В обработке сигналов искажение — это изменение исходной формы (или другой характеристики) сигнала . В коммуникациях и электронике это означает изменение формы волны информационного сигнала , такого как аудиосигнал, представляющий звук, или видеосигнал, представляющий изображения, в электронном устройстве или канале связи .
Искажения обычно нежелательны, и поэтому инженеры стремятся устранить или минимизировать их. Однако в некоторых ситуациях искажения могут быть желательными. Например, в системах шумоподавления , таких как система Dolby , аудиосигнал намеренно искажается таким образом, чтобы подчеркнуть аспекты сигнала, подверженные электрическому шуму , затем он симметрично «неискажен» после прохождения через шумный канал связи, уменьшая шум в полученном сигнале. Искажения также используются как музыкальный эффект , особенно с электрогитарами .
Добавление шума или других внешних сигналов ( гул , помехи ) не считается искажением, хотя эффекты искажения квантования иногда включаются в шум. Меры качества, которые отражают как шум, так и искажение, включают отношение сигнал/шум и искажение (SINAD) и общее гармоническое искажение плюс шум (THD+N).
В телекоммуникациях и обработке сигналов система , свободная от помех, может быть охарактеризована передаточной функцией , такой, что выходной сигнал может быть записан как функция входного сигнала следующим образом:
Когда передаточная функция содержит только идеальную константу усиления A и идеальную задержку T
выход неискажен. Искажение происходит, когда передаточная функция F сложнее этой. Если F — линейная функция , например, фильтр, усиление и/или задержка которого изменяются с частотой, сигнал испытывает линейное искажение. Линейное искажение не вносит новые частотные компоненты в сигнал, но изменяет баланс существующих.
На этой диаграмме показано поведение сигнала (состоящего из прямоугольной волны, за которой следует синусоида ) при его прохождении через различные искажающие функции.
Передаточная функция идеального усилителя с идеальным усилением и задержкой является лишь приближением. Истинное поведение системы обычно отличается. Нелинейности в передаточной функции активного устройства (например, электронных ламп , транзисторов и операционных усилителей ) являются распространенным источником нелинейных искажений; в пассивных компонентах (например, коаксиальном кабеле или оптическом волокне ) линейные искажения могут быть вызваны неоднородностями, отражениями и т. д. на пути распространения .
Амплитудное искажение — это искажение, возникающее в системе, подсистеме или устройстве, когда выходная амплитуда не является линейной функцией входной амплитуды при определенных условиях.
Гармонические искажения добавляют обертоны , которые являются целыми числами , кратными частотам звуковой волны. [1] Нелинейности, которые приводят к искажению амплитуды 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 компонентов: Полное гармоническое искажение (THD) в процентах. Уровень, на котором гармоническое искажение становится слышимым, зависит от точной природы искажения. Различные типы искажений (например, искажение кроссовера ) более слышимы, чем другие (например, мягкое ограничение ), даже если измерения THD идентичны. Гармонические искажения в радиочастотных приложениях редко выражаются как THD.
Неплоская частотная характеристика — это форма искажения, которая возникает, когда разные частоты усиливаются на разную величину в фильтре . Например, неравномерная кривая частотной характеристики каскадного усилителя с переменной связью является примером частотного искажения. В случае аудио это в основном вызвано акустикой помещения, плохими громкоговорителями и микрофонами, длинными кабелями громкоговорителей в сочетании с частотно-зависимым импедансом громкоговорителей и т. д.
Эта форма искажения чаще всего возникает из-за электрического реактивного сопротивления . Здесь все компоненты входного сигнала не усиливаются с одинаковым сдвигом фаз, поэтому некоторые части выходного сигнала не совпадают по фазе с остальной частью выходного сигнала.
Может быть найден только в дисперсионных средах . В волноводе фазовая скорость изменяется с частотой. В фильтре групповая задержка имеет тенденцию к пику вблизи частоты среза , что приводит к искажению импульса. Когда аналоговые магистрали большой дальности были обычным явлением, например, в 12 -канальной несущей , искажение групповой задержки приходилось корректировать в ретрансляторах .
Поскольку выход системы определяется выражением y(t) = F(x(t)), то если можно найти обратную функцию F −1 и намеренно использовать ее для искажения либо входа, либо выхода системы, то искажение будет исправлено.
Примером подобной коррекции является случай, когда записи на виниловых пластинках или FM- аудиосигналы преднамеренно предусиливаются линейным фильтром , а воспроизводящая система применяет обратный фильтр, чтобы сделать общую систему неискаженной.
Коррекция невозможна, если инверсия не существует, например, если передаточная функция имеет плоские пятна (инверсия сопоставила бы несколько входных точек с одной выходной точкой). Это приводит к неисправимой потере информации. Такая ситуация может возникнуть, когда усилитель перегружен, вызывая ограничение или искажение скорости нарастания , когда на мгновение только характеристики усилителя, а не входной сигнал, определяют выход.
Многие симметричные электронные схемы уменьшают величину четных гармоник, генерируемых нелинейностями компонентов усилителя, путем объединения двух сигналов из противоположных половин схемы, где компоненты искажения имеют примерно одинаковую величину, но не совпадают по фазе. Примерами являются двухтактные усилители и пары с длинным хвостом .
В двоичной сигнализации, такой как FSK , искажение — это смещение значимых моментов импульсов сигнала от их правильных положений относительно начала стартового импульса . Величина искажения выражается в процентах от идеальной единичной длины импульса . Иногда это называется искажением смещения .
Телеграфное искажение — похожая и более старая проблема, искажающая соотношение между интервалами между знаками и пробелами . [2]
В отношении звука искажение относится к любому виду деформации выходной формы волны по сравнению с ее входной формой, обычно это ограничение , гармонические искажения или интермодуляционные искажения ( явление смешивания ), вызванные нелинейным поведением электронных компонентов и ограничениями источника питания. [3] Термины для определенных типов нелинейных аудиоискажений включают: искажение кроссовера и искажение, вызванное нарастанием (SID).
Другие формы искажения звука - это неплоская частотная характеристика , компрессия , модуляция , наложение спектров , шум квантования , вау и детонация от аналоговых носителей, таких как виниловые пластинки и магнитная лента . Человеческое ухо не может слышать фазовые искажения , за исключением того, что они могут влиять 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 .
В изобразительном искусстве искажение — это любое изменение, внесенное художником в размер, форму или визуальный характер формы с целью выразить идею, передать чувство или усилить визуальное воздействие. Такие искажения или «абстракции» в первую очередь относятся к преднамеренным отклонениям от фотореалистичной перспективы или от реалистичной пропорциональности. Примерами служат « Плачущая женщина » Пикассо и « Поклонение пастухов » Эль Греко, чьи человеческие объекты нерегулярны и (как это часто бывает с физическими искажениями) асимметрично пропорциональны таким образом, что это невозможно в стандартной перспективе .
В оптике искажение изображения/оптическое искажение — это отклонение от прямолинейной проекции , вызванное изменением увеличения по мере увеличения расстояния от оптической оси оптической системы.
В картографии искажение — это неправильное представление площади или формы объекта. Например, проекция Меркатора искажает, преувеличивая размер регионов на высоких широтах .
В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22. (в поддержку MIL-STD-188 ).
Медиа, связанные с Distortion на Wikimedia Commons
