что такое пик фактор

Что такое крест-фактор (пик-коэффициент, коэффициент амплитуды, пик-фактор, Crest factor, Cross Ratio, Peak-to-average ratio (PAR), CF, C.F.)

Что такое крест-фактор (пик-коэффициент, коэффициент амплитуды, пик-фактор, Crest factor, Cross Ratio, Peak-to-average ratio (PAR), CF, C.F.)

Крест-фактор, указываемый как выходной параметр ИБП, характеризует его способность питать нелинейную нагрузку, потребляющую ток импульсами. Крест-фактор большинства ИБП равен 3:1

Крест-фактор это характеристика взаимодействия нагрузки и источника, желательно рассматривать конкретный случай взаимодействия нагрузки или источника (выходное напряжение ИБП может сильно отличаться от синусоиды). Например, в случае синусоидального питающего напряжения и компьютерного блока питания крест-фактор равен 2—3. Использование напряжения, полученного в результате ступенчатой аппроксимации на той же нагрузке, обычно дает крест-фактор от 1,4 до 1,9. Если компьютер питается от ИБП, имеющего выходное напряжение в виде меандра с паузой, то пик-фактор уменьшается до 1.8-2.

Описанные значения CF относятся к установившимуся режиму работы нагрузки. Следует учитывать переходные процессы, происходящие при изменении режимов работы нагрузки (запуск, сброс, наброс нагрузки).

При сравнении устройств нужно учитывать вероятные различия в методиках измерений CF.

Источник

МЕХАНИКА ЭМОЦИЙ. Часть 4. От гаданий к знаниям

Не такой уж весёлый вывод напрашивается из наших изысканий, предпринятых в предыдущей части «Механики».

Стандартный набор параметров громкоговорителя имеет очень узкий диапазон применения и с правильностью или неправильностью работы звуковой системы связан довольно слабо. Что предлагается сделать по этому поводу? Забить болт на науку, отчаяться что-либо измерить, целиком отдавшись аудиофильской агностике? Напротив, именно поэтому надо углубить и усугубить поиски ясных и уверенных связей измеряемого со слышимым.

Много и часто в жарких дискуссиях на звукотрепещущие темы употребляются такие магические (в смысле невнятные, но производящие впечатление) слова, как «раскачивает — не раскачивает», «ватно — не ватно», «мутно — прозрачно», «гвоздь в ухо», «рак ушей» и пр. и пр. Казалось бы, за подобной терминологией ничего, кроме небрежно оформленных впечатлений, не стоит, однако это не так — за этими добрыми (и иными) словами кроятся определенные свойства громкоговорителя, просто они не лежат на поверхности, хоть и определяют характер звучания. Назовем их динамическими характеристиками и для начала определимся с терминологией.

Под динамическими характеристиками договоримся понимать способность громкоговорителя воспроизводить заданное в исходном сигнале соотношение между среднеквадратичным и пиковым значениями, причем не только в узком диапазоне уровней, скажем от 1 до10 В, а во всём динамическом диапазоне, посильном слуху: от порога слышимости до болевого порога (0 — 130 дБ). Это в идеале, несбыточном хотя бы потому, что в абсолютных, не сдавленных логарифмическими единицами уровнях звукового давления этот диапазон огромен, в три миллиона. Но столько и не требуется, приняв во внимание естественные уровни шума в современном автомобиле примерно 40 дБ с заглушенным двигателем (как на хорошо организованных соревнованиях) и 50 — 60 дБ, когда недешёвый автомобиль неспешно движется по хорошей дороге, определим нижний порог интересующего нас диапазона — 50 дБ. Теперь попробуем определиться с верхним пределом. При громком, в общепринятом понимании этого слова, прослушивании средний уровень звукового давления составляет не более 100 — 105 дБ. На данный момент не будем рассматривать системы, способные с высоким качеством воспроизводить музыкальные программы со средним уровнем звукового давления выше 120 дБ, не имеются в виду и системы, у которых подобные уровни создаются на низкочастотном резонансном пике. Системы, способные создать на музыкальной программе такое звуковое давление во всем диапазоне — совершенно особый разговор, хотя опыт прослушивания хороших колбасных и роковых фонограмм показывает: для них уровень 116 — 112 дБ в самый раз, но об этом позже.

Получается так: обычная звуковая система должна обеспечивать диапазон СРЕДНИХ уровней 50 — 55 дБ, и здесь самое время обратить внимание на слово «средних» и вспомнить о пик-факторе различных типов сигналов и музыкальных программ. Общеизвестно: пик-фактор синусного сигнала составляет 3 дБ, иными словами: максимальная амплитуда напряжения в ближайшей к вам розетке — 310 В при действующем (среднем) напряжении, разумеется, 220 В. Хотите — проверьте.

Примерно такой же пик-фактор наблюдается в произведениях злобных трэшеров и металлюг средней и большой тяжести, недалеко от них (и от розетки 220 В) ускакала и отечественная попса — эти измерения неоднократно проводились, и останавливаться на них неинтересно, поскольку убедиться в этом может каждый при помощи спектролаба и любых музыкальных редакторов. Совсем другое — произведения, покинувшие руки Музыкантов и Звукорежиссеров, пользующихся приборами звуковой обработки грамотно, осторожно и исключительно в мирных и осознанных целях. В результате на дисках Yello, например, пик-фактор составляет14 — 18 дБ, на колбасе элитных сортов типа Ravermaster пиковые уровни достигают 26 дБ по отношению к среднему. Естественно, что подобные измерения проводятся не на карманном шумомере, а при помощи Брюля, РФТ или Шлюмбержера, с соответствующими микрофонами.

Для проведения сравнительных измерений громкоговорителей, однако, мы взяли не музыкальные шедевры, а розовый шум с известным пик-фактором. Здесь, правда, материал тоже надо выбирать: пик-фактор розового шума встроенного в измерительную станцию CLIO цифрового генератора составляет 12 дБ (пиковый уровень выше среднего в 4 раза), а это примерно в 2,5 раза ниже пик-фактора шумового сигнала обычного железного генератора типа РФТ, здесь он составляет 10 раз, т.е. 20 дБ.

Далее оказывается, что по микрофонному каналу CLIO мы можем зафиксировать пики сигнала с постоянной времени не меньше 10 мс, что не позволяет наглядно оценить пик-фактор для различных типов ГГ. Ну что же, СLIO — это рабочий инструмент, а не оснастка для получения Нобелевской премии по элеткроакустике, для нестандартных измерений придётся помудрить.

Коротко о схеме измерений: сигнал розового шума с генератора 03004, в котором есть возможность ослабления выходного уровня на 60 дБ с шагом по 10 дБ, поступал на УНЧ мощностью 500 Вт на 4 Ом. Далее — на громкоговоритель, установленный в заглушенной камере без акустического оформления, поскольку оно могло бы исказить динамические характеристики за счет активных потерь на сжатие воздуха в ящике.

Полудюймовый конденсаторный микрофон с максимальным измеряемым уровнем 160 дБ (мк221 с микрофонным усилителем mv201) располагался на эластичной подвеске в звукомерной камере. Далее сигнал поступал на прецизионный импульсный шумомер 00023 с возможностью запоминания пиков звукового давления, но, поскольку внутренняя постоянная времени в 10 мс не давала зафиксировать пики выше 12 дБ, сигнал был выведен до интегратора и подан на линейный вход CLIO, что позволило материализовать результат измерения в картинку, как в азбуке.

Настало время оценить полученные результаты и проанализировать их связь с теми мистическими словами, с которых мы начали эту тему. По таблице 1 невооруженным глазом можно видеть, что если у образца №1 при снижении уровня сигнала на 50 дБ пик-фактор выходного (то есть — акустического) сигнала падает более чем на 3 дБ и тенденция совершенно очевидна, то у образца №2 значение пик-фактора сохраняется практически постоянным. В случае измерений на 1 м (таблица 2) тенденция усугубляется ещё более, наблюдается в диапазоне уровней 30 дБ, и можно предположить, что на более низком уровне (-40 дБ) будет потеряно еще 2 — 2,5 дБ к трём уже имеющимся, в то же время у образца №2 подобной картины не наблюдается. Попробуем разобраться, на каких звуковых нюансах скажется эта разница.

Продвинутые аудиофилы утверждают, что при прослушивании розового шума слышат изменение тембральной окраски при подъеме уровня в одной третьоктавной полосе всего в 0,5 дБ и что к изменениям динамики, а она и определяется пик-фактором, ухо очень чувствительно. У последнего утверждения есть естественно-научное объяснение, никакой мистики и шаманства.

Природные звуки и звуки натуральных музыкальных инструментов, а в особенности — человеческий голос, имеют в своей основе механические процессы, которые ничем не компрессируются, т.е. не сжимаются по динамике. Обычный человек в подкорке носит слуховую память о природных естественных звуках, которая и подсказывает ему в нужный момент правильную оценку того, что он слышит. И уже эта внутренняя оценка трансформируется в «нравится — не нравится», поэтому чем ближе звуки по динамике к естественным, тем больше они нравятся уху и, соответственно, мозгу, при его наличии.

На тех, кто имеет обыкновение целыми днями изображать из себя космонавта с воткнутым наушником, изливающим в голову mp3, это положение распространяется с оговорками. Мозг, возможно, у них на месте, но из-за варварской эксплуатации теряет некоторые способности, связанные с восприятием окружающего мира.

Не будем совсем уже углубляться в анализ того, на что влияет пик-фактор выходного сигнала громкоговорителя, но заметим, что налицо существенная разница в цифрах для двух сходных по параметрам образцов, она измеряема, а дальше достаточно послушать в составе контрольного тракта две пары измеренных образцов и сопоставить слуховые ощущения. Тогда-то и появятся знания, а не догадки и предположения. Об этом говорю с уверенностью, потому что, разумеется, именно так и поступили участники описанного эксперимента. Можно с полной ответственностью утверждать, что компрессия сигналов малого и среднего уровня приводит к потере правильной микроструктуры, которая, в свою очередь, отвечает за ауру, прозрачность звучания (особенно голоса), раздельность музыкальных инструментов и тонкости взаимодействия различных звуков.

Являются ли динамические характеристики единственными, влияющими на восприятие звука? Разумеется, нет, мы не экстремисты. Таких жизненно важных параметров, наверное, не меньше десятка, и главных среди них нет, только когда они все находятся на приемлемом уровне, появляется то, ради чего и делается система — удовольствие от прослушивания.

Из цифр, приведенных в таблицах, можно извлечь еще кое-какую полезную информацию: сопоставляя измеренные уровни среднего звукового давления при уровне +10 дБ для обоих образцов, можно видеть: при переходе от ближнего поля к дальнему (измерения на расстоянии 1 м) абсолютная разность средних давлений, нормализованная к расстоянию до излучателя, составила для образца №1 4,92 дБ, а для №2 — 0,92, т.е. разница превышает «психологически важную отметку» 3 дБ. О чем это говорит? А о том, что динамик №1 качает воздух перед собой, а №2 излучает звуковую энергию в среду, причем делает это (в терминах мощности) вдвое более эффективно. Но это относится уже к макродинамике, в которой мы покопаемся в следующий раз.

На графике 1 измерительная система зафиксировала максимальный пик звукового давления, а на графике 2 показан средний уровень звукового давления в 1/6 октавных полосах. Сравнения производились между пиковым давлением и максимальным средним давлением полосы во всем диапазоне, в данном случае на 1000 Гц. Измерения проводились для двух 8-дюймовых головок с сопоставимым звуковым давлением при напряжении на клеммах 2,83 В. Остальные параметры различались не на порядок, но в довольно определённую сторону, о которой мы уже говорили. Вот параметры участников эксперимента:

Кривые импеданса приведены на графике 3: красная кривая — это №1, синяя — №2.

Поскольку методика оригинальная и была разработана и использована специально для данной статьи, каждое измерение, с целью исключения случайной ошибки, было проведено 10 раз и в таблицы внесен средний результат. Следует также отметить, что на графике 1 пик давления приведен в паскалях и потом пересчитан в децибелы относительно уровня 2 х 10-5 Па, на графике 2 уровень дан сразу в децибелах относительно того же уровня. Понимаете теперь, чем я занят в промежутках между публикациями?

Источник

Что такое пик фактор

ПИК-ФАКТОР И КВ ОБП

Проигрывает ли OFDM?

При прочих равных условиях всякое стремление повысить
в отведенной полосе частот скорость передачи сопряжено
с увеличение пик-фактора сигнала.

Если говорить о более привычных для нас радиосигналах,
то поначалу никаких трудностей не возникает. Наименьшим
пик-фактором обладает непрерывный моногармонический сигнал.
Его пик-фактор равен 2,0, т.е. 3 дБ. Любая модуляция или
манипуляция расширяет спектр сигнала, и для того, чтобы
не выйти за пределы отведенной полосы частот, приходится
этот спектр ограничивать, что и приводит к росту пик-фактора.
Применение некоторых особых видов модуляции, таких как
модуляция с непрерывной фазой или с минимальным сдвигом
частоты позволяет уменьшить пик-фактор, но не меняет его
тенденции к росту при увеличении скорости манипуляции.
Итак, минимально достижимый пик-фактор у однотонального
сигнала, манипулированного по фазе или частоте, равен 3 дб.
Но многие, даже специалисты часто ошибочно полагают, что
именно таким пик-фактором обладает любой однотональный сигнал
независимо от соотношения скорости манипуляции и ширины
отведенной полосы частот. Не будем пока оспаривать это мнение,
а займемся пик-фактором многотонального сигнала.

Многотональные сигналы в КВ радиосвязи начали применяться
в первой трети прошлого века. Тогда это была аппаратура
частотного уплотнения с фильтровым разделением подканалов.
Позже, в конце 50-х годов появились более эффективные модемы,
использовавшие разделение подканалов по свойству
ортогональности. Сейчас они называются OFDM-модемами.
Если принять, что многотональный сигнал образован
суммированием N поднесущих, манипулированных по частоте или
фазе и имеющих равные амплитуды A, то несложное вычисление
определяет пик-фактор такого сигнала равным

П.Ф.= (A*A*N*N) / (N *A*A/2) = 2*N.

В этом сообщении ф. Harris приводятся характеристики
цифрового телевизионного передатчика УВЧ диапазона. Среди
прочих указан пик-фактор сигнала 13 дБ. Диапазон, правда, не КВ
и назначение не связное, но возможность реализации режима
безусловно доказывается.
К сожалению современные отечественные связные КВ
передатчики, видимо, не могут эффективно излучать сигналы с
большим пик-фактором. В действующем ГОСТ Р 51903-2002 ничего об
этом не записано. Поэтому автор склонен считать, что в настоящее
время повышение средней мощности при излучении многотональных
сигналов благодаря использованию передатчиков, способных
реализовать второй режим, следует рассматривать только как
потенциальную возможность.

Вернемся к нашей теме с целью более глубоко разобраться в
энергетическом соотношении однотональных и многотональных
сигналов. Сначала попытаемся окончательно убедить самого
сомневающегося из числа апологетов одноканальных методов
передачи в том, что пик-фактор реальных однотональных сигналов
превышает минимальную величину 3 дБ.

«. при сужении полосы частот канала пик-фактор одноканального
сигнала увеличивается. Так, при передаче в полосе Найквиста
с помощью предельно узкополосного сигнала пик-фактор
теоретически неограничен.»

Известны и результаты непосредственных расчетов зависимости
пик-фактора от относительной скорости манипуляции. Одна из
статей на эту тему, опубликованная почти 20 лет назад, приведена
в файле, прикрепленном к

Очень неожиданным для меня оказался результат просмотра в
90-х гг. документа под названием ARINC Specification 635:
“HFDL Protocols”. Сейчас в Интернете в свободном доступе удалось
найти только неплохое изложение этого документа в

3.4.1 Transmitter spectrum
The HFDL signal in space wave form was carefully chosen so as
to fit within the occupied spectrum limits set within Appendix
27 of the ITU Radio Regulations. The PSK symbols are switched
at a constant 1800 symbol per second rate after passing through
a root raised cosine filter which is used to ensure the
bandwidth is properly limited. Faster data rates could not be
used without exceeding these bandwidth limitations. Not only
does this filter limit the bandwidth it also ensures the peak
to average ratio of approximately 5 dB which is consistent with
current radio power amplifier automatic level controls. This
ensures maximum data power while ensuring no distortion is
created in the transmitter. These considerations were
implemented to ensure that the data transmitters do not cause
harmful interference to adjacent channels.

Отмечено, что «. ФМ символы со скоростью манипуляции 1800
бит/сек пропускаются через сглаживающий фильтр с целью
обеспечения необходимого ограничения спектра. Более высокая
скорость не может быть использована из-за возникновения
внеполосных помех. Этот фильтр не только ограничивает спектр,
но и обеспечивает пик-фактор, примерно равный 5 дБ,
согласованный с устройством АРУ мощного усилителя передатчика.
Это обеспечивает максимальную излучаемую мощность при условии
отсутствия искажений, порождаемых передатчиком. «.

Таким образом, можно считать подтвержденными два положения:

— пик-фактор однотонального сигнала превышает пик-фактор
моногармонического сигнала,
— увеличение скорости манипуляции приводит к росту
пик-фактора.

В связи с последним положением дополнительно отметим, что
в модеме ARINC отношение скорости манипуляции к ширине спектра
1800/2400=0,75. В одноканальных модемах, выполненных по
стандарту MIL-STD-188-110B, оно несколько выше 2400/3100=0,774.
Поэтому пикфактор сигнала последних должен быть больше 5 дБ.

А теперь рассмотрим возможности снижения пик-фактора у
многотональных сигналов. Таковых предлагалось немало, но мы
обсудим только две, применение которых не сопряжено с
уменьшением скорости передачи и не предсталяет особых
технических трудностей.
.
В многотональном сигнале возможен подбор начальных фаз
поднесущих. Задача минимизации пик-фактора многотонального
сигнала путем подбора начальных фаз была сформулирована еще в
начале прошлого века и известна как задача Мандельштама-
Папалекси. Насколько я знаю, аналитического решения эта задача
не имеет до сих пор. Однако, подобной минимизацией, если судить
по интернетовским сообщениям, в практическом плане занимаются
многие. Видимо, этим всерьез были озабочены и разработчики
стандарта MIL-STD-188-110B app.B. Результатом их озабоченности
явился прописанный в стандарте набор начальных фаз поднесущих
39-канального OFDM-модема. Этот набор периодически излучается в
преамбуле сигнала с целью его фиксации (с учетом воздействия
канала связи) в демодуляторе. При плохих условиях приема
передача набора фаз повторяется многократно.
Непосредственное измерение пик-фактора этого модема по
имеющейся в базе записи дает величину около 10 дБ. Такая же
величина получается и при анализе синтезированного сигнала.
Если же фазы взаимно не увязывать, то, как легко подсчитать,
пик-фактор должен быть около 19 дБ. Анализ синтезированного
сигнала подтверждает и эту оценку.

Для доказательства допустимости ограничения пиков сигнала
в модуляторе привожу полученные на выходе демодулятора
сигнальные созвездия синтезированного 39-канального сигнала с
произвольными фазами поднесущих и с различными порогами
ограничения. Шум отсутствует.

Как видно из созвездий, порог ограничения 2,5*СКЗ приемлем
практически для всех реально используемых на практике
позиционностей манипуляции, чего нельзя сказать о пороге 2*СКЗ.
При этом пороге искажения, вносимые нелинейной помехой, весьма
заметны и допустимы, по-видимому, только для двухпозиционных
сигналов. Во всех OFDM-модемах, которые мне пришлось
разрабатывать и испытывать, использовалось ограничение пиков в
модуляторе.

Подытожим. Снижение пик-фактора позволяет увеличить
излучаемую мощность, но этот эффект вряд ли будет замечен и
оценен на приемной стороне, т.к. практически всегда на
профессиональных КВ линиях уровень сигнала на входе приемника
оказывается сильно завышенным.

Источник

Пик-фактор OFDM

Использовать выходной чип на полную мощность возможно только при простых видах модуляции (Амплитудная манипуляция, частотная девиация).
В сложно спектральных и многотоновых сигналах, например OFDM модуляция, которая применяется в Wi-Fi стандарта 802.11 a/b/g/n это не приемлемо, т.к. пик-фактор сигнала имеет высокое значение. Пик-фактор это соотношение пикового значения сигнала к его средней величине.

Легко понять, почему? Когда в много тоновом сигнале все, или многие составляющие сигнала находятся в одной фазе, то суммарный сигнал на выходе имеет значительный выброс.

С выхода OFDM модулятора, стандарта 802.11 /g, на усилитель поступает 64 частотных под канала.Сигнал каждого под канала модулирован по фазе и амплитуде.Соответственно суммарный сигнал OFDM должен усиливаться высоко линейным усилителем и без искажений (клипирования ) передавать максимальные, пиковые значения суммарного сигнала. (Пиковые значения сигнала OFDM в несколько десятков раз выше уровня среднего значения сигнала!)

В OFDM модуляторах принимается ряд специальных мер для снижения пиковых, мгновенных значений сигнала. Например из потока кодирования исключаются последовательности (около 30 %) приводящие к высоким выбросам группового сигнала и ряд других мер. Конечно такие меры приводят к снижению символьной скорости в канале. Но это есть плата за дешевизну высоколиненейных усилителей и их энергетическую эффективность. К.П.Д. высоколинейных усилителей OFDM сигнала не превышает 20-30%.
Без принятия этих мер, стоимость усилителей была бы на порядок выше, а К.П.Д. не превышал бы единиц процентов.

Если происходит искажение выходного сигнала, ограничение по пиковому уровню, то искажаются сигналы во всех частотных каналах, в той или иной степени.При демодуляции такого искаженного сигнала, канальный детектор 16-QAM или 64-QAM не может однозначно определить амплитудно-фазовое мгновенное положение сигнала, что вызывает ошибку в выходном цифровом потоке. Скорость передачи нашего сигнала падает.

Дополнительная неприятность, при пиковых искажениях выходного радиосигнала происходит расширение излучаемого спектра и появляются помехи соседним каналам передачи.

Всё выше сказанное, мы можем ощущать своими органами чувств.

Мы настоятельно рекомендуем, для всех устройств Ubiquiti Networks не превышать выходную мощность передатчика 100 mw или 20 dBm!

Источник