Danas je nabavljen uređaj za mjerenje harmoničkih izobličenja signala u audio uređajima – THD metar. Kratica THD dolazi od engleskog Total Harmonic Distortion te predstavlja ukupno harmoničko izobličenje. Napomenuti ćemo samo da postoji puno vrsta izobličenja koje nastaju i mogu se mjeriti u audio sklopovima, a spomenuta harmonična izobličenja spadaju u skupinu nelinearnih izobličenja (kod ovih vrsta izobličenja signal na izlazu iz audio uređaja je promijenjen, a pri tome su nastale i nove spektralne komponente kojih nema u izvornom signalu na ulazu). Stoga se ukupno harmoničko izobličenje ponekad naziva i faktor nelinearnog izobličenja ili nelinearni distorzijski faktor, te veličina ovog izobličenja značajno opisuje kvalitetu nekog audio sklopa (pojačala).
THD mjerenje se provodi idealnim sinusnim signalom određene frekvencije (obično 1 kHz) koji se dovodi na ulaz audio komponente koju ispitujemo. Ispitivana komponenta će na svom izlazu osim čistog ulaznog signala u određenoj mjeri generirati i harmonične frekvencije toga signala koji se zbrajaju sa osnovnim signalom i iskrivljuju mjegov savršen sinusoidni oblik. U THD metru posebnim uskopropusnim filtrom (notch filtar) prigušuje se ulazni signal (čista sinusida od 1 kHz), te se voltmetrom mjeri jačina preostalih signala, a to su svi ostali signali koje je izgeneriralo ispitivano pojačalo, a kojih nema u ulaznom signalu. Ti ostali signali su harmonici osnovnog signala i šum, pa se ova mjerenja označavaju s THD+N (engl. Total Harmonic Distortion + Noise). THD+N signal može se prije mjerenja frekvencijski filtrirati kako bi vrijednost izmjerenog napona odgovarala čujnoj karakteristici ljudskog sluha. THD+N signal kao rezultat ovog mjerenja dijeli se efektivnom vrijednosti napona čistog osnovnog tona na izlazu, te se dobije vrijednost izobličenja u postocima ili u decibelima.
Za visoko kvalitetna pojačala ukupno harmoničko izobličenje mora biti manje od 0.1% pri deklariranim razinama snage, međutim, izmjerena THD vrijednost nije nužno mjerilo kvalitete zvuka. Naime, na izlazni zvuk pojačala ne utječe samo veličina, nego i tip izobličenja.
Naš THD metar napravljen je u samogradnji i uradak je autora audio uređaja i instrumenata koje smo već objavili na ovom blogu: SOUND PRESSURE METER i AUDIO TONSKI GENERATOR. Unutrašnjost otkriva jednu tiskanu pločicu na kojoj je smješten ispravljač i stabilizator napajanja kao i svi ostali podsklopovi THD metra koji se temelje na operacijskom pojačalu 081. Mrežni transformator i pojačalo imaju svoje uzemljene limene oklope kako bi se umanjio utjecaj vanjskih neželjenih signala i temperaturna nestabilnost.
Na osnovu kontroli koje su izvedene na kućištu THD metra i ugrađenih komponenti, može se izvesti principijelna blok shema istog. Na ulaz se dovodi čisti sinusni signal frekvencije 1 kHz te se njime kalibrira instrument. Nakon toga na ulaz dovodimo isti taj signal ali preko pojačala kojem želimo mjeriti THD. Notch filtar uklanja čistu frekvenciju od 1 kHz, a propušta sve ostale signale koji su eventualno dodatno nastali u pojačalu, što u prvom redu uključuje harmonike i šum na cijelom audio opsegu frekvencija. Ukupna jačina tih signala mjeri se na izlazu voltmetrom, s time, da frekvencijska karakteristika pojačanja preko audio opsega može biti linearna ili filtrirana tako da više odgovara karakteristici čujnosti ljudskog uha (ljudski sluh najosjetljiviji je na središnjem opsegu frekvencija, a manje na najvišim i najnižim čujnim frekvencijama). Harmonici i signali šuma mogu se pratiti i pojedinačno mjeriti na osiloskopu ili na analizatoru spektra.
Pobliži pogled na pločicu THD metra: lijevo su komponente napajanja, u sredini se ističu četiri diode u graetzovom spoju za ispravljanje signala za mjerni instrument, operacijsko pojačalo i nekoliko tranzistora u krugu pretpojačala i pojačala.
Uskopojasni Notch filter je vjerojatno izveden kao Wien-ov most. Wien-ov most se u osnovi sastoji od četiri otpornika i dva kondezatora, a karakteristika mu je da na određenoj frekvenciji dolazi do uravnoteženja, te amplituda izlaznog signala pada na nulu. U našem slučaju komponente uskopojasnog filtra lemljene su na samoj sklopki za odabir frekvencije, jednako kao i otpornici atenuatora za odabir mjernih područja.
Prvo testiranje ovog THD metra nije pokazalo zadovoljavajući rad svih kontrola. Na gornjim slikama može se zamijetiti sumnjivi elektrolitski kondenzator (oksidiran ili možda čak i iscurio na spoju kontakta s kućištem), a trebalo bi i provjeriti gužvu naguranih komponenti i vodića oko sklopki za odabir mjernog područja i frekvencije. Sve je to naravno posao za neko slobodno poslijepodne, na koje, nadamo se, ovaj THD metar neće morati (pre)dugo čekati. Za utjehu, on je sada barem sklonjen na sigurno, suho i čisto mjesto, nakon vjerojatno dugih godina lutanja po različitim tavanima, placevima i buvljacima izložen svim nedaćama i surovosti takvog života 🙂