Что значит искажение звука

Все искажения звука в аудио аппаратуре тесно взаимосвязаны между собой и их не всегда можно отделить друг от друга. Искажения звука подразделяются на линейные и нелинейные.

возникают в результате ограничения диапазона частот усилителя при неравномерности АЧХ более +- 1.5Дб. Дело в том, что наш слух обладает высокой чувствительностью к импульсным сигналам с фронтом длительностью несколько микросекунд. Для воспроизведения таких крутых фронтов сигнала в звуковом диапазоне (20-20000Гц) необходим усилитель с частотой воспроизведения не менее 100кГц, так как от этой максимальной частоты зависит скорость прохождения фронта импульсного сигнала.

Психоакустикой определено, что гармоники человеческого голоса простираются до 60кГц, а музыкальных инструментов на много выше. Поэтому, эти неслышимые гармоники определяют основную тембровую окраску звука. Также психоакустикой доказано, что человек с трудом воспринимающий монотонный сигнал с частотой 10кГц легко распознаёт недостаток более высоких частот в музыкальном материале и голосе. Именно по этим причинам вся звукоусилительная аппаратура и акустические системы имеют определённые трудности в обеспечении натуральности и естественности звучания.

возникают в результате неравномерности (более 5 градусов) формы импульсов сигналов в рабочем диапазоне частот усилителя. Восприятие звуковых сигналов одного и того же спектрального состава, но с разными начальными фазами гармоник не равноценно, так как изменение начальных фаз сопровождается изменением амплитуды суммарного сигнала. Для незаметности фазовых искажений полоса частот усилителя должна быть не уже 10 — 50000Гц, тогда фазовые искажения не будут превышать 2 градуса.

возникают в результате неидеальности параметров активных элементов схемы и режимов их работы, а также от глубины обратной связи (ООС), от паразитных связей между каскадами, от самовозбуждения транзисторов и от недостатков любых других схемотехнических решений. Как известно, в транзисторном усилителе присутствуют нечётные гармоники и с подачей мгновенного сигнала крутизна выходных транзисторов уменьшается (транзисторы переходят в режим насыщения). Также при выходе усилителя за область безопасной работы и при ограничении сигнала возникают высшие гармонические составляющие.

Для повышения линейности двухтактного усилителя необходима симметрия всех каскадов и введение местных ООС. Но, реальной — изначальной симметрии в двухтактных усилителях не существует. Потому, разброс параметров пар комплементарных транзисторов будет всегда сопровождаться гармоническими искажениями. При увеличение глубины ООС в несколько раз качество звука не улучшается, несмотря на значительное уменьшение нелинейных искажений. Однако, при очень глубокой ООС снижается устойчивость всего усилителя, и в области НЧ возникают задержки сигнала, а также увеличивается спад АЧХ на краях диапазона. Очевидно, что качество звучания определяется не глубиной ООС, а изначальной линейностью всего усилителя без ООС. Следовательно, ориентируясь на ламповые усилители мощности можно сделать вывод, что допустимый коэффициент гармонических искажений (без ООС) должен быть не более 4%. К тому же динамическая нелинейность транзисторов частично устраняется в схеме с общей базой и в каскоде. Поэтому желательно совместно таким включением транзисторов использовать генераторы стабильного тока, так как ток в цепи базы определяется внутренним сопротивлением источника тока и мало зависит от входного сопротивления проходных — сигнальных транзисторов.

первого рода (центральная отсечка — «ступенька») возникают в эмиттерных повторителях и имеют сильно выраженную S-образную форму. Для борьбы с ней в качестве источника сигнала выходных транзисторов рекомендуется применять генератор тока, а ток покоя выходных транзисторов выставлять более 50ма.

второго рода обусловлены индивидуальными различиями временных и частотных свойств мощных биполярных комплементарных транзисторов. Так как в момент перехода через ноль на крутых фронтах сигнала возникают временные задержки, вызванные процессом коммутации, которые приводят к переходным искажениям. При мгновенном усилении транзистора изменяется ток коллектора, который изменяется несколько раз в течении одного периода. Это явление сказывается на нелинейности амплитудной характеристики усилителя и порождает новые, специфические . В силу особенностей р-n переходов подвижность носителей транзисторов p-n-p типа много хуже, чем транзисторов n-p-n типа. Ёмкости р-n переходов из-за конструктивных особенностей больше и требуют более мощных управляющих сигналов. Поэтому, для уменьшения нелинейности необходимо подключать выравнивающие резисторы и увеличивать входное сопротивление выходного каскада.

обусловлены разным наклоном характеристики передачи транзисторов разной проводимости. Все переходные искажения звука можно минимизировать переводом усилителя в однотактный режим класса «А». Применение ООС не даёт существенного уменьшения переходных искажений, так как общее усиление на ВЧ частотах снижается, а усиления в окрестности нулевой точки не хватает.

возникают в результате нелинейности амплитудно частотной характеристики (АЧХ) аудио аппаратуры. При усилении звукового сигнала модулируются новые комбинации частот, которых в исходном сигнале нет, так как в конструкции усилителя применяются нелинейные элементы, на которых перемножается звуковой сигнал и образуются интермодуляционные искажения. Широкополосность исходного (без ООС) усилителя мощности — полная гарантия низких интермодуляционных искажений.

возникают в в результате запаздывания звукового сигнала по петле обратной связи и зависят от полосы пропускания исходного усилителя без ООС. Недостаточно высокая частота пропускания исходного (без ООС, меньше 30кГц) усилителя приводит к увеличению высших гармоник из-за снижения глубины общей ООС. Глубокая ООС срезает только «гладкие» искажения и является причиной динамических искажений и неустойчивой работы усилителя.

возникают в результате подключения реальной нагрузки (АС) и соединительных кабелей. При подаче на АС мощных импульсных сигналов ток этих сигналов много раз превышает ток такой же амплитуды синусоидального сигнала, что уменьшает комплексное сопротивление АС и перегружает усилитель на импульсе. Короткие и толстые провода частично компенсируют эти искажения звука. Но обратный отклик от АС передаётся по обратной связи усилителя мощности и способствует образованию нелинейных искажений. Как выход из положения отказ от ООС.

Если суммировать все искажения звука, то усилитель с минимальными искажениями должен работать без ООС в однотактном режиме класса «А», с граничной частотой 100кГц, при неравномерности АЧХ +-1.5Дб. Серийный усилитель «Grimmi» обладает всеми этими требованиями и имеет граничную частоту 200кГц, при неравномерности АЧХ -3Дб.

Лучшее сочетание вакуумных и полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный усилитель звука.

Мы не создаём иллюзий,
Мы делаем звук живым!

Источник

Что такое искажение (дисторшн) в музыке? Когда и как его использовать?

Программное обеспечение для создания музыки имеет ограничения по уровню громкости звукового сигнала. Если аудиосигнал превышает эти пределы, он будет искажаться и выдавать резкий, громкий неприятный звук, который заставляет большинство людей закрывать уши.

Нежелательное искажение (дисторшн) негативно влияет на качество микса. Но это имеет и множество музыкальных применений, когда вводится намеренно и аккуратно. Искажение улучшает звучание синтезаторов и гитар, придаёт энергию и напор барабанам и придает скучному звучанию нужный настрой.

Мы находимся в расцвете для дисторшна как музыкального, так и эстетического эффекта. Сильные хаусные и хип-хоповые треки с прикрепленным описанием «lo-fi» поднимаются на большой волне блоговой шумихи. DIY-лейблы выпускают кассетные ленты. Даже поп-вокалисты используют дисторшн.

В этой статье я покажу вам, как творчески использовать дисторшн в вашем аудиоредакторе (DAW), наряду с аудио-примерами.

Типы искажения и их источники

Дисторшн может возникать при записи, продакшне и «инженерной» стадии песни. Вот лишь несколько примеров того, как могут происходить нежелательные искажения:

Несовпадение сопротивления возникает, когда сопротивление (измеряемое в омах) выходного сигнала — например, гитары — выдает сигнал, имеющий высокое значение сопротивления по сравнению со значением сопротивления микрофонного входа, как, например, на аудиоинтерфейсе или микшере. Выход с высоким сопротивлением выдает очень искаженное звучание на входе, не рассчитанном на прием сигналов с высоким сопротивлением. Результатом обычно является искаженный тон и нежелательные шумы в сигнале.

Клиппинг — это вид искажений, которые чаще всего происходят при превышении входного или выходного сигнала, о чем я подробно расскажу ниже.

Усечение вызвано сбросом битов при воспроизведении или рендеринге аудиосигнала, что может привести к появлению искаженного сигнала низкого уровня.

А теперь вернемся к клиппингу. Цифровые и аналоговые искажения происходят, когда аудиосигнал проходит через максимальный уровень мощности системы, который в DAW обычно составляет 0 dBFS (децибел полной шкалы). При клиппинге, вы теряете участки сигнала выше порога в 0 dBFS, обрезая сигнал.

Цифровые искажения происходят, когда аудиосигнал выходит за пределы максимальной мощности DAW, которая в DAW обычно составляет 0 дБ. Для продолжения воспроизведения DAW будет сжимать фрагменты сигнала выше порога искажения, обрезая форму сигнала.

Поскольку синусоидальная волна искажается, она начинает звучать ближе к прямоугольной волне. Эта новая информация гармоник увеличивает воспринимаемую громкость сигнала.

Пиковый уровень в синусоидальной волне может не измениться на счетчике при достижении порога искажения (хотя значения счетчиков передискретизации будут), но уровень нового искаженного сигнала будет меняться при воспроизведении и будет казаться громче. Так как же это может быть использовано более творческим, музыкальным способом? Давайте узнаем.

Пленочная сатурация (Feathering). Искажения плёнки

Когда цифровая техника была представлена как средство производства музыки, многие жаловались на то, что ей не хватает теплоты и характера аналоговой технологии. В какой-то степени это так и есть. Как вы слышали выше, цифровые искажения могут быть резкими. Но когда магнитная лента перегружена аудиосигналом, она создает богатое, гармонично управляемое искажение, называемое сатурацией.

В наши дни мы можем воспроизводить аналоговую сатурацию в наших DAW с помощью таких плагинов, как Tape Machine и других. Сатурация может быть эффективно использована практически на любом элементе микса, но, пожалуй, она приносит наибольшее удовольствие при применении к барабанам. Послушайте эти барабаны без сатурации.

Грув присутствует, и удары тоже звучат довольно сильно. Но перкуссии и рабочему не помешает «подгруз». Поэтому я применил пресет Ozone 8 Advanced Vintage Tape «Clean Fifteen» для разогрева средних и высоких частот.

Здесь Tape Machine добавляет ясности и заполняет пустое пространство между каждым ударом. Несмотря на то, что барабаны оснащены современной системой подбора и размещения звука, они «чувствуются» как аналоговый звук. В вашем собственном DAW вы можете подчеркнуть низкие и высокие звуки, и гармоники в соответствии с вашим стилем.

Будьте осторожны при применении сатурации к хай-хэтам, тарелкам, клаве и колокольчикам. Эти звуки уже богаты высокочастотным компонентом и станут грубыми и резкими с добавлением или усилением гармоник.

От теплого до абразивного

Если вы думаете, что элемент микса звучит скучно и может выиграть от добавления гармоник, запустите плагин с искажениями, такой как Trash 2. Это выходит за рамки тонкости сатурации и действительно позволяет искусно использовать искажения. Плагин имеет два этапа обработки искажений, каждый из которых имеет свою собственную кривую и настройки драйва. Он также включает в себя фильтр и встроенную задержку.

Как правило, вы всегда хотите работать с высококачественными сэмплами и записями. Искажения во многих случаях улучшают звучание, но обычно ухудшают звучание низкого качества. Так как большинство синтезаторов включают в себя в основном контент среднего и высокого диапазона, то искажения наиболее эффективны при добавлении яркости и переливающихся звуков.

Я буду работать с этим фоновым «пэдом» в стиле Брайана Эно.

Я специально хочу улучшить высокие частоты, поэтому я включил многополосный режим Trash 2 и увеличил драйв для пользовательского частотного диапазона 4-10 кГц.

Подчеркивается воздушность пэда, а также приятная шероховатая текстура.

По мере того, как вы увеличиваете драйв искажений, ваш синтезатор начинает петь или даже кричать, когда меняется тембр.

Драйв увеличит амплитуду вашего сигнала, и сделает ваш микс громче. Следите за выходным сигналом Trash 2, чтобы громкость была одинаковой до и после искажения. Переключите байпас плагина, чтобы проверить это. То, что ваш микс громкий, не означает, что он полный.

В паре с низкочастотным звуком (также проходящим через Trash 2) мы получаем большую динамическую чистку звука.

Существует бесчисленное множество вариантов обработки в Trash 2, поэтому я рекомендую вам изучить плагин, чтобы найти пресеты, которые вам нравятся.

Будущее искажения

В этой статье я показал вам, как использовать искажение на барабанах и синтезаторах. Но вы не обязаны останавливаться на этом. Используйте дисторшн, чтобы приглушить басы, добавить фактуру вокалу и преобразить гитары. Но помните — существует такая вещь, как слишком много искажения! Это может легко пересилить другие элементы микса или испортить ваш микс в целом. Начните с низких значений сухого или «сочного» звука и драйва, затем медленно поднимайте их, пока не услышите заметную разницу. Изучите искажения с помощью Vintage Tape в Ozone 8 Advanced и Trash 2.

Источник

Искажение — Distortion

Искажение — это изменение первоначальной формы (или другой характеристики) чего-либо. В связи и электронике это означает изменение формы сигнала несущего информацию сигнала , такого как аудиосигнал, представляющий звук, или видеосигнал, представляющий изображения, в электронном устройстве или канале связи .

Искажения обычно нежелательны, поэтому инженеры стремятся их устранить или минимизировать. Однако в некоторых ситуациях может быть желательно искажение. Например, в системах шумоподавления, таких как система Dolby , аудиосигнал намеренно искажается таким образом, чтобы подчеркнуть аспекты сигнала, подверженные электрическому шуму , затем он симметрично «не искажается» после прохождения через зашумленный канал связи, уменьшая шум в полученном сигнале. Искажение также используется как музыкальный эффект , особенно с электрогитарой .

Добавление шума или других внешних сигналов ( фон , помехи ) не считается искажением, хотя эффекты искажения квантования иногда включаются в шум. Меры качества, отражающие как шум, так и искажения, включают отношение сигнал / шум и искажение (SINAD) и полное гармоническое искажение плюс шум (THD + N).

СОДЕРЖАНИЕ

Электронные сигналы

В телекоммуникациях и обработке сигналов бесшумную систему можно охарактеризовать передаточной функцией , так что выходной сигнал может быть записан как функция входа как у ( т ) <\ Displaystyle у (т)> Икс <\ displaystyle x>

у ( т ) знак равно F ( Икс ( т ) ) <\ Displaystyle у (т) = F (х (т))>

Когда передаточная функция включает только идеальную константу усиления A и идеальную задержку T

у ( т ) знак равно А ⋅ Икс ( т — Т ) <\ Displaystyle у (т) = А \ cdot х (tT)>

вывод неискаженный. Искажение возникает, когда передаточная функция F более сложна, чем эта. Если F — линейная функция , например фильтр, усиление и / или задержка которого изменяется с частотой, сигнал подвергается линейным искажениям. Линейные искажения не вносят в сигнал новых частотных компонентов, но изменяют баланс существующих.

На этой диаграмме показано поведение сигнала (состоящего из прямоугольной волны, за которой следует синусоида ), когда он проходит через различные функции искажения.

Первый график (черный) показывает ввод. Он также показывает выходной сигнал неискажающей передаточной функции (прямая линия).
Фильтр высоких частот (зеленая линия) искажает форму квадратной волны за счет снижения низкочастотных компонентов. Это причина «спада», наблюдаемого в верхней части импульсов. Это «импульсное искажение» может быть очень значительным, когда последовательность импульсов должна проходить через усилитель со связью по переменному току (с фильтром верхних частот). Поскольку синусоидальная волна содержит только одну частоту, ее форма не изменяется.
Фильтр низких частот (голубой луч) округляет импульсы, удаляя высокочастотные компоненты. Все системы в той или иной степени являются низкочастотными. Обратите внимание, что фаза синусоидальной волны различается для нижних и верхних частот из-за фазовых искажений фильтров.
Слегка нелинейная передаточная функция (пурпурный), она мягко сжимает пики синусоидальной волны, что может быть типичным для лампового усилителя звука. Это генерирует небольшое количество гармоник низкого порядка.
Передаточная функция с жестким ограничением (красный) генерирует гармоники высокого порядка. Части передаточной функции плоские, что указывает на то, что вся информация о входном сигнале была потеряна в этой области.

Передаточная функция идеального усилителя с идеальным усилением и задержкой является лишь приблизительной. Истинное поведение системы обычно иное. Нелинейность передаточной функции активного устройства (например, электронных ламп , транзисторов и операционных усилителей ) является обычным источником нелинейных искажений; в пассивных компонентах (таких как коаксиальный кабель или оптическое волокно ) линейные искажения могут быть вызваны неоднородностями, отражениями и т. д. на пути распространения .

Амплитудные искажения

Амплитудное искажение — это искажение, возникающее в системе, подсистеме или устройстве, когда выходная амплитуда не является линейной функцией входной амплитуды при определенных условиях.

Гармонические искажения

Гармонические искажения добавляют обертоны, которые являются целым числом, кратным частотам звуковой волны. Нелинейности, вызывающие амплитудные искажения в аудиосистемах, чаще всего измеряются в терминах гармоник (обертонов), добавленных к чистой синусоиде, подаваемой в систему. Гармонические искажения могут быть выражены в терминах относительной силы отдельных компонентов в децибелах или среднеквадратичного значения всех гармонических составляющих: Общее гармоническое искажение (THD) в процентах. Уровень, на котором становятся слышны гармонические искажения, зависит от точного характера искажения. Различные типы искажений (например, кроссоверные искажения ) более слышны, чем другие (например, мягкое ограничение ), даже если измерения THD идентичны. Гармонические искажения в радиочастотных приложениях редко выражаются как THD.

Искажение частотной характеристики

Неплоская частотная характеристика — это форма искажения, которая возникает, когда разные частоты усиливаются в фильтре на разную величину . Например, неоднородная кривая частотной характеристики каскадного усилителя со связью по переменному току является примером частотного искажения. В случае аудиосистемы это в основном вызвано акустикой помещения, плохими громкоговорителями и микрофонами, длинными кабелями громкоговорителей в сочетании с частотно-зависимым импедансом громкоговорителей и т. Д.

Фазовое искажение

Эта форма искажения в основном возникает из-за электрического реактивного сопротивления . Здесь все компоненты входного сигнала не усиливаются с одинаковым фазовым сдвигом, поэтому некоторые части выходного сигнала не совпадают по фазе с остальной частью выходного сигнала.

Искажения групповой задержки

Встречается только в диспергирующих средах . В волноводе , фазовая скорость зависит от частоты. В фильтре групповая задержка имеет тенденцию достигать пика около частоты среза , что приводит к искажению импульса. Когда аналоговые магистральные линии дальней связи были обычным явлением, например, в 12-канальной несущей , в ретрансляторах приходилось корректировать искажения групповой задержки .

Коррекция искажения

Поскольку выходной сигнал системы определяется выражением y (t) = F (x (t)), то, если обратная функция F −1 может быть найдена и намеренно использована для искажения входа или выхода системы, то искажение исправлено.

Примером подобной коррекции является случай, когда LP / виниловые записи или передачи FM-звука намеренно предварительно подчеркиваются линейным фильтром , система воспроизведения применяет обратный фильтр, чтобы сделать всю систему неискаженной.

Исправление невозможно, если обратного не существует — например, если передаточная функция имеет плоские точки (обратный преобразователь отобразит несколько входных точек в одну выходную точку). Это приводит к необратимой потере информации. Такая ситуация может возникнуть, когда усилитель перегружен, вызывая ограничение или искажение скорости нарастания напряжения, когда на мгновение только характеристики усилителя, а не входной сигнал определяют выход.

Подавление гармонических искажений четного порядка

Многие симметричные электронные схемы уменьшают величину четных гармоник, генерируемых нелинейностями компонентов усилителя, путем объединения двух сигналов от противоположных половин схемы, в которых компоненты искажения примерно одинаковой величины, но не в фазе. Примеры включают двухтактные усилители и пары с длинными хвостовиками .

Телетайп или модемная сигнализация

В двоичной сигнализации, такой как FSK , искажение — это сдвиг значимых моментов импульсов сигнала из их правильных положений относительно начала стартового импульса . Величина искажения выражается в процентах от идеальной единичной длительности импульса . Иногда это называют искажением смещения .

Телеграфное искажение — похожая и более старая проблема, искажающая соотношение между интервалами между метками и пробелами .

Искажение в искусстве

В мире искусства искажение — это любое изменение, которое художник вносит в размер, форму или визуальный характер формы, чтобы выразить идею, передать чувство или усилить визуальное воздействие. Такие искажения или «абстракции» в первую очередь относятся к целенаправленным отклонениям от фотореалистичной перспективы или от реалистической пропорциональности. Примеры включают « Плачущую женщину » Пикассо и « Поклонение пастухов » Эль Греко, человеческие сюжеты которых имеют неправильную форму и (как часто бывает с физическими искажениями) асимметрично пропорциональны, что невозможно в стандартной перспективе .

Источник