Tutto quello che volevi sapere sulla distorsione audio – Parte 1
Quando si parla di qualsiasi segnale, sia esso audio, video o dati, c'è una realtà accompagnata da alterazioni ed errori commessi a quel segnale mentre passa attraverso diversi componenti elettronici, conduttori o campi magnetici. Anche se ci preoccupiamo quando sentiamo che un componente introduce distorsione o quando leggiamo le specifiche della distorsione, la distorsione è parte della natura ed è semplicemente inevitabile. Fino a quando una distorsione non raggiunge un livello significativo in un segnale analogico, non può essere ascoltato o visto.
A partire da una base nella distorsione audio
Con questo in mente, creiamo una base per osservare e comprendere le proprietà di un segnale audio nei domini elettrico e della frequenza. Queste informazioni serviranno come base per comprendere la distorsione nella seconda parte di questo articolo.
Qualsiasi segnale, sia esso corrente continua (CC) o corrente alternata (CA), può essere analizzato in due modi:nel dominio del tempo o nel dominio della frequenza. Comprendere la differenza tra questi due domini di osservazione semplificherà notevolmente la vita di chiunque sia coinvolto nel settore dell'elettronica mobile.
Quando osserviamo un segnale nel dominio del tempo, osserviamo l'ampiezza del segnale rispetto al tempo. Normalmente, useremmo un voltmetro o un oscilloscopio per guardare i segnali nel dominio del tempo. Quando consideriamo un segnale nel dominio della frequenza, stiamo confrontando l'ampiezza (o la forza) di singole frequenze o gruppi di frequenze all'interno del segnale. Utilizziamo un RTA (analizzatore in tempo reale) su un computer o dispositivi palmari/da banco per osservare il dominio della frequenza.
Corrente continua
Quando si analizza l'ampiezza di un segnale elettrico, si confronta il segnale con un riferimento; nel 99% delle applicazioni, il riferimento è noto come ground. Per un segnale DC, il livello di tensione rimane costante rispetto al riferimento di massa e al tempo. Anche se ci sono fluttuazioni, è comunque un segnale CC.
Se dovessi tracciare il contenuto di frequenza di un segnale CC, vedresti che è tutto a 0 hertz (Hz). L'ampiezza non cambia rispetto al tempo.
Consideriamo la tensione della batteria CC della tua auto o camion. È un valore relativamente costante. Per quanto riguarda l'ampiezza rispetto al tempo, si trova a circa 12,7-12,9 volt con una batteria completamente carica con il veicolo spento. Quando il veicolo è in funzione e l'alternatore è in carica, questa tensione aumenta a circa 13,5-14,3 volt. Questo aumento è causato dal fatto che l'alternatore sta reimmettendo corrente nella batteria per caricarla. Se la tensione prodotta dall'alternatore non fosse superiore alla tensione di riposo della batteria, la corrente non fluirebbe e la batteria non verrebbe ricaricata.
Corrente alternata
Segnale AC – Ora
Se osserviamo un segnale AC, come un tono di 1 kHz, che useremmo per impostare i controlli di sensibilità su un amplificatore, vediamo qualcosa di molto diverso. Nel caso di un tono di prova puro come questo, la forma d'onda ha una forma sinusoidale, chiamata onda sinusoidale. Se osserviamo un'onda sinusoidale su un oscilloscopio, vediamo una forma d'onda che scorre dolcemente che si estende tanto al di sopra della nostra tensione di riferimento quanto al di sotto.
Segnale AC – Frequenza
Ora è saggio guardare questo stesso segnale dal punto di vista del dominio della frequenza. Il grafico nel dominio della frequenza mostrerà, se non c'è distorsione, una singola frequenza. In considerazione di un segnale audio, l'ampiezza (o l'altezza) di quella misurazione della frequenza dipende da quanto è alta quella singola frequenza rispetto ai limiti della nostra tecnologia di registrazione o dispositivo di misurazione.
Audio
Quando ascoltiamo qualcuno che parla o suoniamo uno strumento musicale, sentiamo molte frequenze diverse allo stesso tempo. Il cervello umano è in grado di decodificare le diverse frequenze e ampiezze. Sulla base delle nostre esperienze e delle differenze di frequenza e di risposta temporale tra un orecchio e l'altro, possiamo determinare ciò che stiamo ascoltando e la posizione del suono rispetto a noi stessi.
Analizzare il contenuto nel dominio del tempo di un segnale audio è relativamente facile. Useremmo un oscilloscopio per osservare una forma d'onda audio. L'oscilloscopio ci mostrerà la tensione del segnale rispetto al tempo. Questo è uno strumento potente in termini di comprensione della trasmissione del segnale tra componenti audio.
Una nota di pianoforte
Do centrale – Tempo
Diamo un'occhiata al contenuto di ampiezza e frequenza di un suono che molti di noi conoscono bene. Il grafico seguente rappresenta i primi 0,25 secondi di una registrazione della nota C centrale (C4) di un pianoforte nel dominio del tempo. Questo rappresenta il colpo iniziale del martello sulla corda. Se osservi il grafico più piccolo sopra quello più grande, vedrai che la nota si estende molto più in là di questo segmento iniziale di 0,25 secondi.
Do centrale – Frequenza
Sappiamo che la frequenza fondamentale di questa nota è 261,6 Hz, ma se guardi i grafici nel dominio della frequenza, possiamo vedere che sono presenti diverse frequenze aggiuntive e importanti. Queste frequenze sono chiamate armoniche. Sono multipli della frequenza fondamentale e l'ampiezza di queste armoniche è ciò che rende un piccolo pianoforte verticale diverso da un pianoforte a coda, e da un'arpa o da una chitarra. Tutti questi strumenti hanno la stessa frequenza di C centrale fondamentale di 261,6 Hz; il loro contenuto armonico li fa suonare diversi. Nel caso di questa registrazione di note di pianoforte, possiamo vedere che c'è un grande picco a 523 Hz, poi picchi sempre più piccoli a 790 Hz, 1055 Hz, 1320 Hz e così via.
Forme d'onda sinusoidali e quadre
Ogni forma d'onda audio è costituita da una complessa combinazione di frequenze fondamentali e armoniche. La più elementare, come abbiamo accennato, è un'onda sinusoidale pura. Un'onda sinusoidale ha una sola frequenza. All'altra estremità dello spettro c'è un'onda quadra. Un'onda quadra è costituita da una frequenza fondamentale, quindi da una combinazione infinita di armoniche di ordine dispari a livelli esponenzialmente decrescenti. Tienilo a mente, poiché diventerà importante in seguito quando inizieremo a discutere della distorsione.
Segnali di rumore
Noise is a term that describes a collection of random sounds or sine waves. However, we can group a large collection of these sine waves together and use them as a tool for testing audio systems. When we want to measure the frequency response of a component like a signal processor or an amplifier, we can feed a white noise signal through the device and observe the changes it makes to the amplitudes of different frequency ranges.
White Noise – Time
You may be asking, what exactly is white noise? It is a group of sine waves at different frequencies, arranged so the energy in each octave band is equal to the bands on either side. We can view white noise from a time domain as shown here.
White Noise – Frequency
We can also view it from the frequency domain, as displayed in this image.
Variations In Response
The slight undulations in the frequency graph are present because it takes a long time for all different frequencies to be played and produce a ruler-flat graph. On a 1/3-octave scope, the graph would be essentially flat.
Foundation For Time And Frequency Domains
There we have our basic foundation for understanding the observation of signals in the time domain and the frequency domain. We have also had our first glimpse into how harmonic content affects what we hear. Understanding these concepts is important for anyone who works with audio equipment, and even more important to the people who install and tune that equipment. Your local mobile electronics specialist should be very comfortable with these concepts, and can use them to maximize the performance of your mobile entertainment system.
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