Комментарии 122
За вечер, используя два мультиметра и манипулируя ручками регулировки на ЛБП, я снял показания и «скормил» их нейронке с просьбой сделать из них код для gnuplot. (Боже, это просто офигенно удобная и волшебная возможность! Мне всегда казалось, что такого ни за что не случится на моём веку.)
Из полученного графика было решено установить рабочую точку светодиода в районе 1,76 В и подавать на вход сигнал с размахом примерно 120 мВ, чтобы она не уходила в отсечку и сигнал не клипировался. При небольшой амплитуде входного сигнала эффект мог не проявиться в должной мере.
Можно было бы не мучаться так и не грузить нейронку, а просто взять ВА характеристику для используемого Вами диода из справочника. На это требуется не более двух минут .
Во-вторых, и это главное, в схеме невозможно контролировать рабочую точку транзистора, который находится внутри оптопары, и его база не имеет вывода наружу.
вы надеюсь в курсе что есть оптроны с выведенным выводом базы?
Столько рассуждений о тёплых ламповых гармониках, и ни одного примера собственно звука.
Простите но...
Не заметил, виноват.
Было бы здорово для сравнения послушать нечётные гармоники.
Все ок :)
Я постараюсь софтварно эмулировать и то и то и дополню статью, ну и упомяну вас.
Послушал в интернете примеры чётных и нечётных гармоник и понял, что чётные дают именно тот жирный звук, который я всегда любил (особенно у Чижа).
Для большей наглядности можно ещё записать перегруз с чётными и нечётными гармониками МИНУС исходный сигнал.
Сделал, можно слушать: файл на викимедии.
Если приблизить одиночный щелчок, то видно, будто в этот момент происходила потеря данных или исчерпывался некий буфер.
А может быть стоит просто посмотреть на файл? В начало и конец. Они бесшовно связываются или там есть разбег по фазам? Вполне себе причина для щелчков.
Вертикальные линии — это щелчки, происходящие каждые три секунды по неясной для меня причине. Если приблизить одиночный щелчок, то видно, будто в этот момент происходила потеря данных или исчерпывался некий буфер.
О, у меня так себя вёл Sound Blaster X-Fi Titanium Fatal1ty Professional на определённых частотах дискретизации записи после перехода на х64 винду и установки 32ГБ ОЗУ. Причём, щелкало и воспроизведение тоже, но последнее на тот момент обновление драйверов исправило воспроизведение. Никак не смог исправить, поменял на AE-9.
В линуксе один раз встречал похожий глюк с буфером.
Linux Mint с микшером pulseaudio при записи то ли менял, то ли добавлял в каждый буфер один отсчёт. Только на одном, встроенном в мать реалтековском кодеке такое наблюдалось. Во всех программах независимо от частоты дискретизации глючило - и в Audacity, и в мессенджерах, и в моём самопале. Любая USB-карточка при этом работала нормально.
Сборка Ubuntu Studio (ядро того же поколения), но с микшером jack на этом железе не давала таких глюков.
А с аппаратным косяком таким сталкивался: у USB-карточек на основе микросхемы PCM2900/2902 (Behringer у меня называлась аж) левый канал отличается от правого по времени на одну выборку. При записи в одну сторону, при выводе - в другую. В еррате на микросхему это есть.
У сигнала есть амплитуда, есть размах - удвоенная амплитуда. Смешивать их нельзя, то есть говорить размах амплитуды. Также нет понятия полный размах, пиковая амплитуда (есть пиковое значение, rms значение)
Сигнал бывает входной и выходной, но не входящий.
Какова точность измерения напряжения и тока?
Гармонический двойник - нет такого термина.
На картинке у Вас изображен скачок фазы. Изменилась ли при этом частота - неизвестно.
Да, идея с плеером скорее всего плоха)
Мне кажется, что оригинальная схема лучше. Питание можно сделать одно: от 3В с преобразованиями вверх и вниз.
А так, плюс - эксперименты это всегда хорошо)
Спасибо за дополнение, я исправлю текст.
Точность такая как даёт мультиметр Fluke 8060A, но он не калиброванный ни разу за 30 лет. Но его показания на постоянном токе совпадают со вторым моим прибором Sinometer (китайский мультиметр).
Я имел ввиду минимальные показания прибора, то есть диапазон, на котором измеряли. Например, 1мА, 5мВ итп
Посмотрел в интернете. Скорее всего точный. Здесь важна относительная точность, и надо мерить одним мультиметром. А так, скачки конечно странные. Для электроники это большие скачки. Надо перепроверить несколько раз.
Если вы о импульсах, то это 99% сбой карты, т.к. они появляются даже если не подскакать на вход ничего. Выше подсказали, что сталкивались с подобным на других картах. Возможно, что проблема в неверной частоте дискретизации.
Нет, я о ВАХ диода.
На импульсы Дирака мне начхать) По-моему, последние - из-за влияния цифровых цепей компьютера.
Иногда та же самая карта записывала без них, при неизменном подключении. Когда я музыкальные сэмплы записывал. Но шум на сэмплах с музыкой точно привнес плеер. Т.к. когда менял его положение относительно кабеля то менялась интенсивность шума.
Сдается мне, что есть недопонимание в терминологии: шумы, импульсы, ступеньки.
Есть искажение сигнала типа скачок (разрыв типа скачок). Он описывается единичной ступенчатой функцией - функцией Хевисайда. У Вас ВАХ скорее всего искажена таким образом. Также есть скачок фазы в полезном сигнале.
Есть помеха типа дельта-импульса (импульсная помеха). Он описывается дельта-функцией. У вас видна эта помеха.
Есть тепловой шум. Он задаётся автокорреляционной функцией (или спектром плотности мощности).
Непонятно что привнес плеер?
Плеер привнёс равномерный шум. Сверху спектрограмма оригинала, внизу спектрограмма записи через весь тракт.
Импульсные помехи на скрине ниже это результат софтварного характера. Потому что та же самая карта при том же железе и софте дает результат без щелчков.
Мне кажется, что проблема либо в Audacity, либо в неудачных настройка частоты дискретизации. Но это почти точно результат какого-то программного сбоя.
Разница обоих сетапов только в том, что когда я ту же самую аудиокарту пытаюсь задействовать на проигрывание то возникают периодические щелчки.
Возможно, я не отрицаю, что проблема проявляется как на вывод звука так и на ввод. Но скоро я решу эти проблемы, потому что у меня будет вторая аудиокарта ESI Juli@. И стенд будет собран вот так.
А, еще уточнение. При снятии ВАХ диода использовался советский мультиметр В7-41 на пределе 2 вольта + китайский sinometer. Честно признаюсь, мне не удалось вспомнить куда положен был Fluke. Позже я его нашел и замеры звуковых частот делал только им.
Так-то точности хватает, ошибка не более 4мВ для Вашего случая.
Мне кажется у Вас просто два лишних сэмпла в файле и всё)
Не, это точно ошибка округления. Когда крутил ручку я глазами видел, что прибору не хватает разрядности. Это же древний советский прибор :)
Странно. Он цифровой. Значит просто старый уже.
У Вас тогда наверное источник питания не очень прецизионный: мало где требуется регулировать точнее 0,1В.
Да не у прибора просто мало разрядов.
Источник питания вообще не прецизионный.
Таким ВАХ только грубо можно снять
Да оно и не требовалось. Главное было узнать где место "перегиба" у конкретного светодиода.
Понятно. Но насколько я помню у диода довольно таки хорошая квадратичная аппроксимация для большого диапазона напряжений. Тут тогда скорее требуется определить лишь интервал напряжений и токов для рабочего режима. Перегибов там нет, есть только точка отсечки. Хотя могу путать с лампами.
Может быть я неверно понимаю, т.к. не математик. Вот это место на ВАХ можно называть "перегибом"?
Это "пятка" ВАХ, напряжение отсечки, Электроника (см. 5-й слайд). Примерно в этой области наибольшая нелинейность, которая создает новые гармоники в выходном сигнале. Экспериментально можно подобрать такую точку, которая дает максимум амплитуды второй гармоники выходного сигнала (ее можно мерить спектроанализатором). Вроде бы как это и является целью описываемого в данном посте устройства?
Кстати, у Вас почему-то рабочие напряжения более 1,6В. Видимо какое-то смещение?
Математически, точка перегиба - это точка, в которой меняется знак кривизны. Для ВАХ это не актуально.
Для светодиодов типичные напряжения отсечки как раз и находятся в районе полутора вольт.
а, дак это светодиод)
На ВАХ даже надпись есть :C
Меня смутило слово салатовый, думаю какая разница какого он цвета)) Шаблонное мышление
У светодиода вообще могут быть отличия в ВАХ по сравнению с силовыми диодами. Может даже там больше вторая гармоника. Интересно
Ещё маленькое замечание: у сигнала не АЧХ, а спектр. У схемы (с входом и выходом) да, АЧХ.
АЧХ - это и есть характеристика спектра, как и ФЧХ. А у схемы, со входом и выходом - передаточная функция, из которой можно посчитать искажение спектра (линейное) проходящего через неё сигнала.
Нет, не говорят АЧХ сигнала. Говорят АЧХ тракта, АЧХ звена, АЧХ системы.
Спектр бывает амплитудным и фазовым.
Да, по передаточной функции можно посчитать в частности АЧХ и ФЧХ.
Однако, бывают случаи, когда надо указать АЧХ именно сигнала. Например, белый шум (ровная АЧХ во всём диапазоне), розовый шум, и т.д.
Не знаю не знаю. Может радиотехнические школы разные) У нас за такие огрехи били)
Это поэтому вы такой нервный? Понимаю. Ну и конечно же когда идёт речь за сигнал то всенепременно имеется в виду спектр.
Мне просто слух режет вот и всё)
А вообще, я замечал не один раз на Хабре, что радиотехники любят поспорить по терминологии, очень любят)
Когда все говорят по ГОСТу очень скучно. Так недолго и строем в столовую начать ходить. Посему и вводится контроллируемый разброд и шатание.
Да, отклонения скрашивают речь, это называется жаргон, не спорю. Но у жаргона тоже есть словарик. К сожалению, я знаю только про феню.
Терминология это очень важно. Т.к. позволяет говорить об одном и том же и понимать друг друга правильно.
Жертва ЕГЭ
Приятно познакомиться, жертва ЕГЭ.
Сударь, вот как раз про ТС я бы не сказал что он "жертва ЕГЭ". Пускай и не шибко глубокие познания у него, но у него явно есть пытливый ум, что в моей классификации вообще никак не попадает под термин "жертва ЕГЭ".
Статья в целом интересна (просто как чтиво, как человек пытался сделать чтото интересное)...да, результат так себе. Но это тоже попытка. Как я всегда говорю сыну:"Если ничего не делать - ничего и не будет. Лучше сделать чтото и потерпеть неудачу, чем ни делать ничего."
Что касается темы статьи...пока читал посетила мысль, а ведь не только нелинейность АЧХ присутствует на p-n переходе...есть нелинейность и на других нелинейных (забавный каламбур) электронных компонентов. Если победишь нормально генерацию и запись входного и выходного сигналов и так сказать подготовишь лабораторный стенд...то можно разные элементы таким образом исследовать на предмет нелинейностии и... возможно там будут какието открытия типа:"степень искажений", "не только четные" и тд
Для измерений надо пользоваться измерительной аппаратурой, а не устраивать 'колхоз". Да и симулятор, тот же Микрокап, позволяет вообще обойдясь без пайки, получить массу полезной информации.
У человека есть желание, он взял и написал неплохую и довольно технически грамотную статью-отчет. В отличии от тех, у кого есть всякие GwInstek и Fluke) Ничего плохого в этом не вижу.
Для измерений надо пользоваться измерительной аппаратурой, а не устраивать 'колхоз".
Это, конечно, бесспорно. Но если есть понимание методики измерения и нет прибора то можно и сколхозить. Тем более, что нет резона покупать спецприбор на 1 проект.
Не нужны спец приборы, но аудиофилу-констиуктору таки нужен осциллограф современный и цифровой. Уж там точно есть Фурье-преобразование. Цена вопроса не выше 7-10 круб
Ну вот Великий Сталкер использует EMUшку и программные анализаторы. Вполне себе годный сетап, зачем отдельный осциллограф?
В итоге получил мусор. А, да - еще очень нейрона пригодилась ;)
Это ваше авторитетное мнение?
Более чем. А вообще-то, для получения уровня гармоник или гармоники (не важно четных или нечетных), достаточно было снять правильно ВАХ, сделать аппроксимацию полиномом 2 или 3 степени и считать себе на здоровье уровень любой гармоники и их сумму ( THD) . Можно ручками, можно через вражий маткад или наш SMath Studio. Но лучше, как уже говорил, использовать симулятор Микрокап (или аналог), который даст точные ответы на все вопросы.
Напишите свою правильную и увлекательную статью разбор (опровержение), всем будет очень интересно почитать.
Есть у меня группа вконтакте Практическая электроника (50 тыс подписчиков) и ряд смежных групп по автоматике, системам управления, схемотехнике, цифровым скопам и пр. Там много статей, заметок на разные темы, разбираем разные вопросы и отвечаем на них, студентам помогаем, не без этого. Вот там я и разберу ваш случай - как повысить уровень 2 и 4 гармоник, к примеру. Кстати, не все четные гармоники "приятны".
Круто, почитаю. Может быть пока пишете я и переделаю свой опыт. И да, я сразу предупрежу, что не знаю смысла термина "полином" и имею наглость писать статьи но постараюсь разобраться.
Вот возьмите и сделайте, покажите уровень.
А еще можете прийти в кружок любителей столярки и рассказать им, что они всё делают неправильно и надо купить фрезер с ЧПУ.
Началось.. Мне это не надо, поскольку давно все понятно, пройдено и испытано. Я тут о другом - о неверном подходе к решению задачи. Как только состоялось упоминание нейронки для построения графика. А чего сразу не спросить ее "Дай схему! "
Потому что "дай схему" это вмешательство нейросети принципиального уровня.
И, к слову, я нейронке давал такие задачи и потом мы разбирали их в одном чатике электронщиков. Она очень плохой схемотехник (речь о o1) и не может даже симметричный мультивибратор нарисовать.
Да и моя схема далеко не лучшая.
И да, с чего вы обозлились и повесили на меня ярлык "аудиофила профессионала" в другом комментарии? Что за поток агрессии?
Реально пригодилась нейронка. Но ей поручались самые тупые задачи не имеющие никакого принципиального влияния на дизайн эксперимента.
Например: дал ей задание помочь разобраться с глюками записи и диагностике проблем со звуком в ОС Linux, помочь составить из файла с вручную записанными значениями показаний приборов готовый файл для ПО gnuplot.
Я сам крайне настороженно отношусь к использованию нейронок, но тупые рутинные и неблагодарные задачи давать им самое то, чем читать тонны форумов с сообщения от троллей, альтернативщиков (искренних или просто кукловодов-шарлатанов) поехавших всех мастей. В книгах информации зачастую просто нет, т.к. проблема очень специфическая и незначительная.
У меня есть осциллограф. Но я пишу статьи для тех у кого его нет.
Не нужен тут осциллограф. Любая, даже самая китайская аудио-карточка за 300 руб для этой задачи на пару порядков лучше осциллографа и по разрядности, и по нелинейным искажениям.
Я ждал "триггернувшихся профессионалов" которые посоветуют использовать серьезные и дорогостоящие приборы. Только у меня их нет :)
Ваша бабушка или мама вяжут носки не для того, чтобы обогнать в производительно сти вязальный автомат, а потому что им нравится что-то создавать самому. Подумайте над этим. Я каждый раз пишу, что моя основная цель — побудить энтузиастов далеких от электроники взять жменьку деталей и "наколхозить" что-то за вечер ради своего удовольствия.
Ошибки принципиального характера, терминологические, или ошибки дизайна эксперимента это мои несомненные косяки и я по возможности исправлю в статье, как делаю почти всегда.
Поправка: Нелинейность не АЧХ, а ВАХ
Спасибо за поддержку. Вы всё правильно описали.
Мы же никого не трогали. Мы же тёплые и ламповый для себя и близких. Зачем Вы всё время идёте в атаку. Мы ведь не бросаемся снимать ими галиевых транзисторов.. Остановитесь!
Щелчки могут быть из-за несоответствия частот дискретизации и/или передискретизации. Работать со звуком не так уж сложно самому - для с# есть библиотека NAudio, там есть потоковый ввод/вывод. Если заморочиться с математикой и FFT, то ВАХ диода можно замерить и получить её мат.модель в виде полинома. Или наоборот, самому эмулировать кривые, как это делают миллиарды VST-плагинов.
Все значительно проще. Есть точное уравнение Шокли для диода формула и есть spice-модели всех типов диодов, выпускаемых промышленностью. И есть программы класса PSpice.
В чем смысл заменять практический опыт симуляцией? Когда цель именно в практическом опыте, а не в создании плагина или разработке промышленного образца?
Когда человек собирает скворечник, у него нет цели создать BIM модель скворечника чтобы рассчитать прочность и нет цели создать чертежа для столярного цеха, верно? :)
Формула Шокли - это же просто смещённая экспонента, которая сатурации сверху не предусматривает и для моделирования малопригодна. Проще её только x+abs(x).
Подробности схемы на оптроне описаны в статье, которую вероятно вы пропустили. Там и один источник питания и подробности насчет рабочей точки. Что касается схем получения гармоник на диодах, поищите в сети схемы по ключевым словам harmonic sweetener или aural exciter schematic diagram.
Поиск по этим ключам поиск выдает много картинок со схемами.
Устройства для получения большого количества гармоник получили название эксайтер (exciter). Эти устройства применяются для отдельных музыкальных инструментов, например гитар, а также голоса. Владелец основных патентов - фирма Aphex. Имеется множество клонов ее устройств. Все они производят полный ряд гармоник, не только четные. Поэтому получить "ламповое" звучание, для которого нужна только вторая гармоника, никак не позволяют.
А почему именно светодиод? Как вы и упомянули, любой диод подойдёт. Если взять маломощный низковольтный кремниевый диод Шоттки, типа BAT54, то в сигнале размахом в 100 мВ можно наполучать гармоник и с нулевым смещением, без питания.
А как у вас от амплитуды сигнала спектр зависит? Пробовали измерять, или моделировать?
Есть просто один момент, связанный с нелинейностью: диод на пару с конденсатором таки начинает выпрямлять. Это значит, что при увеличении громкости рабочая точка у схемы съезжает в сторону уменьшения искажений. Может, как раз для упомянутого эксайтера это и хорошо - спектр полученных гармоник будет меньше зависеть от амплитуды.
Вместо тысячи слов, нарисовал картинку для чего нужно смещение. Если делать на диоде Шоттки и отрезать половину сигнала то будет не сатуратор, а фузз с очень высоким содержанием гармоник, что будет звучать как свист, вой.
ВАХ же не становится квадратной без смещения. Если уж ВАХ диода моделируется экспонентой, то она и остаётся экспонентой при любом смещении.
QUCS-SPICE показывает ту же картину
Работает без батареек!
А вот при изменении амплитуды сигнала соотношение высших гармоник сильно меняется. Поэтому я и спросил, пробовали ли вы?
Пробовал, результат менялся, но я упустил этот момент и удалил случайно запись. Я повторю эксперимент когда пересоберу комплекс.
А как ваше схема работает без смещения? Может быть я не донёс смысл моей идеи?
Как-раз глядя на эту картинку с ВАХ я и узнал диод Шоттки. У него при нулевом смещении похожая кривизна. И он примерно также способен "испортить" сигнал в 100 мВ от источника с 1-10 кОмным выходным сопротивлением. Прям с датчиков гитары и пробовал приведённую в статье схему.
Фокус ещё есть в свойствах той самой экспоненты - она останется экспонентой, где бы вы ни выбрали рабочую точку. Вот вы сняли ВАХ от 0,02 до 2 мА грубо говоря. Если снимете от 0,002 до 0,2 мА - получится та же кривая, только со смещением на 250 мВ где-то. Увеличите резисторы в 10 раз, и получите тот же сигнал.
Про спектр: я пробовал менять амплитуду в модели, всегда получал целый "лес палок", и не часто 3-я гармоника выходила ниже 4-й. Но 2-я всегда получалась выше всех, да.
Получить чисто чётные гармоники, без примесей в модели вышло только с диодным мостом. У моста ВАХ близка к sh(x), это гораздо больше напоминает параболу, и лучше моделирует преобразование sin²(f)=cos(2f)
Простите, но я не понимаю как можно обойтись без смещения, даже если взять идеальный диод, то при отрицательных значениях сигнала срежется половина синусоиды... Ну и ВАХ диодов не от нуля отходит, а от некого порогового напряжения. Ниже него токи идут микроамперные или я не прав?
Простите, - Не прощу) Да, правы на счёт микроампер. Но и сигнал тоже похожего порядка ведь. ?. 100 мВ/1 кОм = 100 мкА. И получаем 2-ю гармонику -20дБ, это 10% по амплитуде.
В точку 0V и 0А ВАХ по-любому приходит. Вопрос, наверное, в её кривизне и наклоне относительно резистора нагрузки. Модель говорит, что у хренового диода (с большой утечкой) кривизна ВАХ в нуле как раз больше.
А вот взять зелёный светодиод с пороговым напряжением порядка энергии "зелёного" кванта света, в электрон-вольтах (те самые 2 эВ=2 В дополнительного смещения) - это ИМХО странный путь. Ладно, красный, или ИК. Но вы, получается, ввели смещение сами, а потом героически с ним поборолись
Светодиод был взят потому что у оригинальной схемы был оптрон.
Я всё равно не понимаю почему вами предложенная схема будет работать как моя. Если убрать смещение, рабочая точка будет в нуле. Сигнал будет вот такой:
А смещение нужно чтобы отрицательная полуволна не уходила в подпороговую область вообще. Вот так:
Возможно вы думаете, что моя цель была в том, чтобы сделать гитарный фузз?
Вот тут можно самому покрутить в симуляторе без регистрации и прочего: https://tinyurl.com/22446k7h
Если убрать смещение, рабочая точка будет в нуле. Сигнал будет вот такой:
Не убрать смещение, а сделать его нулевым. На первой картинке рабочая точка с отрицательным смещением по факту получилась. На графике "ВАХ" это видно, а вот осциллограмма "Выход" вообще не похожа на правду. Вы просто нарисовали перевёрнутый выпрямитель на самом деле.
Вот в том же симуляторе нужный диод нашёл. Подобрал под него резистор, чтобы получить примерно 10% второй гармоники. Более мощный диод с большей утечкой, соответственно, будет работать с меньшим резистором.
То же самое, только с развязкой по постоянной составляющей:
Обратите внимание, что смещение здесь есть, чтобы не получился тот самый выпрямитель. Просто оно нулевое.
Вот, можете поиграться.
Может, не фузз вы имели в виду, а овердрайв? Который вы как раз в статье привели:
У фузза, по-моему, передаточная функция совсем квадратная и с гистерезисом. Гармоник даёт, естественно, очень много. По звуку напоминает саксофон.
Овердрайв, кстати, тоже при нулевом смещении работает. Сумма токов через диоды, правда, позволяет получить только нечётные гармоники. А вот если взять разность - как раз останутся только чётные, без нечётных примесей.
С идеальным диодом как-раз проще всё выходит. (И этот идеальный диод даже существует, но только в паре с идеальным ОУ, вот ведь)))
Слишком много гармоник - вообще не вижу проблем. Значит просто смиксуем с оригиналом в другой пропорции. Теми же резисторами, которые уже есть в схеме, скорее всего.
Ошибся. Не sh(x), а ch(x), который чётный
По гармоникам у вас тут не экспонента. У экспоненты гармоники монотонно убывают, вот так:
Статья и комментарии натолкнули на мысль о том, что можно пойти от обратного и сразу математически посчитать какой должна быть ВАХ, чтобы появлялись только чётные гармоники заданной амплитуды. Например для 2,4,6,8 той же амплитуды (пруф) получим полином 
А если сделать затухание пропорционально факториалу (а именно 
), то так:
От этого и можно отталкиваться при проектировании реальной аналоговой схемы.
Диодный сатуратор. Создаём чётные ламповые гармоники