Tutto Quello Che Avete Sempre Voluto Sapere Sulla Distorsione Audio – Parte 1

Quando parliamo di qualsiasi segnale, sia audio, video o dati, c'è una realtà accompagnata per alterazioni ed errori fatti a quel segnale mentre passa attraverso diversi componenti elettronici, conduttori o campi magnetici. Mentre ci preoccupiamo quando sentiamo che un componente introduce distorsione o leggiamo specifiche di distorsione, la distorsione è parte della natura ed è semplicemente inevitabile. Finché qualsiasi distorsione raggiunge un livello significativo in un segnale analogico, non può essere sentita o vista.

Partendo da una Base nella Distorsione Audio

Tenendo questo a mente, creiamo una base per osservare e capire le proprietà di un segnale audio nei domini elettrico e frequenziale. Questa informazione servirà come base per capire la distorsione nella parte due di questo articolo.

Qualsiasi segnale, sia Corrente Continua (DC) che Corrente Alternata (AC), può essere analizzato in due modi – nel suo dominio tempo o dominio frequenza. Capire la differenza tra questi due domini di osservazione semplificherà drammaticamente la vita di chiunque sia nell'industria mobile electronics.

Quando osserviamo un segnale nel dominio tempo, guardiamo l'ampiezza del segnale rispetto al tempo. Normalmente, useremmo un voltmetro o oscilloscopio per guardare segnali nel dominio tempo. Quando consideriamo un segnale nel dominio frequenza, stiamo confrontando l'ampiezza (o forza) di frequenze individuali, o gruppi di frequenze dentro il segnale. Usiamo un RTA (real time analyzer) su computer o dispositivi portatili/da banco per guardare il dominio frequenza.

Corrente Continua

Quando analizziamo l'ampiezza di un segnale elettrico, lo confrontiamo a un riferimento; nel 99% delle applicazioni, il riferimento è noto come massa. Per un segnale DC, il livello di tensione rimane costante rispetto al riferimento massa e al tempo. Anche se ci sono fluttuazioni, è ancora un segnale DC.

Se tracciaste il contenuto frequenziale di un segnale DC, lo vedreste tutto a 0 hertz (Hz). L'ampiezza non cambia rispetto al tempo.

Considerate la tensione batteria DC della vostra auto o camion. È un valore relativamente costante. Riguardo ampiezza versus tempo, sta intorno a 12,7-12,9 volt su batteria carica con veicolo spento. Quando il veicolo gira e l'alternatore carica, questa tensione aumenta a circa 13,5-14,3 volt. Questo aumento è causato perché l'alternatore sta rimettendo corrente nella batteria per caricarla. Se la tensione prodotta dall'alternatore non fosse più alta della tensione di riposo della batteria, la corrente non fluirebbe e la batteria non si ricaricherebbe.

Corrente Alternata

Segnale AC – Tempo

Se guardiamo un segnale AC, come un tono 1 kHz che useremmo per impostare i controlli sensibilità su un amplificatore, vediamo qualcosa di molto diverso. Nel caso di un tono di prova puro come questo, la forma d'onda ha forma sinusoidale, chiamata onda sinusoidale. Se guardiamo un'onda sinusoidale su un oscilloscopio, vediamo una forma d'onda liscia e rotolante che si estende tanto sopra il nostro riferimento tensione quanto sotto.

Segnale AC – Frequenza

Ora è saggio guardare questo stesso segnale dalla prospettiva del dominio frequenza. Il grafico dominio frequenza, se non c'è distorsione, mostrerà una singola frequenza. In considerazione di un segnale audio, l'ampiezza (o altezza) di quella misura di frequenza dipende da quanto forte quella singola frequenza è rispetto ai limiti della nostra tecnologia di registrazione o dispositivo di misura.

Audio

Quando ascoltiamo qualcuno parlare o suonare uno strumento musicale, sentiamo molte frequenze diverse allo stesso tempo. Il cervello umano è capace di decodificare le diverse frequenze e ampiezze. Basandoci sulle nostre esperienze, e le differenze in risposta frequenza e tempo tra un orecchio e l'altro, possiamo determinare cosa stiamo sentendo, e la posizione del suono rispetto a noi.

Analizzare il contenuto dominio tempo di un segnale audio è relativamente facile. Useremmo un oscilloscopio per osservare una forma d'onda audio. Lo scope ci mostrerà la tensione del segnale versus tempo. Questo è uno strumento potente in termini di comprensione trasmissione segnale tra componenti audio.

Una Nota di Pianoforte

Do Centrale – Tempo

Guardiamo l'ampiezza e contenuto frequenziale di un suono che la maggior parte di noi conosce bene. Il grafico seguente è i primi 0,25 secondi di una registrazione della nota Do centrale (C4) di un pianoforte nel dominio tempo. Questo rappresenta l'impatto iniziale del martelletto sulla corda. Se guardate il grafico più piccolo sopra quello grande, vedrete che la nota si estende molto oltre questo segmento iniziale di 0,25 secondi.

Do Centrale – Frequenza

Sappiamo che la frequenza fondamentale di questa nota è 261,6 Hz, ma se guardate i grafici dominio frequenza, potete vedere che diverse frequenze addizionali e importanti sono presenti. Queste frequenze sono chiamate armoniche. Sono multipli della frequenza fondamentale, e l'ampiezza di queste armoniche è ciò che fa suonare un piccolo pianoforte verticale diversamente da un pianoforte a coda, e da un'arpa o chitarra. Tutti questi strumenti hanno la stessa frequenza fondamentale Do centrale di 261,6 Hz; il loro contenuto armonico li fa suonare diversi. Nel caso di questa registrazione nota pianoforte, possiamo vedere un grande picco a 523 Hz, poi picchi via via più piccoli a 790 Hz, 1055 Hz, 1320 Hz e così via.

Forme d'Onda Seno vs Quadrata

Ogni forma d'onda audio è composta da una combinazione complessa di frequenze fondamentali e armoniche. La più basilare, come accennato, è un'onda sinusoidale pura. Un'onda sinusoidale ha solo una singola frequenza. All'altro estremo dello spettro c'è un'onda quadra. Un'onda quadra è composta da una frequenza fondamentale, poi una combinazione infinita di armoniche d'ordine dispari a livelli esponenzialmente decrescenti. Tenete questo a mente, poiché diventerà importante dopo quando inizieremo a discutere distorsione.

Segnali Rumore

Rumore è un termine che descrive una raccolta di suoni casuali o onde sinusoidali. Tuttavia, possiamo raggruppare una grande raccolta di queste onde sinusoidali e usarle come strumento per testare sistemi audio. Quando vogliamo misurare la risposta in frequenza di un componente come un processore di segnale o un amplificatore, possiamo far passare un segnale rumore bianco attraverso il dispositivo e osservare i cambiamenti che fa alle ampiezze di diverse gamme di frequenza.

Rumore Bianco – Tempo

Vi starete chiedendo, cos'è esattamente il rumore bianco? È un gruppo di onde sinusoidali a frequenze diverse, arrangiate così che l'energia in ogni banda d'ottava è uguale alle bande ai lati. Possiamo vedere il rumore bianco da un dominio tempo come mostrato qui.

Rumore Bianco – Frequenza

Possiamo anche vederlo dal dominio frequenza, come mostrato in questa immagine.

Variazioni Nella Risposta

Le lievi ondulazioni nel grafico frequenza sono presenti perché ci vuole molto tempo perché tutte le diverse frequenze siano suonate e producano un grafico piatto come un righello. Su uno scope a 1/3 d'ottava, il grafico sarebbe essenzialmente piatto.

Fondazione per Domini Tempo e Frequenza

Ecco la nostra base per capire l'osservazione di segnali nel dominio tempo e dominio frequenza. Abbiamo anche avuto la nostra prima occhiata a come il contenuto armonico influenza ciò che sentiamo. Capire questi concetti è importante per chiunque lavori con equipaggiamento audio, e ancora più importante per le persone che installano e tarano quell'equipaggiamento. Il vostro specialista mobile electronics locale dovrebbe essere molto a suo agio con questi concetti, e può usarli per massimizzare le prestazioni del vostro sistema di intrattenimento mobile.

Se siete arrivati fin qui e volete imparare ancora di più sulla distorsione audio, cliccate qui per la Parte 2 di questo articolo!