Distorsión parte 5

Velocidad de giro y distorsión inducida por giro

La capacidad de un dispositivo para seguir una forma de onda en caída rápida define su velocidad de giro, y esta medición se toma en niveles más altos que las mediciones de distorsión de tiempo de subida. Abreviado como SR, las pruebas de Slew Rate se realizan utilizando tonos de onda cuadrada singulares, donde la distorsión inducida por Slew se identifica como una inclinación de los tiempos de subida y bajada. La distorsión inducida por giro, que se abrevia como SID, es el precursor de la distorsión de intermodulación transitoria con la entrada de múltiples tonos, ya que los armónicos de nivel superior se desviarían de su alineación de portadora transitoria original. También es responsable de rendimiento insuficiente de alta frecuencia.

Velocidad de subida Aumento limitado y velocidad de giro La onda cuadrada se estrecha hacia su cresta.


Durante la sección que analiza la distorsión armónica, una parte importante había descubierto el hecho de que los armónicos de orden superior actúan para aplanar las crestas de las formas de onda sinusoidales. Si bien el sistema auditivo no permite que un humano escuche altas frecuencias mucho más allá de 20 kHz, puede tener la capacidad especial de identificar los tiempos de subida asociados con los armónicos iniciales ligeramente por encima de este punto. Estas formas de onda cuadradas que se elevan rápidamente están vinculadas al sistema de respuesta humana del miedo y el shock. A la luz de esto, no están relacionados con los espectros musicales, y el único medio de reproducción comercial que puede contener dicha información y tiene un filtro apropiado para permitir su reproducción sería digital a 24 / 192kHz.  también es capaz de capturar y reproducir frecuencias altas, pero sería difícil encontrar cualquier dispositivol de prueba que se extienda a las frecuencias y niveles dinámicos requeridos para probar verdaderamente la velocidad de giro de un amplificador. En cuanto a las grabaciones, las altas frecuencias son los constituyentes de menor potencia y rara vez alcanzan niveles altos, en comparación con la región de rango medio y las bajas frecuencias. Las presentaciones en vivo también se realizan a menudo con un filtro que limita sus Tasas de Desvío.

Una velocidad de giro que permita un ancho de banda en los megahercios altos no es un requisito para construir un amplificador de calidad de sonido de referencia. Lo que esto conlleva, es la aplicación cuidadosa de los principios de diseño para garantizar que la distorsión inducida por la desviación resultante de la limitación del ancho de banda se minimice en todos los niveles. Trescientos sesenta grados de una forma de onda de 20 kHz corresponde a un lapso de tiempo de cincuenta microsegundos. Tanto el tiempo de subida como el de desplazamiento comprenden una cuarta parte de la longitud de onda, y tienen una duración de doce y medio microsegundos. Por lo general, es una buena práctica diseñar etapas de amplificación de modo que la frecuencia audible más alta a la que se apunte sea aproximadamente una quinta parte del punto de potencia media del propio amplificador. Para un objetivo de 20 kHz, la atenuación del ancho de banda comenzaría a 100 kHz, es decir: -3 decibelios a 100 kHz. Esto se hace para colocar todo el filtrado fuera del rango de audio y le permite transportar toda la información importante con una distorsión mínima inducida por el efecto de giro.

Para reproducir 20kHz con precisión a cinco vatios en una carga de ocho ohmios, se necesita una velocidad de giro de 0,8 voltios / microsegundo, y a doscientos vatios la velocidad de giro requerida es de 10 voltios / microsegundo. Muchos amplificadores son capaces de velocidades de giro de 45 voltios / microsegundos y mayores, y aunque estas velocidades de giro son necesarias para la potencia máxima, las frecuencias superiores en las grabaciones y la naturaleza requieren el menor voltaje para reproducirse a una amplitud igual. Combinado con el aumento de diez veces en la sensibilidad de los controladores de altavoces de alta frecuencia, las tasas de giro por encima de estos valores tienen un valor limitado.

Distorsión de intermodulación dinámica

Esta clasificación no ha sido aceptada como un término oficial reconocido entre las entidades de ingeniería científica y solo aparece en la literatura de audio. Sin embargo, se menciona aquí porque el nombre Distorsión de intermodulación dinámica se utiliza como un término rápido e informal para el rango dinámico de distorsión de intermodulación. Puede ser útil para describir artefactos de intermodulación en amplificadores de radiofrecuencia que muestran rasgos de niveles variables, mientras que un nivel de entrada sigue siendo un factor constante. El término adecuado es intermodulación por distorsión de rango dinámico.

Intermodulación Distorsión Rango Dinámico

El rango dinámico de distorsión de intermodulación, a menudo abreviado como IMDDR, corresponde a los amplificadores de radiofrecuencia. Al igual que el ruido, la intermodulación que se produce en altas frecuencias puede estar sujeta a ligeras variaciones de la misma manera que el ruido. El rango dinámico de distorsión de intermodulación es un medio estadístico para determinar un rango de nivel relativo con respecto a qué tan grande pueden variar los artefactos de intermodulación. También ayuda al diseñador a definir un mejor punto de intercepción, lo que mejora la profundidad y la precisión de las mediciones.

Distorsión de intermodulación transitoria

La distorsión de intermodulación transitoria, que se abrevia como TID, es un término descriptivo para los cambios en la relación transitoria que se producen con dos señales de alta frecuencia y alta amplitud que coinciden en intervalos de tiempo muy estrechos. Donde se diferencia de las otras distorsiones transitorias, es que la distorsión de intermodulación transitoria describe un caso en el que hay más de un tono presente, y la alineación de las mismas tiene una importancia primordial. En tal sentido, el término Transitorio es pertinente tanto para el aumento inicial como para el fenómeno terminal. En el sentido literal, describe la intermodulación y la producción de nuevas emisiones secundarias cortas que pueden ocurrir cuando se impide la velocidad de respuesta de un amplificador, lo que hace que una señal de frecuencia suficientemente alta se fije a la trayectoria de la rotación, ya que no puede seguir la velocidad deseada. de cambio. Esta distorsión solo se produce como una convolución entre dos expresiones, es decir: a medida que aumenta la frecuencia, y el tiempo de retroceso  de la señal de entrada inherente se reduce a una duración más corta que la propia respuesta de onda cuadrada lineal del amplificador. El TID de bucle abierto puede ocurrir en frecuencias de radio y en circuitos que operan en los MHz y GHz altos, como resultado de la capacitancia de retroalimentación parásita o la compensación de estabilidad.

Distorsión de intermodulación transitoria 2

La distorsión de intermodulación transitoria que se produce entre un tono sinusoidal de alta frecuencia y su portadora de onda cuadrada de baja frecuencia, como resultado de la limitación de la velocidad de giro.
Los orígenes de las pruebas de distorsión de intermodulación transitoria se remontan a Roddam durante la década de 1950. Las pruebas de TID benefician la ingeniería del equipo de radiocomunicación, que puede encargarse de llevar múltiples tonos en un instante. También ayuda en la reducción de errores graves en la lógica de alta velocidad. Para determinar si TID plantea un problema en el alcance de un circuito colectivo, se utilizan dos o más generadores de funciones. El análisis típico involucra dos de varias formas primarias de estímulo: una forma de onda cuadrada simétrica o una cadena de pulsos cuadrados, una forma de onda sinusoidal, una forma de onda con dientes de sierra o un pulso a una amplitud más baja y una frecuencia mucho más alta que la forma de onda cuadrada; Las frecuencias de las cuales deben tener los mismos puntos de inicio y finalización para cada oscilación de la señal cuadrada. Estas frecuencias pueden estar mucho más cerca, o están más separadas, y comúnmente se mezclan en una proporción de 4: 1 a 6: 1. Las señales se mezclan, dando como resultado una señal de entrada compleja final que causará que surjan problemas inherentes.

En aplicaciones prácticas de alta frecuencia, la distorsión de intermodulación transitoria se caracteriza por la incapacidad de reproducir las marcadas pendientes de una onda cuadrada que sirve simultáneamente como portadora para una segunda frecuencia más alta. El aumento en el lapso de tiempo de la onda cuadrada aumenta y disminuye, lo que da como resultado la desalineación de los tonos de frecuencia superior transmitidos por la onda cuadrada fundamental de frecuencia ascendente. Las porciones de estos tonos luego caen sobre las flancos de subida y retroceso de estas pendientes, y la modificación que se produce en cada transición conduce al crecimiento de nuevos efectos de intermodulación espaciados a intervalos amplios. Cuando están presentes, se describen más apropiadamente como el resultado de un dispositivo inducido por velocidad de rotación.

Intermodulación transitoria

La distorsión no puede existir en ausencia de distorsión inducida (SID), ya que es una tasa de giro impedida que modifica los flancos ascendentes y descendentes de una forma de onda cuadrada matemáticamente perfecta. En componentes de audio como amplificadores, el esquema de compensación de estabilidad más común introduce un polo principal a una frecuencia que reduce la ganancia del bucle a medida que aumenta la frecuencia. Esta compensación funciona impartiendo limitación de desplazamiento para atenuar las frecuencias fuera de banda que podrían hacer que el amplificador auto-oscile. El efecto secundario de este aumento en la estabilidad es la limitación impartida sobre la velocidad de giro.

Sin embargo, tan grande amenaza como la Distorsión de Intermodulación Transitoria puede aparecer  Los dispositivos y metodologías de diseño que se remontan a unos treinta años han eludido suficientemente las condiciones provisionales en las que se originaría dicha distorsión. Sea teórico o en la práctica, TID no puede existir entre circuitos de audio diseñados adecuadamente. Esta es otra razón por la cual: los transitorios multitono del mundo real e incluso los armónicos extendidos a más de 80 kHz tienen tiempos de aumento y magnitudes que son más bajos y se acomodan fácilmente con los circuitos de audio modernos, incluso cuando se empuja el diseño al máximo. Para los instrumentos musicales, hay poca o nula información por encima de 60 kHz, y tenga en cuenta que los niveles encontrados en la naturaleza son tan bajos que las etapas de masterización de postproducción los filtran. Incluso por encima de las frecuencias audibles, nunca se ha demostrado que el TID exista en un circuito de audio diseñado de manera competente. Los picos transitorios en las frecuencias audibles resultantes de la traza excesiva y la inductancia de la línea pueden confundirse con TID entre los entusiastas y los aficionados.

Distorsión de intermodulación transitoria 3

Durante los años setenta, se presentó un artículo dentro de la industria del audio que intentaba reclamar el descubrimiento de una nueva forma de distorsión. Esto fue etiquetado como Distorsión de Intermodulación Transitoria . Abreviado como TIM, en realidad era un nombre inapropiado para una distorsión que ya había sido conocida y medible durante dos décadas llamada distorsión de intermodulación transitoria, como resultado de la limitación de la velocidad de giro. De acuerdo con los Documentos de distorsión de intermodulación transitoria, el análisis propuesto se construyó sobre la proposición de que una retroalimentación negativa alta resultó en una mayor susceptibilidad a la distorsión de intermodulación instantánea, cuando se presentaron múltiples señales de alto nivel en rápido ascenso en el mismo instante. La afirmación era que reducir la retroalimentación reduciría  el ancho de banda de potencia; la reducción en la retroalimentación reduciría las posibilidades de que el TIM provoque una desalineación del tono portador agudo y señales sinuosas secundarias de alta frecuencia.

El quid de la discusión fue que la menor retroalimentación posteriormente redujo la limitación de giro, y esto fue condicionalmente cierto. El ancho de banda se reduce naturalmente con menor retroalimentación a medida que aumenta la ganancia, y la reducción inherente en el ancho de banda no incluye la limitación de la velocidad de giro. Cuando las frecuencias se acercan al extremo superior del ancho de banda de un dispositivo y comienzan a atenuarse, lo hacen sin distorsión de giro en un escenario de alta ganancia. El punto real, uno que no salió a la luz, fue que el uso de dispositivos con baja retroalimentación negativa requiere menos, compensación  para la estabilidad del polo superior del dispositivo.

Sin embargo, no fue el grado de retroalimentación lo que impartió la limitación de velocidad de giro y esta distorsión transitoria, fue la compensación excesiva de los circuitos y dispositivos implementados incorrectamente. Desafortunadamente, la tesis no hizo mención de este punto y la interpretación resultante más amplia fue una distorsión que resultó de todas las formas de retroalimentación. La verdad del asunto era que la reducción de la retroalimentación creada con los otros requisitos conocidos para la reproducción de audio de alta calidad, y en términos de dispositivos bipolares, la reducción de la retroalimentación hacía que distorsionaran mucho. Este no era un medio satisfactorio para reducir la distorsión, ya que sacrificaba una distorsión armónica baja, una distorsión de intermodulación baja y reducía el ancho de banda al de un radio reloj.

Entre los numerosos problemas que plagaron la teoría de la intermodulación transitoria y los documentos respectivos que siguieron, se encontraban los errores dentro del álgebra fundamental, las metodologías de prueba y el punto de apoyo que la teoría también ignoró la ley de la velocidad de deriva. Entre los aspectos cuestionados, estaba la afirmación textual de que TIM fue el resultado de que el circuito de retroalimentación no fuera lo suficientemente rápido para reaccionar. Esto fue infundado, porque la velocidad de propagación del flujo de electrones era más de la mitad de la velocidad de la luz, mucho más allá del reino de las frecuencias de audio y radio.

La prueba de esto radica en la práctica de usar dispositivos que operan en los megahercios altos. Los componentes pasivos que se utilizan en un circuito de retroalimentación cerrado no ralentizan el flujo  de estas partículas subatómicas por ningún margen relevante. Más bien, impiden su cantidad y, al hacerlo, pueden controlar la corriente, el potencial de voltaje estacionario y la fase relativa entre la corriente y el voltaje. La velocidad de deriva de los electrones depende de las velocidades de propagación del campo. Esta es una ciencia real, y aunque el concepto de TIM parecía intrigante para muchos, no lo era. El error ya era conocido por algunos en la industria, y serían el Dr. Edward Cherry y Bob Cordell quienes corregirían públicamente las interpretaciones erróneas sobre la retroalimentación en una serie de artículos. Debido a esto, realizar una búsqueda a través de publicaciones académicas en la academia devolverá la búsqueda de 'retroalimentación retrasada' con las manos vacías. Si bien el nombre Distorsión de intermodulación transitoria puede haber sido relacionado con la novedosa naturaleza descriptiva de las características propuestas, no fue descriptivo con precisión de los mecanismos de distorsión.

La falta de estudios de casos de terceros informados cuestiona la credibilidad de la tesis de distorsión de intermodulación transitoria. Los antagonismos permanentes se formaron por los hechos cruciales  que los métodos para limitar la respuesta de frecuencia superior conducen a distorsiones inducidas por el desplazamiento. Entre los problemas más pronunciados contenidos en la metodología, se encontraba que mientras que la música en general contiene cambios repentinos, los niveles y las señales requeridas para que se produzca la distorsión nunca estarían presentes en ninguna grabación de audio natural o escuchable (en Dubstep / screechstep uno puede encontrarlo por completo). el tono de nivel estalla, pero eso está pensado como una distorsión antinatural de su iniciación). A pesar de los esfuerzos realizados por diversos especialistas para recrear los eventos de distorsión de intermodulación transitoria, no ha habido evidencia de que TIM pueda existir en las frecuencias de audio en equipos de audio correctamente concebidos, ni  que fuera distinguible de las Distorsiones Inducidas por Slew, tales como la Distorsión de Intermodulación Transitoria. .

Dado que un amplificador, diseñado de otra manera y adecuadamente, utiliza dispositivos de ancho de banda amplio y un polo de compensación suficientemente alto, nunca hubo una razón por la cual uno no pudiera usar un alto grado de retroalimentación y evitar TIM, o más apropiadamente, TID , la retroalimentación adecuada otorgada a un monotónico continuo y la función de transferencia sobre un amplio margen de ganancia se ha logrado con velocidades de giro rápidas.

Distorsión sigma y desviación estándar

Distorsión  sigma es el término estadístico para la desviación estándar de una distribución de armónicos, intermodulación u otras emisiones secundarias agregadas en relación con los tonos de entrada que se reproducen. Esta cuantificación estadística se basa en los datos que se representan a través del análisis de la Transformada Rápida de Fourier, donde los tonos de entrada y los tiempos están presentes y aparecen como picos estrechos a lo largo del espectro de frecuencias.

Pertinentes a la electrónica, todas las cosas normalmente idénticas difieren entre sí hasta cierto punto al reproducir una señal. Cuando se presentan múltiples señales o tonos en el mismo instante, la suma de los elementos fundamentales, armónicos y de intermodulación forman la forma de onda acumulada para ese instante. Estas señales de entrada pueden involucrar dos señales, o muchas más que se atenúan en una relación logarítmica. Al ser los niveles más altos, los tonos de entrada fundamentales forman la cresta de pico, mientras que todas las distorsiones (previstas o no) caen en las regiones laterales. Las pendientes a los lados del gráfico toman una curva en forma de campana para formar la Distribución Estándar. En otras palabras, es otra forma de presentar cuánta intermodulación está presente y hace que sea más fácil ver los cambios a medida que ocurren.

Después de pasar por un dispositivo, estos espectros pueden ser alterados. La desviación estándar es la medida de cuánto ha variado la distribución de las bandas laterales alrededor del valor promedio. Como resultado directo de la forma de la curva, conocida como el punto de inflexión, el valor de Sigma cambia. La distorsión de Sigma se representa mediante un porcentaje o un valor de rendimiento de Sigma como un número entero. Es un número estadístico asignado para identificar cuánto es el valor de especificación más cercano o más prominente del valor promedio. La distorsión sigma y la desviación estándar son útiles para asignar un valor a la distorsión por intermodulación, el rebote espectral, el rango dinámico de la distorsión por intermodulación y para comparar inconsistencias en dispositivos idénticos.

Voltaje de contencion

Esta especificación indica la cantidad de voltaje de corriente continua que está naturalmente presente en los terminales de salida del amplificador, u otra etapa de amplificación. Si bien no es una distorsión en sí misma, el voltaje de compensación de un dispositivo es el precursor de la no linealidad en los altavoces dinámicos a los que alimenta una señal. La corriente real será determinada por la magnitud de impedancia nativa del altavoz, y si la compensación es alta, podría dañar la carga del altavoz.

El voltaje de compensación debe ser lo más bajo posible, aunque un par de milivoltios no tendrá ningún efecto incluso en los altavoces más sensibles. A medida que la etapa del amplificador envejece, el desplazamiento puede convertirse en un valor multiplicativo positivo o negativo más alto de la polinomia inicialmente prevista, y los voltajes de desplazamiento pueden aumentar hasta 300 mV (0,3 V) o más en la salida de los amplificadores de potencia. Esto no es suficiente para dañar un woofer, pero podría degradar la calidad del sonido. Esta degradación no sería inherente al contexto de la operación de los amplificadores. Más bien, sería en gran parte exclusivo del lado electrónico de la ecuación y se produciría totalmente dentro del alcance de la estructura del motor del conductor y el conjunto de la suspensión; la bobina de voz del conductor está centrada en el espacio de flujo magnético para proporcionar el recorrido más lineal en ambas direcciones de excursión hacia adelante y hacia atrás, y la suspensión está centrada para proporcionar un control igual para la excursión hacia adelante y hacia atras. Si hay una gran cantidad de desplazamiento presente en el conjunto móvil, se modifica la posición de reposo y tal sistema ya no sería lineal.

Otras partes del sistema de audio también muestran voltaje de compensación. Por ejemplo, los preamplificadores acoplados en CC nunca están perfectamente centrados, y el desplazamiento varía con la temperatura y la edad relativa de los dispositivos y sus componentes de soporte. En la década de 1970, los ingenieros en Japón desarrollaron y patentaron el amplificador de corrección de errores (ERCO), un servoamplificador de CC capaz de hacer referencia al voltaje de compensación inherente de una etapa y compensarlo automáticamente. Este circuito preciso se agregó posteriormente a los amplificadores operacionales y conjuntos de chips, y se puede encontrar en la actualidad utilizado en equipos de audio discretos de gama alta, prácticamente sin cambios. Las características incluían las habilidades para poner a cero el desplazamiento en decenas de milésimas de un solo voltio. Los beneficios incluyeron una compensación mejor que la que se puede lograr a mano, cierta indulgencia en lo que fue una tarea minuciosa de jFets de emparejamiento manual y dispositivos similares, y finalmente se pudo integrar en el circuito de protección. Esto proporcionó un mejor aislamiento de los transitorios de corriente continua y mejoró el nivel de seguridad de los altavoces conectados.

Muchos componentes electrónicos, incluidos los tipos de terminación única, no pueden acoplarse directamente a su carga. En otros casos, sus diseñadores tenían diferentes razones en mente para usar el acoplamiento de CA, comúnmente llamado acoplamiento capacitivo. El acoplamiento de CA puede proporcionar un voltaje de compensación de ralentí muy confiable. Sin embargo, se debe tener cuidado, ya que el tamaño de la barrera dieléctrica del capacitor y la capacidad de almacenamiento de energía se determinan en función de la carga que la etapa de amplificación está destinada a manejar. El acoplamiento de CA induce un cambio de fase a bajas frecuencias, por lo que es importante que se utilice un valor suficientemente grande para mantener la integridad de las notas graves. Las cargas de impedancia más baja y las notas de bajos más profundos requieren valores de capacitancia más altos, y los valores más grandes tardan más en cargarse, principalmente durante el arranque. Mientras el capacitor se está cargando, conducirá una corriente continua que cae a una velocidad un tanto logarítmica. Algunas etapas de preamplificador toman varios segundos, mientras que otras toman más de un minuto. Del mismo modo, tardan más tiempo en descargarse cuando se apaga, y en algunos casos, las etapas sucesivas pueden resultar en un golpe o en un ciclo de baja frecuencia cuando el componente de audio está desactivado.

Separación de canales y diafonía

La separación de canales es importante para mantener las diferencias entre dos fuentes individuales. Para ayudar a que el término sea más fácil de entender, el valor cuantificado para la separación de canales a menudo se da simplemente en decibelios. En términos de reproducción de audio estereofónico, un alto nivel de separación de canales garantiza la integridad de las señales sonoras importantes pertinentes a la sincronización espacial de una grabación. Un buen grado de separación mantendrá la independencia de un canal en relación con el otro. Cuando un canal se suministra desde una fuente y aparece una señal idéntica en la salida del otro canal que no recibe la señal de entrada, esta condición se conoce como interferencia.