Что такое искажение звука и чем оно вызвано?

Потратьте любое время на покупку аудиопродукции, будь то динамик Bluetooth или аудиофильский усилитель для наушников, и вы услышите об искажениях. Но что такое искажение звука и откуда оно берется?

Что такое искажение звука?

Не помогает и то, что определение искажения ужасно расплывчато, даже если вы ограничиваете его только искажением звука. Если звуковая волна исходит из данного сигнала, измененного или деформированного по сравнению с входным сигналом, технически это искажение.

Существует два типа искажения звука: линейное и нелинейное. Линейное искажение — это изменение амплитуды сигнала, а нелинейное искажение — изменение частотного содержания сигнала. В то время как оба являются формами звукового искажения, когда большинство людей говорят о звуковом искажении, они говорят о нелинейном искажении.

Линейные искажения ничего не добавляют к сигналу. Вместо этого он напрямую изменяет его. Это может быть очень заметным способом, например, изменением высоты тона или громкости звука, или более тонкими способами, такими как изменение фазы сигнала.

Нелинейные искажения добавляют к сигналу дополнительные частоты. Они могут звучать как зернистая текстура поверх звука, как будто вы слушаете старую виниловую пластинку. Он может добавлять к записям гудящий, шипящий или потрескивающий звук.

Тем не менее, нелинейные искажения не всегда неприятны. В большинстве произведений поп-музыки используются различные формы нелинейных искажений на протяжении всего процесса микширования, даже в том, что звучит как чистые, нетронутые записи.

В этой статье мы сосредоточимся на неприятной стороне искажения звука с тремя наиболее распространенными формами, с которыми вы, вероятно, столкнетесь. Это полные гармонические искажения, клиппирование и искажение динамика.

Суммарные гармонические искажения (THD)

Гармонические искажения — это звуки, которые были добавлены к исходным частотам, присутствующим в сигнале. Полное гармоническое искажение — это измерение того, насколько звуковой сигнал состоит из этих вновь добавленных гармонических частот по сравнению с исходным.

Гармонические частоты не всегда нежелательны. Если бы музыка состояла только из основных частот, она была бы довольно скучной. Гармоники в звуке — это то, что придает инструментам их уникальные тембры. Низкая струна E на гитаре имеет частоту примерно 83 Гц, но гармоники на разных частотах придают ей звук гитарной струны.

Это не все гармоники, для которых они полезны. Например, звукоинженеры часто усиливают гармонические частоты вокруг басовых инструментов, чтобы вы могли слышать их на меньших динамиках, которые физически не могут воспроизвести основную частоту.

Когда компоненты вашей стереосистемы добавляют к сигналу гармоники, это обычно неприятно. Вот почему производители стремятся максимально снизить общее гармоническое искажение своих компонентов. Например, коэффициент нелинейных искажений усилителя класса D обычно намного ниже одного процента.

Есть причина для этой цифры в один процент: это уровень, на котором люди начинают это замечать. Хотя только некоторые люди могут слышать искажения значительно ниже одного процента, большинство заметят, когда они превышают эту цифру.

Гармонические искажения присутствуют в любом продукте, который включает в себя каскад усиления, от вашего телефона до системы домашнего кинотеатра. К счастью, вы не будете часто его слышать, и вам не нужно об этом беспокоиться.

Отсечение

Отсечение — это то, что происходит, когда сигнал выходит за определенный порог. Этот порог часто является номинальной мощностью усилителя, но отсечение аудиосигнала может происходить на многих различных этапах по разным причинам.

Независимо от того, как и почему сигнал превышает пороговое значение, это эффективно отсекает пики сигнала. Где в сигнальной цепочке происходит отсечение, будет зависеть, насколько резко это произойдет, а это означает, что отсечение может варьироваться от едва заметного искажения до громкого, рваного звука, который заставляет вас нырять в кнопку питания на вашей стереосистеме.

Цифровое клиппирование, как правило, является самым неприятным вариантом. Это может происходить в программном обеспечении, аналого-цифровых (АЦП) или цифро-аналоговых (ЦАП) преобразователях компонента или в отдельном продукте, таком как внешний ЦАП. В любом случае, это не то, что вы хотите услышать.

Конечно, то, насколько неприятные звуки клиппирования часто являются результатом того, как вы их используете, и в аналоговом мире это может звучать великолепно. Гитарный дисторшн и овердрайв — это формы клиппирования, позволяющие гитаре петь так, как иначе она бы не смогла.

Тем не менее, когда в вашей стереосистеме происходит отсечение из-за несоответствия компонентов или просто слишком громкого увеличения громкости, это никогда не бывает хорошо.

Искажение динамика

Искажение динамика — это именно то, на что это похоже, и звучит так, как будто ваш динамик пытается разорвать себя на части.

Хорошей новостью является то, что в большинстве случаев то, что вы слышите как искажение динамика, на самом деле может быть просто клиппингом. Это, вероятно, ваш усилитель, который изо всех сил пытается раскачать динамик и искажает его, поскольку он превышает максимальную номинальную мощность, пытаясь передать звук на динамик. Уменьшите громкость, и это прекратится.

В других случаях вы слышите нелинейное движение динамика, которое должно двигаться линейно. Это может быть результатом использования слишком мощного усилителя или несоответствия сопротивления между динамиком и усилителем.

В динамике, когда электрический сигнал попадает на звуковую катушку драйвера, драйвер должен двигаться в соответствии с формой волны. Если звуковой сигнал слишком мощный, движение может начать снижаться в крайних точках, а это означает, что оно не сможет протолкнуть больше воздуха. Именно здесь вы начинаете слышать реальные искажения динамиков.

Если это продолжится, это может физически повредить динамик, поэтому, если вы думаете, что слышите искажения динамиков, обязательно уменьшите громкость как можно быстрее. Даже если это оказывается клиппингом, это обычно означает, что что-то не так в вашей стереосистеме или системе домашнего кинотеатра.

Чтобы убедиться, что вы все правильно подключили, ознакомьтесь с нашим руководством по подключению проводки домашнего кинотеатра.