§ 16. Одновременный и последовательный анализ

Анализ сложного колебания посредством резонаторов может быть осуществлен двумя различными способами. Первый способ состоит в применении набора резонаторов, настроенных на различные частоты и подвергающихся одновременно воздействию исследуемого колебания. Такой способ будем называть одновременным анализом. По второму способу применяется один единственный резонатор с переменной настройкой. Этот вид анализа будем называть последовательным.

Очевидно, что одновременный анализ имеет перед последовательным преимущество в скорости выполнения анализа. Но, кроме того, оба метода имеют и более существенное различие. Дело в том, что процесс перестройки резонатора при последовательном анализе совершается во времени, и наперед ясно, — мы будем еще заниматься этим вопросом подробно, — что перестройка не может происходить очень быстро, так как в противном случае результаты анализа будут искажены переходными явлениями. Следовательно, последовательный способ анализа пригоден для периодических явлений, характер которых изменяется медленно в сравнении с процессом анализа. Для анализа же быстро изменяющих свой ход явлений, в частности, для анализа одиночных импульсов, последовательный анализ совершенно непригоден. Правда, очень часто мы располагаем возможностью периодически повторять импульс в целих исследования. В этом случае последовательный способ пригоден для анализа импульсов; к этой возможности постоянно прибегают.

Сущность последовательного анализа состоит в том, что частота резонатора, плавно изменяясь, совпадает поочередно с частотами гармонических составляющих анализируемого колебания. Положение органа настройки позволяет отсчитать частоту, амплитуду гармоники показывает подключенный к резонатору индикатор. Примером подобного анализатора может служитъ самый обыкновенный волномер. Градуировка волномера при помощи мультивибратора есть в сущности операция анализа. Правда, анализ здесь качественный, так как амплитудами гармоник при градуировке не интересуются, но очевидно, что они могут быть измерены. При помощи того же волномера можно с успехом проанализировать, например, модулированное колебание. Однако такой простейший анализатор широкого применения иметь не может но следующим причинам.

От современного анализатора, будь то анализатор технических, звуковых, ультразвуковых или радиочастот, требуется обычно очень широкий диапазон частот. Например, звуковой диапазон охватывает около девяти октав. Построить достаточно селективный резонатор с плавным изменением настройки в таком диапазоне практически невозможно. Поэтому прибегают к видоизменению способа последовательного анализа, имеющему в технике анализа большое значение. Видоизменение это состоит в том, что, вместо того чтобы передвигать резонансную частоту по шкале частот относительно неподвижных спектральных линий, заставляют передвигаться по шкале частот весь спектр относительно фиксированной резонансной частоты. И в том и в другом случае наблюдается последовательное совпадение отдельных спектральных линий с частотой резонатора вследствие относительного перемещения их на шкале частот.

Для получения смещающегося но шкале частот спектра требуется выполнить соответствующее преобразование исходного спектра. Требуемое преобразование получается очень просто: достаточно умножить анализируемое колебание на синусоидальное напряжение переменной частоты. Такое умножение осуществляется либо посредством смесителя, либо путем сложения колебаний с последующим детектированием.

Пусть анализируемое колебание есть

а вспомогательная частота (по немецкой терминологии «Such ton» — буквально «ищущий тон») есть

где — изменяемая по нашему произволу частота. Составим произведение

Мы получаем модуляционный спектр, воспроизводящий спектр анализируемого колебания в виде двух боковых полос, расположенных симметрично по отношению к несущей частоте 2. Но так как эта частота может изменяться, то весь модуляционный спектр перемещается но шкале частот, следуя за 2. Достаточно теперь выбрать пределы изменения вспомогательной частоты 2 так, чтобы через частоту резонатора прошла полностью одна из боковых полос преобразованного спектра. Такой вариант последовательного анализа получил очень большое распространение, вполне оправданное его значительными преимуществами. В технические детали мы здесь входить не будем; краткий обзор этих деталей будет дан в § 24.