רעש ועיוותים הרמוניים באודיו – מערכות השמע ומערכות אלקטרוניות בכלל

מה הקשר בין רעש, יחס אות לרעש ועיוותים הרמוניים לבין איכות מערכת השמע ומערכות אנלוגיות בכלל.האם יש בכלל חשיבות לפרמטרים הללו ...

7:00
  /  
18.09.2008
  
כתב: חנן לשנובולסקי
הקדמה

 הקדמה

מאמר זה אינו מתיימר להיות מאמר ברמה המדעית המובהקת שכוללת נוסחאות וחישובים למיניהם. אשתדל להעביר לקורא הממוצע (גם ללא ידע באלקטרוניקה ומדעים) בלשון פשוטה את משמעות המושגים והשפעתם על איכות השמע הבוקע מהמערכת שאנו כה אוהבים. גם הקוראים היותר מקצועיים עשויים למצוא במאמר עניין ואשמח להערותיהם והארותיהם. לא אכלול במאמר פתרונות תכנוניים פרטניים לבעיות והם יהיו נושא למאמר אחר שישלים את התמונה בבוא היום. אביא מספר פתרונות מקובלים בהיבט כללי יותר עבור הבעיות השונות.

מה זה הרעש הזה סביבינו?

רעש סביבתי (לא הרעש של צעקות השכנים) חשמלי ואלקטרומגנטי. זה הרעש אשר נקלט כהפרעה במערכת השמע או ע"י אחד ממרכיביה. הרעשים החשמליים של מכשירים הפועלים בסביבה הקרובה או הרחוקה ממערכת השמע, או אפילו כאלו הנובעים ממרכיביה עצמם עלולים להוות גורם מפריע לשחזור אות השמע המקורי. הרעשים החשמליים עלולים להיווצר מסופות ברקים, מניצוצות שנוצרים במנועי חשמל בעלי מברשות פחם כגון מערבלי מזון, מקדחות כמו גם מהדלקה של נורות פלורוסנט, נוריות ניאון (נורית הפעלה של מתג), מהתנעות של יחידות הספק בעזרת ממסרים, סולונואידים חשמליים, מכונות ריתוך וכיו"ב.

 

הרעש האלקטרומגנטי יהיה מאופיין בעיקר כתוצאה מהשראות או השנאה הדדית בין הגורם המפריע למערכת השמע או לאחת מיחידותיה. הגורמים לרעש הזה עלולים להיות שנאים, מנועי זרם חילופין למיניהם, כבלים המעבירים זרם חזק או מתח גבוה, טלפונים אלחוטיים ויחידות שידור מסוגים שונים שהגל האלקטרומגנטי מהווה את התשתית התקשורתית שלהם.

הגנה

שריון אבירים חסין רעש

הפתרונות לסוגי הרעשים הללו הם רבים ומגוונים ומשולבים זה בזה. אני לא אגע בפתרונות באופן פרטני ברמות התכנון אלא אציין בכלליות כיצד מתמודדים עם הבעיה. סיכוך, סיכוך, סיכוך והארקות טובות. המכשור חייב להיות מסוכך מהסביבה ולכן בדרך כלל הוא בנוי במארז מתכתי ייעודי. למבנה המארז ולחומרים המתכתיים ממנו הוא עשוי יש משמעות מבחינת סוג סינון הרעשים שרוצים להשיג. בדרך כלל המארז משלב פשרה כלשהי בין החסינות להפרעות חשמליות ולהפרעות אלקטרומגנטיות. לעיתים יצרני ציוד יכילו את המעגלים שלהם במארזים כפולים על מנת לקבל חסינות מפני שני סוגי הרעש/ההפרעות.

אלומיניום, ברזל או שניהם?

מארזי האלומיניום חסינים יותר להפרעות חשמליות וחסינים פחות להפרעות אלקטרומגנטיות. מארזים המבוססים על תרכובות מתכת ברזלית חסינים יותר להפרעות אלקטרומגנטיות. היתרון של מתכת ברזלית שהיא גם חסינה היטב להפרעות חשמליות אולם חסרונה בשיתוך מואץ (אם לא טופלה היטב) ובמשקל רב יותר לעומת אלומיניום (אינני מדבר על מחירי המתכת ועל מורכבות הייצור בהתאם ליישום הנדרש).

אם למי מכם יצא פעם להתבונן על טיונר של טלוויזיה או רדיו לרכב, הייתם שמים לב ודאי שהם ארוזים במארז מתכתי ייעודי שעשוי ממתכת ברזלית כלשהי (בדרך כלל סוג של מתכת הנקרא Mu-Metal). הסיבה שמשתמשים במתכת הברזלית – כי אותו הטיונר בעצם מבוסס על קליטה של גלי רדיו אלקטרומגנטיים ורוצים למנוע הפרעות לא רצויות של גלים אלקטרומגנטיים מהסביבה אלא רק מה שחודר דרך האנטנה. לכן כל המסלול של האות מבסיס האנטנה ועד למוצא האות מהטיונר חייב להיות מסוכך וחסין.

מערכות שמע שאינן בתחום שידורי הרדיו אלא בתחום תדרים נמוך יותר אינן סובלות בצורה חריפה מההפרעות האלקטרומגנטיות אלא אם כן משתמשים בהגברה חזקה כמו פונו סטייג´ או מגבר מיקרופון. זאת הסיבה שלמעשה רסיברים בדרך כלל שוכנים אחר כבוד במארזי אלומיניום ורק הטיונר הפנימי ארוז במארז מתכת ברזלית.

הסיפור קצת שונה לגבי מגברים בהגברה גבוהה הן מבחינת הגברת מתח והן מבחינת הגברת הספק (שחייבת להיות בצידה הגברת מתח משמעותית). בגלל הרגישות של מגברים אלו, הם יותר חשופים להפרעות האלקטרומגנטיות ולכן ניתן למצוא גם מארזי מתכת ברזלית בצד מארזי אלומיניום. אני אישית בהעדפה גורפת של מארזי ממתכת ברזלית כי הן מספקות "שקט" תרתי משמע. מאידך, ליצרנים ישנם שיקולי עלות ותמחור ללקוח ולא אעסוק בכך.

כבילה נכונה – חוט השני של איכות

המשותף ועובר כחוט השני בין המערכות השונות יהיו אשר יהיו, הם הכבלים. אם חפצתם במערכת חסינה לרעשים מהסוג הזה, חובה להשתמש בכבילה מסוככת למיניה, חווט צמד שזור ( Twisted Pair מסוכך בדרך כלל), קווי תמסורת דיפרנציאליים וכיו"ב. כל סוג כבילה צריך להתאים כמובן לסוג היישום.

אפשר להגיד שאיכות הכבילה כן קובעת והרבה (ללא שום קשר למחירי הכבלים). למשל כשמדברים על כבילה מסוככת ישנם  מספר פרמטרים חשובים מבחינת איכות הכבל כגון העכבה הייעודית שלו, אחוז כיסוי הסיכוך והנחתת האות לאורך ידוע ובתחום התדרים הייעודי. שאר הפרמטרים פחות חשובים כי הם עוסקים יותר בעמידות הכבל לאורך זמן, טיב חומרי הגלם, הצבע ושם המותג (ידוע או פחות ידוע) ואינם משפעים ישירות ומידית על ביצועיו החשמליים. שילוב כל הפרמטרים הללו מביאה לתמחור זול או יקר והכול יחסי ובהתאם ל"עובי הארנק". למשל כבל של "צמד שזור" ומסוכך, חסין יותר באופן יחסי להפרעות אלקטרומגנטיות וחשמליות מאשר רק כבל מסוכך רגיל בגלל המבנה המיוחד שלו. כאמור היישום בעצם מכתיב באיזה סוג כבל משתמשים.

רעשים פנימיים

משהו רועש בי פנימה

רעש פנים מערכתי (הקשור אך ורק למעגלים האלקטרוניים של יחידות המערכת עצמה). רעשים הנובעים מאספקת הכוח למרכיבי המערכת הנוצרים כתוצאה מהמרת מתח החילופין (AC) מרשת החשמל למתח ישר (DC) הנחוץ לפעולת המעגלים האלקטרוניים וכבילה בתוך ובין יחידות המערכת. הם כוללים את רעשי האדווה (Ripple) של מערכות הסינון והייצוב בספקי הכוח, חיבורי האספקה, האותות והארקה המשותפים והרעש הטבעי של הרכיבים עצמם. הארקות נכונות ואיכותיות והימנעות מתופעה של לולאות הארקה בין היחידות השונות ובמעגלים עצמם משפיעים בצורה מובהקת על כמות וסוג הרעש שיזלוג לתוך המערכת.

רעש התרמי של רכיבים

רעש הרכיבים עצמם כגון נגדים, קבלים, רכיבים אקטיביים כגון שפופרות, טרנזיסטורים ומעגלים משולבים נובעים בעיקר כתוצאה מתגובה תרמית ונקראים רעשים תרמיים. הרעשים התרמיים קיימים ברכיבים לרוחב כל ספקטרום התדרים ותלויים בטמפרטורה. ככל שטמפרטורת הרכיב גבוהה כך הרעש התרמי יגבר. לא אכנס להסבר למה זה תלוי טמפרטורה, כי זאת כבר פיזיקה של החומר וזה אולי שווה מאמר אחר בעניין. רעש תרמי לא יהיה קיים רק כאשר הרכיב נמצא בטמפרטורת האפס המוחלט של -273°C או מה שמכונה 0°K אבל בטמפרטורה זו הוא לא פועל.

כמובן שמעגלים מוגבלי רוחב פס תדרים כגון מערכות שמע ינחיתו בתוצאה הסופית את הרעשים התרמיים מעבר לתחום השמע אך לעומת זאת יגבירו את הרעש התרמי בתחום השמע כי במגבר עסקינן. הרעש הזה נשמע בדרך כלל כמו Hiss, או רעש "לבן/וורוד/חום" (White Noise, Pink Noise, Brown Noise).

אין מערכת אנלוגית שאינה סובלת מרעש רקע מהסוג הזה במידה מסוימת. ההבדל בין מערכות שונות הוא ברמת אותו הרעש. הרעש מהסוג הזה גם אינו פוסח על מערכות מגברי חוזי (Video) מקלטי רדיו למיניהם ובעצם כל מוצר אלקטרוני. אם במערכות השמע הרעש הזה ישמע כ-Hiss (משהו שנשמע כמו מקלט FM שלא מכוון לתחנה נקלטת, רק בעוצמה חלשה יותר), אזי במערכות החוזי כגון טלוויזיה התמונה תהיה לא חלקה אלא מלווה ב"שלג" טורדני.

לא ניתן לחסל את הרעש הזה לחלוטין אלא רק לנסות ולצמצמו או להנחיתו למידה כזאת שלא תפריע. זאת עושים בעיקר ע"י בחירת רכיבים איכותיים ומשופרי פרמטרים, תכנון קפדני ואיכותי של המעגל ובנייה מוקפדת תוך תשומת לב לכל הפרטים, גדולים כקטנים. אלו הן אבני הבניין שעושות את ההבדל בין מערכת "רועשת" למערכת "שקטה".

רעשים מיקרופונים

קיים גם הרעש המיקרופוני (זה נשמע משעשע אבל הוא באמת על שם המכשיר שנקרא "מיקרופון", בהמשך תבינו למה) והוא רעש שנוצר בדרגות ההגברה כתוצאה מתנודות מכאניות של מרכיבי המערכת, מעיכה של כבלים או נדנודם.

השפופרות האלקטרוניות הן היותר רגישות וחשופות לרעש הזה בגלל המבנה הפיזי שלהן. לדוגמא, אם נכה קלות בעזרת האצבע על שפופרת בפונו סטייג´ יתכן וניתן יהיה לשמוע את הקליקים (אם ההגברה חזקה דיה) דרך הרמקולים בדיוק באותו האופן כפי שמכים באצבע על מיקרופון. הדבר נובע כתוצאה ממבנה ומרכיבי השפופרת כגון: גוף החימום, הקתודה, האנודה והסריגים הם גדולים יחסית ומרותכים לפינים בבסיס השפופרת. כאשר אנו מכים על השפופרת המרכיבים הפנימיים "מזדעזעים" והפרמטרים האלקטרוניים של השפופרת (שהיו סטטיים וקבועים במצב מנוחה) משתנים כתוצאה משינויים בקיבול וההשראות ההדדית הפנימית בין מרכיבי השפופרת. בעצם נוצר מעין "הלם" חשמלי (הצורך לטעון או לפרוק קיבול/השראות בין מרכיבי השפופרת). ההלם החשמלי תלוי בעוצמת המכה המכאנית על השפופרת ורמת ההגברה.

אמנם הנגדים, הקבלים, הטרנזיסטורים והמעגלים המשולבים (Integrated Circuits) חסינים יותר לרעשים מיקרופונים ואנו כמעט לא נבחין בהם. מאידך אותם רכיבים מורכבים על מעגל מודפס בדרך כלל. מעגל מודפס שאינו עגון היטב לשלדה יהיה חשוף אף הוא לרעש מיקרופוני במידה והמכשיר נמצא בסביבה רועדת כלשהי.

כיצד נוצר הרעש המיקרופוני במעגל המודפס? נניח שהמעגל המודפס מותקן בתוך מארז מתכתי סגור מכל צדדיו. בין המעגל המודפס לתקרת המארז יש קיבול חשמלי מסוים. כך גם לגבי הקיבול לרצפת המארז. על אותו עיקרון פעולה מבוסס המיקרופון קיבולי (חזרנו שוב לעניין המיקרופון) מהווה בעצם חסרון במעגל המודפס שאינו עגון כהלכה. התנודות המכאניות של המעגל גורמות לשינויים במרחק (אמנם מזעריים) בינו לבין תקרת/רצפת המארז היוצרים שינויי קיבול הדדיים. הנה שבנו לאפקט ההלם החשמלי כמו בשפופרת האלקטרונית. אמנם, הרעש המיקרופוני של מעגל מודפס לעומת שפופרת קטן מאוד יחסית ,אך מן הראוי לציין שהוא גם קיים במעגלי מצב מוצק (Solid State).

אז מה הרעש?

שכן לא רצוי, אבל שכן שאי אפשר להיפרד ממנו

התכונה של רעש בין שהוא אקראי או קבוע קוהרנטי באופיו ומסתכם בדרך כלל במוצא. לכן גם די קשה להתמודד עם סוג רעשים אקראיים על מנת לסננם. כמעט בלתי אפשרי לסנן סוג רעש אקראי ללא פגיעה כלשהי באות החשמלי שאותו אנו שואפים לשחזר. סינון רעשים קוהרנטיים הוא מלאכה יותר קלה אך גם היא חייבת להיות במידה הנכונה ולעולם לא תהיה מושלמת ב-100%. בעצם סינון הרעשים האקראיים וגם הרעשים הלא אקראיים אנו פוגמים משהו באיכות האות החשמלי המשוחזר.

כמובן שהדבר נכון רק לגבי סינון שנעשה במסלול האות החשמלי ולא האספקות שהן בעצם משהו שונה לחלוטין. על קווי האספקה של מתחים למעגלים אנו בפירוש חפצים "להרוג" כל רעש אפשרי כי האספקה היא צרת פס מבחינת התדר. האספקה של המתח לתוך המכשיר בדרך כלל מתבססת על רשת החשמל המקומית והתדר שלה הוא 50/60Hz כך שכל הפרעה מחוץ לתחום התדרים הזה אינה רצויה וראויה להיות מסולקת אחר כבוד דרך מסנן כלשהו. בהמשך, ספק הכוח בין אם הוא פשוט או מיוצב מתח, אמור לספק מתח/זרם ישר ולכן כל הפרעה שהיא בעלת אופי של מתח/זרם חילופין מסולקת בעזרת מעגלי סינון ייעודיים כמו קבלים ומשנקים (סלילים המשמשים לסינון רכיבי מתח חילופין מהמתח הישר).

כל סוגי הרעשים שציינתי בעצם מהווים "בניין רועש למדי" שנבנה קומה אחר קומה. כאשר מתכננים מעגל אלקטרוני כגון מגבר בעל הגברה גבוהה, הדברים הללו הם אבני יסוד וללא התחשבות בהם ומציאת הפתרונות הראויים המגבר נועד להיכשל וביצועיו יאכזבו.

ככל שהרעש הסופי במוצא המגבר יהיה קטן כך מלאכת שיחזור האות הרצוי תהיה טובה יותר (בהנחה שהמגבר ליניארי לחלוטין).

בתמונה הקודמת רואים צורות גל של קדם מגבר (בדוגמה זו מדובר בפונו סטייג´ לפטפון) בהגברה של  60dB עבור ראש "סליל נע" – Moving Coil. במבוא הוזרק אות של 2 מיקרו-וולט ובמוצא מתקבל אות מוגבר פי 1000 של 2 מילי-וולט. האות בכניסה הוא חלק לחלוטין (סינוס טהור) ולעומתו האות במוצא הוא בעיקרו סינוס אך מעורבל עם הרעש של המעגל עצמו. ניתן להבחין שהרעש שהתלבש על מוצא המגבר הוא אקראי לחלוטין כפי שמתואר בתמונה הזו:

עיוותים הרמוניים

מה בין הרעש לעיוותים הרמוניים?

מתוך שתי התמונות הקודמות ברור שהאות במוצא סובל מעיוות הנגרם כתוצאה מהרעש (רעש מכל סוג שהוא). הסינוס כבר לא נראה כסינוס חלק וטהור אלא משהו מקורב. אם ניבחן את הגל במוצא אפשר להגיד שהוא "מעוות" יחסית לגל במבוא. העיוות שנגרם בגין הרעש הוא עיוות הרמוני מכיוון שהסינוס כבר אינו טהור אלא בליל של תדרים נוספים.

בתמונה הקודמת אנו רואים שעבור האות הקטן של 2 מילי-וולט במוצא מתקבל עיוות הרמוני של מעל 2%. למה בעצם העיוות ההרמוני גבוה כל כך? זה נובע מהיחס בין האות האמיתי המוגבר לבין הרעש הטבעי של מעגל ההגברה. זה בעצם מבטא עד כמה משפיע הרעש על האות (בהנחה שהמגבר הוא ליניארי לחלוטין). כמובן שאחוז העיוות בדוגמה שלפנינו הוא לא ערך קבוע אלא אקראי (כמו הרעש) בתחום של ה-1.5% עד 2.5% בערך (בתמונה רואים דגימה אקראית של הערך). אילו היינו פועלים כל הזמן בעוצמת אות מוצא כזה, הרי הטווח הדינאמי של האות ביחס ל"אות + העיוותים" היה נמוך מאוד באופן יחסי. מעט יותר מ-20dB כפי שרואים בתמונה כאן:

כדי לבחון את ביצועי המגבר עבור אות חזק במבוא, הבה נגביר את האות בכניסה ל-20 מילי-וולט ונתבונן בתוצאה כפי שרואים בתמונה:

ניתן להבחין בבירור בתמונה שהאות במוצא המגבר עוקב כמעט לחלוטין אחרי האות במבוא (למעט הזזת המופע שקיימת כל הזמן) ומצליח להפיק סינוס כמעט טהור לחלוטין.

בחינה של אחוז העיוותים ההרמוניים מספקת לפתע תוצאה פנטסטית כפי שרואים בתמונה:

הבה ניבחן את הטווח הדינאמי של האות ביחס ל"אות + העיוותים" ונראה את התוצאה בתמונה:

מקבלים טווח דינאמי של 100dB עבור אות כניסה של 20 מילי-וולט בהגברה של 60dB שזה ממש מצוין.

למה זה קורה וכל כך שונה מהתוצאה עבור אותות חלשים במבוא המגבר? למגבר יש רעש קבוע ושאינו משתנה והוא תלוי בפרמטרים שאינם קשורים ישירות באות הכניסה. לעומתו, אות הכניסה משתנה ולא קבוע, מה שמשפיע באופן ישיר על העוצמה במוצא המגבר. אם האות במוצא המגבר חזק ועוצמת הרעש הטבעי של המגבר קבועה, אזי יחס האות לרעש יהא טוב יותר לעומת אות חלש במבוא. לכן יחס האות לרעש והתחום הדינמי תלויים בעוצמת האות במוצא המגבר.

עוד עיוותים

עיוותים הרמוניים שלא נובעים מרעש

אם כבר עסקינן בעיוותים הרמוניים, אגע ברשותכם על קצה מזלג על עיוותים הרמוניים הנוצרים כתוצאה מגזירת האות (Clipping).

בתמונה הקודמת יש במבוא המגבר אות של 100 מילי-וולט. כמובן שעוצמה כזאת בכניסת מגבר שההגברה שלו 60dB לא תאפשר לסינוס הטהור לצאת חף מעיוותים במוצא, כי תחום מתחי העבודה של האספקות למעגל ההגברה קטן מהמשרעת המיועדת להיות במוצא. לכן מתבצעת למעשה גזירה של האות בחלק העליון והתחתון (מקבלים גם עיוות אינטגרציה בגלל האופי הקיבולי של המגבר, במקרה דנן – פונו סטייג´ כמסנן מעביר נמוכים בפיצוי RIAA).

למעשה הוזן סינוס טהור במבוא והתוצאה לא עלינו, אינה סינוס טהור אלא סינוס מעוות. מפני שהאות במוצא מעוות הוא יהיה כעת מורכב מהרמוניות של התדר המרכזי והם בעצם העיוותים ההרמוניים המתלווים לתדר המרכזי. מהתמונה הבאה עולה תוצאה די עגומה של העיוות ההרמוני. אכן, זה עיוות הנשמע לכל אוזן.

עיוותים הרמוניים נוצרים לא רק כתוצאה מרעש. הם גם נוצרים מחוסר ליניאריות בהגברה של מגברים או מהפעלת מסננים למיניהם (נושא למאמר אחר). בעיקרון המגבר האידיאלי היה צריך להיות ליניארי לחלוטין, בעל רוחב פס תדרים אינסופי וחסר רעש. אבל אנו חיים בעולם מציאותי שבו אנו אך שואפים להגיע למצב זה. לכן שום מגבר הוא לא ליניארי לחלוטין, מוגבל רוחב פס תדרים וגם רועש במידה זו או אחרת.

השילוב בין הפרמטרים הללו בעצם יספק את האיכות המתאימה ביותר לאוזן המאזין. אין אוזן מאזין אחד דומה לאוזן המאזין האחר ולכן ההשוואה בין מגברים קצת בעייתית והכול בנוי על פשרה, גם פשרת מחיר.

נתונים טכניים

מה בין הנתונים הטכניים רלוונטי, אם בכלל?

בעצם מה שנותר זה לערוך השוואה של נתונים טכניים בין מגברים והם אינם מצביעים בעליל על איכות האזנה אינדיבידואלית או אבסולוטית. ככלל אפשר לומר שנתונים טכניים על הנייר לחוד ושביעות רצון בהאזנה לחוד. באופן גורף אפשר לומר שרעש חזק ועיוותים הרמוניים חזקים לא ייטיבו עם המאזין הממוצע ומעלה.

יש לנתונים הללו משמעות שעשויה לעשות את ההבדל בין מה שאנו מכנים "מערכת שקופה", "פתוחה" "אודיופילית"  וכל מיני ניואנסים וסופרלטיבים למיניהם לבין מערכת שמע לצרכן הממוצע (מערכת מסחרית לייצור המוני, הגם שהיא עשויה להיות טובה בהחלט). כמובן שישנם גורמים רבי חשיבות נוספים כגון טיב יחידות הקצה במבוא ובמוצא והשילוב בינן למערכת ההגברה על מרכיביה. דוגמאות של יחידות קצה: פטפון, נגן תקליטורים מחד, רמקולים ואוזניות מאידך. המאמר לא עוסק ביחידות הקצה ולכן איני מעמיק בסוגיה. רק אציין שיחידות קצה איכותיות לא תוכלנה לממש את יכולותיהן המלאות אם דרגות הביניים, דהיינו מערכות ההגברה יהיו בינוניות. גם ההיפך הוא נכון. לכן יש תלות הדדית בין כל מרכיבי המערכת כך שאף לא אחת מהן תהווה "צוואר בקבוק" לביצועים איכותיים.

מה היא בעצם תרומת סף הרעש הנמוך ואחוזי העיוותים ההרמוניים הנמוכים לקבלת יחידות הגברה איכותיות? כפי שכבר צוין קודם, אנחנו חיים בעולם לא מושלם. גם הצלילים שאנו שומעים אינם תדרים טהורים, אלא צלילים הרמוניים לא טהורי תדר. וכשכאלה, כל צליל מורכב מתדר מרכזי ומהרמוניות של התדר המרכזי ואולי ערבול של תדרים נוספים כגון אקורדים של כלי נגינה שונים ומגוונים. כך שהאות במבוא המגבר נראה "ממש רע" ולא דומה לסינוס טהור.

שיחזור ההרמוניות עושה את ההבדל. בהנחה שהצליל הבסיסי מכיל מספר הרמוניות ותדר מרכזי, על פי רוב עוצמת ההרמוניות תלך ותקטן עם העלייה בתדר ההרמוניה (לא תמיד, אבל זה לא משנה לעצם ההסבר). על מנת לשחזר את הצליל המקורי עלינו לשחזר את כל ההרמוניות מהן הוא מורכב וגם לדייק בשחזור העוצמה של כל הרמוניה והרמוניה. שאם לא נעשה כן, מלאכת השחזור לא תהיה מושלמת.

לשם ההקצנה, אילו היינו מזינים במבוא המגבר גל ריבועי והיה לאל ידינו לשחזר גל ריבועי מושלם במוצא, אזי המגבר היה נטול עיוותים הרמוניים. אבל מה לעשות, המגברים לא מסוגלים לשחזר בצורה מושלמת את הגל הריבועי ויהיו הסיבות אשר יהיו כגון מוגבלות רוחב פס תדרים, ליניאריות ורעש. מגבר בעל עיוותים הרמוניים מפלה לטובה או לרעה תדרים מסוימים. לכן הגל הריבועי הטהור יראה לא טהור במוצא.

בתמונה 14 האות במבוא המגבר הוא סוג של גל מדרגה. אפשר לראות בבירור כיצד הוא מתעוות במוצא וזה רק בשל תיקון ה-RIAA של אותו פונו סטייג´ ספציפי. זוהי תוצאה של עיוות הרמוני מפני שתיקון ה-RIAA הוא בעצם סוג של מסנן מעביר תדרים נמוכים.


תמונה 14

גם רמת הרעש עושה את ההבדל. כעת עם ניקח בחשבון שצורת גל ספציפית מורכבת גם מהרמוניה שעוצמתה קטנה מעוצמת סף הרעש של המגבר אזי לא ניתן יהיה לשחזר את ההרמוניה הזאת והצליל המקורי לא ישמע במוצא המגבר כפי שהוזן במבואו. ההרמוניה האבודה נבלעה פשוט בתוך הרעש ואינה קיימת עוד – מתה לעולמים. זהו בעצם הקשר שעובר כחוט השני בין הרעש והעיוותים ההרמוניים של מגברים. סף רעש נמוך במגבר נותן סיכוי טוב יותר לשחזור האות המקורי והצליל ישמע "שקוף" או "טבעי" וגם יקטין את העיוותים ההרמוניים של האותות החלשים.

בתמונה 15 אפשר לראות מה בעצם קורה לאות במוצא כאשר במבוא מוזן אות מדרגה חלש יחסית, בבחינת אחת ההרמוניות החלשות של הצליל המקורי. כאן הדגמתי את הרמוניית ה-4KHz של התדר המרכזי 1KHz המקורי. עוצמת ההרמוניה הונחתה גם כן פי 4 (שרירותית) כדי להמחיש את הבעיה.


תמונה 15

אנו מבחינים בקלות שהרעש האקראי ממש מחבל באות במוצא. כל דמיון בינו לבין האות במבוא הוא בבחינת מקרי. האות במוצא גם לא חף השפעה מהאופי הקיבולי של אותו מגבר והתוצאה הכללית נראית לא טוב. אולם אל לכם לדאוג, כל המגברים באשר הם, מותג יוקרתי או מותג פשוט, כולם "סובלים" מאותה הבעיה. ההבדל הוא רק כמותי ובמקרה שלנו כמות קטנה של רעש ועיוותים מספקת איכות משופרת.

סיכום

מה בין זה לפונו סטייג´ים ולמגברים בכלל?

לאחר שנוכחנו בחשיבות הפרמטרים של רעש ועיוותים הרמוניים לאיכות השחזור, אוסיף מספר מילים לגבי פונו סטייג´ים ומגברים ביחס לפרמטרים הללו. היתרון של הפונו סטייג´ נובע מהחיסרון היחסי של התקליט מבחינת הפרמטרים של יחס אות לרעש. לחליפין התחום הדינאמי של התקליט מוגבל ועומד על 60dB במקרה הטוב ופחות מכך במקרים אחרים של הדפסות ירודות. לכן התקליט די מוגבל בשימור הרמוניות חלשות של הצלילים (מה שעדיין מספיק טוב להעברת תדרים בתחום השמע).

כדי שפונו סטייג´ או מגבר לא יהווה מגבלה לתחום הדינאמי של התקליט, הוא חייב להיות בעל תחום דינאמי יותר טוב במידה זו או אחרת וכאן מתחילים ההבדלים בין הפונו סטייג´ים ומגברים למיניהם. יחס אות לרעש טוב של פונו סטייג´ עשוי לשפר את איכות האות המשוחזר מהתקליט אבל עלול גם להעביר את רעשי הרקע של התקליט (איכות הויניל כחומר ללא שום קשר לאיכות ההדפסה של האות המוקלט). פונו סטייג´ כזה עשוי להישמע "שקוף" ו"צלול", פשוט נאמן למקור (בהנחה שהוא ליניארי ומתוקן RIAA כיאות). יש מי שיטען שזאת בעצם תאווה לאוזניים ויש כאלו שיעדיפו להפטר מהרעש ובעקיפין מה"שקיפות" המושלמת.

כאן מתברר כי הטעם האישי עולה על שדה המוקשים שנקרא "פשרה". השמיכה לא גדולה מספיק כדי לכסות את כל הדרישות כמו כל דבר בחיים. כדי להעלים את רעשי הרקע של התקליט משתמשים לעיתים במסננים בעיקר נגד Hiss. כמובן שזה פוגע בשחזור הצלילים המקוריים במידה זו או אחרת. לבסוף זה עניין של חותם אישי של המתכנן או העדפת טעם המאזין או שניהם גם יחד.

אם משתמשים בראש Moving Coil כמבוא לפונו סטייג´, הבעיה חמורה יותר כי הפונו סטייג´ צריך להקנות הגברה של לפחות פי 1000, דהיינו 60dB. בתחומי הגברה שכאלה החשיפה לתוספת רעש/עיוותים הרמוניים עולה באופן משמעותי ולכן המתכננים של מעגלים כאלו נוקטים משנה זהירות. יש לבחור בקפידה כל רכיב ורכיב במעגל ולבחון לעומקו כמעט כל פרמטר של הרכיבים. כמו כן יש לשים לב לאופן עריכת המעגל והצבת הרכיבים. הרכבת כל הפאזל הזה בעצם תהיה האיכות הסופית של הפונו סטייג´ או המגבר. על זה נאמר: "סוף מעשה במחשבה תחילה".

סיכום

אם אתם כבר בודקים את הפרמטרים הללו, אז נסו להבין את משמעות אחוז העיוותים ההרמוניים ביחס לתדר ולעוצמה של האות הנמדד. משהו שחלק מהיצרנים לא כל כך שש לספק כי קיימת בעיה בעיקר באותות החלשים במוצא המגבר. כשאתם בודקים את יחס האות לרעש ואתם מתעתדים להשתמש בראש מסוג זה שימו לב לערך שיהיה גדול (אבסולוטית) ככל שניתן ושוב, באיזה עוצמות אות ותדר מדובר. זה גם משהו שחלק מהיצרנים מסתיר או מסווה באופנים שונים.

בסוף הרי הכול הולך למבחן השמיעה האינדיבידואלי של כל אחד ואחד מאיתנו אבל הנתונים הטכניים בהחלט מהווים התחלה של תהליך.  בבחינת, אם יסוו מכונית יגואר במבנה של סוסיתא (מבלי לפגוע חלילה בסוסיתא או בבעליה) אתם אפילו לא תלכו לנהיגת מבחן אם לא ייצינו בפניכם שבסוסיתא יש את כל מערכות מכונית היגואר.

להמשך הדיון בפורומים לחצו כאן


7:00
  /  
18.9.2008
  
כתב: חנן לשנובולסקי

1