Искажение
В обработке сигналов искажение — это изменение исходной формы (или другой характеристики) сигнала . В средствах связи и электронике это означает изменение формы сигнала несущего информацию , , такого как аудиосигнал, представляющий звук, или видеосигнал, представляющий изображения, в электронном устройстве или канале связи .
Искажения обычно нежелательны, поэтому инженеры стремятся их устранить или свести к минимуму. Однако в некоторых ситуациях искажение может быть желательным. Например, в шумоподавления системах , таких как система Dolby , аудиосигнал намеренно искажается таким образом, чтобы подчеркнуть аспекты сигнала, подверженные воздействию электрического шума , а затем он симметрично «неискажается» после прохождения через зашумленный канал связи, уменьшая шум в принимаемом сигнале. Искажение также используется как музыкальный эффект , особенно с электрогитарами .
Добавление шума или других внешних сигналов ( гула , помех ) не считается искажением, хотя эффекты искажения квантования иногда включаются в шум. Показатели качества, которые отражают как шум, так и искажения, включают отношение сигнал-шум и искажения (SINAD) и общее гармоническое искажение плюс шум (THD+N).
Электронные сигналы
[ редактировать ]В телекоммуникациях и обработке сигналов бесшумная система может быть охарактеризована передаточной функцией , такой, что выходной сигнал можно записать как функцию ввода как
Когда передаточная функция содержит только идеальную усиления константу A и идеальную задержку T
выходной сигнал не искажается. Искажение возникает, когда передаточная функция F более сложна. Если F является линейной функцией , например, фильтром, коэффициент усиления и/или задержка которого меняется в зависимости от частоты, сигнал испытывает линейные искажения. Линейные искажения не вносят в сигнал новые частотные компоненты, но изменяют баланс существующих.
На этой диаграмме показано поведение сигнала (состоящего из прямоугольной волны, за которой следует синусоидальная волна ) при прохождении через различные искажающие функции.
- Первая кривая (черным цветом) показывает ввод. Он также показывает результат неискажающей передаточной функции (прямая линия).
- Фильтр верхних частот (зеленая кривая) искажает форму прямоугольной волны за счет уменьшения ее низкочастотных составляющих. Это причина «спада», наблюдаемого на вершине импульсов. Это «импульсное искажение» может быть очень значительным, когда последовательность импульсов должна пройти через усилитель, связанный по переменному току (с фильтром верхних частот). Поскольку синусоида содержит только одну частоту, ее форма не меняется.
- Фильтр нижних частот (синяя кривая) округляет импульсы, удаляя высокочастотные компоненты. Все системы в той или иной степени являются низкочастотными. Обратите внимание, что фаза синусоидальной волны различна для случаев нижних и верхних частот из-за фазовых искажений фильтров.
- Слегка нелинейная передаточная функция (фиолетовая), мягко сжимает пики синусоидальной волны, что типично для лампового усилителя звука . Это генерирует небольшое количество гармоник низкого порядка.
- Передаточная функция с жестким ограничением (красная) генерирует гармоники высокого порядка. Части передаточной функции плоские, что указывает на то, что вся информация о входном сигнале в этой области потеряна.
Передаточная функция идеального усилителя с идеальным усилением и задержкой является лишь приближением. Реальное поведение системы обычно другое. Нелинейности в передаточной функции активного устройства (например, электронных ламп , транзисторов и операционных усилителей ) являются распространенным источником нелинейных искажений; в пассивных компонентах (таких как коаксиальный кабель или оптоволокно ) линейные искажения могут быть вызваны неоднородностями, отражениями и т. д. на пути распространения .
Амплитудные искажения
[ редактировать ]Амплитудные искажения — это искажения, возникающие в системе, подсистеме или устройстве, когда выходная амплитуда не является линейной функцией входной амплитуды при определенных условиях.
Гармонические искажения
[ редактировать ]Гармонические искажения добавляют обертоны , кратные частотам звуковой волны. [ 1 ] Нелинейности, которые приводят к амплитудным искажениям в аудиосистемах, чаще всего измеряются с точки зрения гармоник (обертонов), добавляемых к чистой синусоидальной волне , подаваемой в систему. Гармонические искажения могут быть выражены через относительную силу отдельных компонентов в децибелах или через среднеквадратическое значение всех гармонических компонентов: Суммарные гармонические искажения (THD) в процентах. Уровень, на котором становятся слышимыми гармонические искажения, зависит от точной природы искажения. Различные типы искажений (например, перекрестное искажение ) более слышны, чем другие (например, мягкое ограничение ), даже если измерения THD идентичны. Гармонические искажения в радиочастотных приложениях редко выражаются как THD.
Искажение частотной характеристики
[ редактировать ]Неплоская частотная характеристика — это форма искажения, которая возникает, когда разные частоты усиливаются в фильтре на разную величину . Например, неоднородная кривая частотной характеристики каскадного усилителя , связанного по переменному току , является примером частотных искажений. В случае со звуком это в основном вызвано акустикой помещения, плохими громкоговорителями и микрофонами, длинными кабелями громкоговорителей в сочетании с частотно-зависимым сопротивлением громкоговорителей и т. д.
Фазовые искажения
[ редактировать ]Эта форма искажения в основном возникает из-за электрического реактивного сопротивления . Здесь все компоненты входного сигнала не усиливаются с одинаковым фазовым сдвигом, что приводит к тому, что некоторые части выходного сигнала не совпадают по фазе с остальной частью выходного сигнала.
Искажение групповой задержки
[ редактировать ]Встречается только в дисперсионных средах . В волноводе . фазовая скорость меняется в зависимости от частоты В фильтре групповая задержка имеет тенденцию достигать максимума вблизи частоты среза , что приводит к искажению импульса. Когда аналоговые соединительные линии на большие расстояния были обычным явлением, например, на 12-канальной несущей , искажения групповой задержки приходилось корректировать в репитерах .
Коррекция искажений
[ редактировать ]Поскольку выход системы определяется выражением y(t) = F(x(t)), то если обратная функция F −1 можно найти и намеренно использовать для искажения входных или выходных данных системы, тогда искажение корректируется.
Примером подобной коррекции является то, что записи на пластинках/ виниле или FM-аудиопередачи намеренно предварительно выделяются линейным фильтром , а система воспроизведения применяет инверсный фильтр, чтобы сделать всю систему неискаженной.
Коррекция невозможна, если инверсия не существует, например, если передаточная функция имеет плоские пятна (инверсия будет отображать несколько входных точек в одну выходную точку). Это приводит к неисправимой потере информации. Такая ситуация может возникнуть, когда усилитель перегружен, что приводит к искажению ограничения или скорости нарастания напряжения , когда на мгновение выходной сигнал определяют только характеристики усилителя, а не входной сигнал.
Подавление гармонических искажений четного порядка
[ редактировать ]Многие симметричные электронные схемы уменьшают величину четных гармоник, генерируемых нелинейностью компонентов усилителя, путем объединения двух сигналов из противоположных половин схемы, где компоненты искажения примерно одинаковой величины, но не совпадают по фазе. Примеры включают двухтактные усилители и пары с длинным хвостом .
Телетайп или модемная сигнализация
[ редактировать ]В двоичной передаче сигналов, такой как FSK , искажение представляет собой смещение значимых моментов сигнальных импульсов от их правильных положений относительно начала стартового импульса . Величина искажения выражается в процентах от идеальной единичной длины импульса . Иногда это называют искажением смещения .
Телеграфное искажение — аналогичная и более старая проблема, искажающая соотношение между меточными и пробельными интервалами. [ 2 ]
Искажение звука
[ редактировать ]
Что касается звука, искажение относится к любому виду деформации выходного сигнала по сравнению с его входным сигналом, обычно это ограничение , гармонические искажения или интермодуляционные искажения ( явления смешивания ), вызванные нелинейным поведением электронных компонентов и ограничениями источника питания. [ 3 ] Термины, обозначающие конкретные типы нелинейных искажений звука, включают: перекрестное искажение и нарастающее искажение (SID).
Другими формами искажения звука являются неплоская частотная характеристика , сжатие , модуляция , наложение спектров , шум квантования , «вау» и флаттер от аналоговых носителей, таких как виниловые пластинки и магнитная лента . Человеческое ухо не может услышать фазовые искажения , за исключением того, что они могут повлиять на стереоизображение .
В большинстве областей искажение характеризуется как нежелательное изменение сигнала. Искажение в музыке часто намеренно используется как эффект при применении к сигналу электрогитары в таких стилях рок-музыки, как хэви-метал и панк-рок .
Искажение в искусстве
[ редактировать ]В мире искусства искажением называется любое изменение размера, формы или визуального характера формы, внесенное художником с целью 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, чьи человеческие сюжеты неравномерны и (как это часто бывает с физическими искажениями) асимметрично пропорциональны, что невозможно в стандартной перспективе .
Оптика
[ редактировать ]В оптике изображение/оптическое искажение — это отклонение от прямолинейной проекции , вызванное изменением увеличения по мере удаления от оптической оси оптической системы.
Картографические проекции
[ редактировать ]В картографии искажение — это неправильное представление площади или формы объекта. Проекция Меркатора , например, искажается, преувеличивая размеры регионов на высоких широтах .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Москаль, Тони (1994). Проверка звука: основы звука и звуковых систем . Хэл Леонард. п. 55. ИСБН 9780793535590 .
- ^ «Спецификации стандартного интерфейса телеграфных служб» (PDF) . Путь разума . Июль 1970 г. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
- ^ Аудиоэлектроника Джона Линсли Худа; стр. 162
В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с искажением, на Викискладе?
