Неравномерность частотной характеристики и линейные искажения сигнала субъективно выражаются в изменении тембра звучания.

Нелинейные искажения возникают при прохождении сигнала через нелинейные элементы и устройства. Суть нелинейных искажений заключается в появлении в спектре сигнала дополнительных частот. Это удвоенные, утроенные и т.д. гармоники каждой из исходных частот спектра. Кроме того, это комбинационные частоты, т.е. сумма и разность между любыми двумя частотами спектра.

Исходные частоты: f₁ после НИ:2f₁, 3 f₁, 4f₁….

f₂ 2f₂, 3 f₂ , 4 f₂….

Комбинационные частоты:(f₂ ± f₁); (2f₂ ± f₁); (2f₂ ± 2f₁)….

(Привести графики)

Слышимость нелинейных искажений зависит от ширины спектра акустического сигнала

Где 1- широкополосный сигнал 40 – 14000 Гц

2- узкополосный сигнал 200 – 4000 Гц.

Из рис видно, что при сужении полосы частот сигнала нелинейные искажения становятся менее заметными.

Нелинейные искажения делятся на искажения степенного типа и нелинейные искажения из-за амплитудных ограничений.

Ограничения сигнала по амплитуде бывает как сверху, так и снизу (в центре). При ограничении сверху обрезаются максимальные значения амплитуды сигнала, а при ограничениях снизу обрезаются все слабые сигналы и помехи. Оказалось, что при центральном ограничении сигнала субъективно восприятие такого сигнала будет хуже, чем при ограничениях сверху или при степенных нелинейных искажениях.

Дело в том, что большие амплитуды сигнала в значительной степени маскируют искажения этого сигнала. А при малых амплитудах такой маскировки нет.Искажения степенного типа вызывают ощущение дребезжания, а на высоких частотах – хрипы. Нелинейные искажения в виде разностных тонов вызывают модуляцию громкости звука (плавающий звук).

Продукты нелинейных искажений могут быть разделены на гармоники четных и нечетных порядков, комбинированные составляющие с частотами, кратными частотам сигнала и комбинированные составляющие с некратными частотами.

Все четные гармоники, за исключением 6, 10 и т.д. не оказывают влияния на разборчивость речи, изменяя только ее тембральную окраску. То же делают и комбинированные составляющие с частотами, кратными частотам основного сигнала. При этом наименее заметным видом нелинейных искажений является появление второй гармоники, т.к. она находится в октаве с основной частотой.

Нечетные гармоники вызывают более заметные искажения. Так, если третья гармоника составляет 20%, то заметна хриплость звука, т.к. эта гармоника оказывается в диссонансе с основной частотой. Наиболее заметны нелинейные искажения на низких частотах.

Однако, если все частоты исходного спектра являются гармониками частоты основного тона, то все комбинированные частоты будут кратны исходным частотам, а потому искажения оказываются незаметными (показать с помощью графика и формулы). Это бывает на вокализованных звуках (гласных). В отношении четных гармоник допустимые искажения составляют 20%. Наиболее заметны искажения носовых согласных звуков (м,н), а также взрывных (п,т). На шипящие звуки нелинейные искажения действуют значительно меньше.

Влияние шумов и помех на аудиосигнал выражаются в изменении огибающей спектра звуков и временных огибающих. В первую очередь помехи флуктуационного типа искажают глухие звуки, имеющие наименьшую интесивность, такие как «Ф», «п», «т», «к». Вторыми по степени влияния искажений, вызванных шумами, являются шипящие звуки, затем звонкие согласные и в последнюю очередь – гласные звуки.

Если уровень шума равен уровню сигнала, то выделяются на слух только гласные и некоторые звонкие согласные.Наиболее неприятной на слух является речевая помеха, т.е. посторонняя смысловая информация во время прослушивания основной смысловой информации.

В соответствии с уровнем заметности различных искажений звукового сигнала тракты передачи подразделяют по классам качества. Имеется высший класс качества, когда искажения субъективно незаметны. При первом классе качества искажения оказываются заметными только для профессионалов. Второй класс качества характеризуется заметностью искажений абсолютно для всех, но эти искажения еще не портят впечатления при художественных передачах и вполне терпимы.

Основные характеристики классов качества

Корреляционный метод оценки качества аудиосигналов

Он основан на измерении качества акустического сигнала на основе корреляционных функций. Если передается измерительный сигнал f₁(t), то на выходе канала передачи появляется сигнал f₂(t + τ), где τ – время задержки сигнала. Измерительные сигналы выбираются стационарными случайными процессами со средним значением

1 т

a = lim ─ ∫ f(t) dt

T ⁰

И дисперсией

1 т

σ² = lim ─ ∫ [f(t) – a]² dt

T ⁰

После прохождения сигнала по системе связи он искажается. За меру искаженности принимается коэффициент взаимной корреляции процессов f₁(t) и f₂(t + τ).

R(τ) = (B₁₂ – a₁a₂) / (σ₁ ² σ₂ ²)^1/2

Где B₁₂ - взаимная корреляционная функция процессов f₁(t) и f₂(t + τ).

Перед оценкой из этих процессов устраняют постоянные составляющие и делают мощности процессов одинаковыми, т.е. σ₁² = σ₂² = σ². Компенсируется также задержка сигнала τ.