebalanceerde eindversterkers -en die zijn veruit in de meerderheid-
tenderen naar een symmetrie van de overdracht.
Het rechter plaatje geeft de onvervormde situatie aan.
Overigens is de discussie over even-
dan wel oneven harmonischen niet erg interessant Het probleem is niet zo
zeer de boventonen die ontstaan, maar de intermodulatie producten. En daarvoor
maakt het niet uit of er symmetrie is of niet.
Wat is intermodulatie?
Stel je voor dat op het ingangssignaal zoals in het linker plaatje getekend nog
een (klein) signaal van een veel hogere frequentie staat. In het uitgangs
signaal zul je dat terug vinden, maar in de toppen van het "grote"
signaal is het kleine signaal nog veel kleiner geworden, alsof het platgedrukt
wordt.
Om een lang verhaal kort te maken: er
ontstaan som- en verschil frequenties die meestal helemaal niet thuis horen in de
muziek en vals klinken. We noemen dat "intermodulatie".
Als
het bij pure harmonischen productie zou blijven was het minder erg, want alle
muziekinstrumenten produceren van zichzelf al allerlei heeltallige boventonen en
een beetje meer valt niet zo gauw op. De som- en verschil frequenties passen
echter meestal niet in het rijtje boventonen dat bij zo'n instrument hoort.
Harmonische vervorming en Intermodulatie vervorming gaan altijd hand in hand. De zuivere situatie van harrmonischen productie is er alleen als er slechts 1 enkele toon aangeboden wordt. Die intermoduleert dan met zichzelf, en dat levert een rij som-frequenties met alleen hele veelvouden op. (de verschil frequenties zijn 0 of ook hele veelvouden)
Dit is een bijzonder type van niet -lineare vervorming. Het dankt z'n naam aan een verschijnsel dat optreedt bij niet goed ingestelde klasse B eind versterkers.
Bij
de klasse B versterker wordt het positieve deel van het signaal door één
versterkings-element (transistor of buis) behandeld, en de negatieve delen van
het signaal door een ander soortgelijk element.
Bij de nuldoorgang moet
het ene element het overnemen van het andere. Als dat niet goed gaat spreken we
van cross-over vervorming, of Ned: overneemvervorming.
Als een versterker hier last van heeft hoor
je dat vooral als je het volume heel zacht zet. (Oor aan de luidspreker) Het geluid gaat krakerig
klinken, en wat zwakkere geluiden vallen soms geheel weg.
Als je zojuist
gekochte versterker hier last van heeft moet je er onmiddelijk mee terug naar de
winkelier.
Bij zelfbouw ontwerpen is er meestal een mogelijkheid om de z.g. ruststroom instelling te
optimaliseren, want daar heeft deze soort vervorming alles mee te maken.
Bij de buizentechniek zijn de instelklassen AB1 en AB2 uitgevonden om de cross-over problemen van de zuivere klasse B tegen te gaan.
Bij cross-over vervorming past dit plaatje: Het geeft de uitgangsspanning weer van een versterker die aan overneemvervorming lijdt.
Kanaalscheiding of overspraak (Cross talk)
Bij
stereo installaties is het de bedoeling dat het geluid dat voor de ene
luidspreker bestemd is niet in de andere terecht komt. Het komt echter zelden
voor dat er geluiden zijn die uitsluitend uit 1 luidspreker moeten komen. Bij de
meeste muziek opnames is het zo dat alle instrumenten meer of minder uit beide
luidsprekers komen. Een klein beetje overspraak is dan niet erg.
Helaas
gebeurt het nogal eens dat niet zozeer het signaal van de ene naar de
andere kant overspreekt, maar vooral vervorming er van. En dan wordt het een
stuk vervelender.
In de specificaties van apparatuur wordt bij mijn
weten nooit opgegeven wat het vervormings percentage is van de overspraak, maar
het kan natuurlijk niet meer zijn dan de overspraak zelf.
De
mate van overspraak wordt opgegeven in dB. 40dB of minder is matig. 60 dB is
goed, en meer is niet echt beter, maar versterkers en CD-spelers halen
gemakkelijk 80 dB of meer..
Magneto- en elektro-dynamische elementen voor het
afspelen van vinyl platen komen zelden boven de 30 dB. En het aftast mechanisme
(naald/plaat) leidt er waarschijnlijk toe dat er vooral vervormd signaal wordt
overgedragen.
Alle analoge elektronische apparaten dragen een beetje ruis bij. Ruis manifesteert zich
als een soort sissend geluid dat vooral hoorbaar is in zwakke passages.
De
HiFi hobbyist kan doorgaans weinig doen om ruis tegen te gaan. Alleen de
ontwerpers van elektonische apparatuur dienen hun best te doen om ruis te
minimaliseren.
Je kunt wel onnodige ruis krijgen door een ongelukkige volume
instelling van voor-en eindversterkers, als je met zulke gescheiden apparaten
werkt.
Analoge opneem media (magneetband, vinylplaat) veroorzaken een
substantiele ruisbijdrage. Digitale media hebben dat dramatisch veel minder.
Bovendien, bij digitaal-digitaal copiëren verslechtert de ruis situatienooit.
(daarom gaan
we digitaal) Bij analoog copiëren wordt het altijd slechter.
Dit is een ruiserig bijgeluid dat in stille passages bijna afwezig is, maar sterker wordt naarmate er meer signaal komt. Het kwam vooral voor bij oudere soorten magneetband voor bandrecorders. Sommige analoge casette band systemen kunnen er mee behept zijn.
Digitale media hebben er geen last van.
Dit manifesteert zich
doordat een constante toon of geluid met een onregelmatig varierende sterkte
wordt weergegeven.
Het verschijnsel komt in meerdere of mindere mate
voor bij alle analoge bandopnames zoals die van de bandrecorder en het
casettedeck.
Digitale band systemen en het z.g. HiFi audio van een
VHS-video recorder hebben er geen last van.
Wow
Wow
is een langzame, periodieke verandering van de toonhoogte. Het verschijnsel kan
voorkomen bij platenspelers, bandrecorders en casette decks. Bij vinyl-platen
vooral als er een hobbel in de plaat zit. Het wordt veroorzaakt door een gebrek
in het loopwerk, bij bandrecorders mogelijk een zwaar lopende haspeldrager.
(SA)CD-en
DVD spelers hebben er nooit last van.
Jengel is een wat snellere periodieke verandering van de toonhoogte. Het verschijnsel kan voorkomen bij bandrecorders en casette decks. Het wordt veroorzaakt door een gebrek in het loopwerk, vaak een kromme as van de capstan of een onregelmatig gesleten aandrukrolletje.
(SA)CD-en DVD spelers hebben er nooit last van.
Flutter
Flutter
is een snelle verandering van de toonhoogte. Het wordt vaak herkend als en/of
geassocieerd met intermodulatie vervorming.
Flutter ontstaat in een
bandrecorder of een casettedeck als de band in trilling raakt in de buurt van de
weergeefkop. Het is een gebrek in het loopwerk dat kan ontstaan bij een
buitensporig grote bandspanning die kan ontstaan o.m. als gevolg van slijtage
bij de spoelendragers.
Jitter is het
verschijnsel dat digitale signalen nooit exact op tijd aankomen bij de
bestemming. Er is altijd een zeer geringe willekeurige variatie in de tijd.
Jitter wordt
veroorzaakt door ruis in de clock-oscillator van een digitaal systeem, en door
signaalverbindingen waarbij het signaal onderweg soms erg zwak kan zijn (radio,
sateliet, optische fiber kabel) Ook storing van buitenaf kan de jitter doen
toenemen op lange kabelverbindingen.
In de praktijk van
digitale audio elektronica voor in de huiskamer doet jitter zich pas in het zesde of zevende
cijfer achter de komma voor en speelt dus geen merkbare rol.
Bij apparatuur waarbij
jitter wel een probleem zou kunnen zijn (o.m. signaal extractie vanaf (SA)CD of DVD,
digitale radio) worden aan de ontvangst kant maatregelen genomen om deze jitter
te beperken.
Uiteraard worden er voor veel geld apparaatjes aangeboden die claimen de jitter te verminderen. Ik heb vooralsnog mijn twijfels over de goede werking ervan, want om jitter op bijv. een S/PDIF signaal echt te verminderen moet je als elektronicus nogal wat uit de kast halen.
Er is een technisch artikel waarin ik enkele berekeningen maak over de ernst van het jitter probleem, want die wordt meestal zwaar overdreven.