Decupare (audio)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Decuparea este o distorsiune a formei de undă care apare atunci când un amplificator este suprasolicitat și încearcă să furnizeze o tensiune sau curent peste capacitatea sa maximă, adică intră în saturație .

Introducere

Vârfurile tăiate ale unui semnal sinusoidal sunt afișate pe ecranul acestui osciloscop

Când un amplificator este acționat pentru a produce un semnal de ieșire care este mai mare decât tensiunea de alimentare, acesta va amplifica semnalul doar la capacitatea sa maximă și în acel moment semnalul nu poate fi amplificat în continuare. Când „tăiați” sau „clipuri” la capacitatea maximă de amplificare, se spune că semnalul este „tăiat”. Semnalul suplimentar dincolo de capacitatea amplificatorului este pur și simplu întrerupt, rezultând un rezultat tipic al undei pătrate. De exemplu, mulți jucători cu chitare electrice își supraîncarcă intenționat amplificatoarele pentru a-i „tăia”, ceea ce duce la suprasolicitarea deliberată a sunetului. Amplificatoarele au limitatoare de tensiune, curent și termice. Decuparea poate apărea din cauza limitărilor în sursa de alimentare sau în etapa finală de alimentare. Unele amplificatoare pot, pentru perioade scurte de timp, să elibereze energie fără decupare, trăgând energie din cea stocată în circuitul de alimentare. Puterea de ieșire a unui amplificator este predeterminată de producător, conducându-l până la limitele de tăiere, la un anumit nivel de distorsiune. Conducerea unui amplificator cu o distorsiune de 1% va elibera un semnal de ieșire mai mare decât conducerea acestuia la 0,01%. [1] Deci, va trebui să îl conduceți și într-un singur canal ( mono ) în loc de două canale în același timp ( stereo ). [1] De regulă, Comisia Federală pentru Comerț (FTC) afirmă că un amplificator trebuie să fi raportat puterea maximă de ieșire la anumite niveluri de distorsiune pe cele două canale stereo. Asociația Industriilor Electronice (EIA) evaluează sistemele de amplificare prin măsurarea unui singur canal la 1.000Hz, cu o distorsiune de 1% și un nivel de decupare de -1%. Cu ultimul sistem EIA, un amplificator are o putere de ieșire cu 10-20% mai mare decât metoda FTC. [1]

Efectele tăierii

La amplificatoare, semnalul care iese dintr-un amplificator de tăiere are două caracteristici care pot deteriora un difuzor : Deoarece zona de sub unda tăiată este mai mare decât unda intactă, amplificatorul produce mai multă putere de ieșire. Această putere suplimentară poate deteriora difuzoarele din componentele sale ( woofer , tweeter sau crossover ) din cauza supraîncălzirii. În domeniul frecvenței , decuparea produce armonici la frecvențe mai mari decât semnalele netăiate; această energie de înaltă frecvență are potențialul de a deteriora tweeterii prin supraîncălzire. Un alt efect sonor al decupării este că muzica „tăiată” are o compresie în amplitudine, unde notele cu un volum mai mare sunt tăiate la niveluri decât cele mai mici.

Decupare digitală

O undă PCM tăiată între liniile roșii

În procesarea semnalului digital , tăierea are loc atunci când semnalul este restricționat în intervalul unei reprezentări date. De exemplu, într-un sistem pe 16 biți cu reprezentare cu cifre semnate , 32767 este valoarea maximă pozitivă care poate fi reprezentată; dacă în timpul procesării amplitudinea semnalului, de exemplu 32000, este dublă, ar trebui să fie 64000, dar va fi trunchiată la 32767. Decuparea digitală este preferabilă sistemelor digitale alternative - împachetarea care are loc dacă sistemul este proiectat pentru „ deversare aritmetică care , ignorând cei mai semnificativi biți de mărime și uneori chiar și semnul valorii eșantionului, este foarte distorsionat.

Evitați tăierea

După cum se vede pe osciloscop , unda rezultată nu este o undă sinusoidală completă. Pentru a evita acest lucru, nivelul general al unui mix poate fi redus sau un limitator poate fi folosit pentru a menține semnalele de tambur și capcane scăzute. Nu este ușor să scapi de toate tăieturile, cum ar fi filtrarea folosind un filtru de trecere înaltă ; acest lucru poate duce la alinierea diferitelor frecvențe în așa fel încât să creeze vârfuri de ieșire. Poate exista depășiri care rezultă în decupare, deși amplificatorul poate reproduce orice undă sinusoidală singură fără decupare. În acest sens, unii audiofili folosesc amplificatoare capabile să furnizeze o putere mai mare decât intrarea maximă admisă la difuzoare . În sistemele digitale, incidența tăierii poate fi mult redusă utilizând numere în virgulă mobilă în loc de numere întregi. Cu toate acestea, numerele cu virgulă mobilă sunt mai puțin eficiente de utilizat, uneori cauzând pierderea preciziei și pot provoca în continuare tăierea dacă un număr este prea mare sau prea mic.

Reparați un semnal distorsionat

Semnalele complexe puternic tăiate (înregistrate sau nu la rezoluția CD-ului) nu pot fi readuse la starea lor inițială, deoarece informațiile conținute în vârfurile tăiate s-au pierdut complet. Semnalele ușor decupate pot fi readuse la starea lor inițială, cu o anumită marjă, deoarece nu toate informațiile au fost eliminate. În acest caz, gradul de informație pierdut este proporțional cu gradul de compresie cauzat de decupare. Semnalele tăiate ușor cu lățimea de bandă foarte limitată, supra-eșantionate, au șanse mari să fie reparate. [2]

Este de preferat să evitați tăierea, dar dacă o înregistrare este compromisă și nu poate fi repetată, repararea este o opțiune. Scopul reparației este de a îmbunătăți partea afectată a semnalului într-un mod acceptabil. Există mai multe modalități de a realiza acest lucru. Odată ce o porțiune este cunoscută, se poate încerca o reparație parțială prin interpolare sau extrapolarea probelor cunoscute. Deși aceasta este o aproximare a semnalului original, calitatea subiectivă este remarcabilă, cu diferențe sonore minime. Alte metode precum CuteStudio Declip funcționează prin copierea semnalului direct de la un canal stereo la altul, în cazul în care există un singur canal afectat de decupare. Au fost create multe software pentru a rezolva această problemă: Sony Sound Forge , iZotope Rx2, Adobe Audition , Nero Wave Editor și pluginuri din pachetul Audacity LADSPA. Există, de asemenea, un plugin numit Clip Fix care folosește spline cubice pentru reconstituirea semnalelor ca o funcție lină .

Surse de tăiere

În echipamentele audio analogice, cauzele decupării pot fi:

  1. Vârful la vârf al unui amplificator solid-state fără transformator (circuite integrate și circuite solid-state) este limitat de tensiunea de alimentare, mai puțin de proiectarea circuitului amplificatorului (driver) și de tensiunea de saturație (V ce (sat) pe tranzistor bipolar sau R ds (activat) pentru tranzistorul cu efect de câmp ) și redus în continuare dacă etapa finală nu are o tensiune de ieșire în repaus egală cu jumătate din cea de alimentare. De exemplu, cu un amplificator operațional tipic , valoarea maximă absolută pentru sursa de alimentare este de 36 volți , dar o tensiune de siguranță este de 30 volți; dacă este alimentat cu + 15V și -15V, ieșirea teoretică șină-șină ar fi de 15 Volți de vârf (10,6V RMS , 30V vârf-la-vârf), dar în realitate un μA741 poate conduce aproximativ 10 volți de vârf cu o sarcină de 2 kΩ , adică aproximativ 7.1V RMS.
  2. Un amplificator poate avea un semnal de ieșire asimetric, deoarece un tranzistor este polarizat către colector cu o tensiune care nu este jumătate din tensiunea de alimentare (sau cele două ramuri de alimentare sunt dezechilibrate); decuparea poate apărea la jumătate din semnalul de ieșire. Un design bootstrapping sau un alt circuit de circuit poate atenua fenomenul atunci când este cauzat de dificultăți în conducerea colectorului comun al etapei finale.
  3. Dacă sursa de alimentare (condensatorii săi) nu pot menține tensiunea plană ( DC ), fluctuațiile ( ondularea ) afectează semnalul de ieșire.
  4. Un tub termionic poate deplasa un număr limitat de electroni pe unitate de timp (dimensiune, temperatură și material). Poate apărea o decupare ușoară.
  5. Dispozitivele de amplificare pot avea limite de intrare, de exemplu curentul de bază maxim al unui tranzistor bipolar și curentul de rețea al unui tub termionic. Limitatorii de curent sunt necesari pentru a evita deteriorarea acestora.
  6. Un transformator de ieșire (aparate tubulare) va clipi atunci când nucleul feromagnetic devine saturat .
  7. Un amplificator poate limita curentul de ieșire sau tensiunea de intrare, dintr-o varietate de motive, intenționate sau nu. Atunci când sarcina de acționat este foarte mică, poate exista o limitare voluntară a curentului (formă de undă a curentului plat).
  8. Anumite procesoare de semnal produc forme de undă de tăiere în fază inversată atunci când semnalul de intrare depășește intervalul de intrare al unui amplificator op . Rezultatul este o formă de undă tăiată, dar în semnul opus.

Detectează tăierea

Decuparea într-un circuit poate fi detectată prin compararea semnalului sursei de intrare cu semnalul de ieșire, ajustat în câștigul aplicat. De exemplu, dacă un circuit are 10 dB de câștig, acesta poate fi testat pentru decupare prin atenuarea câștigului semnalului de ieșire cu 10 dB, comparându-l cu semnalul de intrare. Dacă circuitul este decupat, semnalul de ieșire atenuat va arăta o tensiune mai mică în comparație. Decalajul dintre cele două semnale poate fi utilizat pentru iluminarea indicatorilor de decupare, cum ar fi LED-urile , și poate fi utilizat pentru a reduce câștigul unui circuit anterior de preamplificare pentru a limita distorsiunea. [3]

Notă

  1. ^ a b c Quilter, Patrick (2004). „Cum se compară puterea amplificatorului.” Sunet și Cântec . Adus la 18 martie 2010.
  2. ^ David L. Donoho, Philip B. Stark, Principiile incertitudinii și recuperarea semnalului , în SIAM Journal on Applied Mathematics , vol. 49, nr. 3, Society for Industrial and Applied Mathematics, iunie 1989, pp. 906–931, ISSN 0036-1399 ( WC ACNP ) .
  3. ^ ( EN ) US5430409 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii. "Indicator distorsiune decupare amplificator cu dependență reglabilă de alimentare"

Bibliografie

Elemente conexe

Adus de la „https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Clipping_(audio)&oldid=118561338 ”