Distorção - Distortion

Distorção é a alteração da forma original (ou outra característica) de algo. Em comunicações e eletrônica , significa a alteração da forma de onda de um sinal portador de informação , como um sinal de áudio representando som ou um sinal de vídeo representando imagens, em um dispositivo eletrônico ou canal de comunicação .

A distorção geralmente é indesejada e, por isso, os engenheiros se esforçam para eliminá-la ou minimizá-la. Em algumas situações, entretanto, a distorção pode ser desejável. Por exemplo, em sistemas de redução de ruído como o sistema Dolby , um sinal de áudio é deliberadamente distorcido de maneiras que enfatizam os aspectos do sinal que estão sujeitos a ruído elétrico , então é simetricamente "não distorcido" após passar por um canal de comunicação ruidoso, reduzindo o ruído no sinal recebido. A distorção também é usada como efeito musical , principalmente com guitarras elétricas .

A adição de ruído ou outros sinais externos ( zumbido , interferência ) não é considerada distorção, embora os efeitos da distorção de quantização às vezes sejam incluídos no ruído. As medidas de qualidade que refletem ruído e distorção incluem a relação sinal-ruído e distorção (SINAD) e distorção harmônica total mais ruído (THD + N).

Sinais eletrônicos

Gráfico de uma forma de onda e algumas versões distorcidas da mesma forma de onda

Em telecomunicações e processamento de sinal , um sistema sem ruído pode ser caracterizado por uma função de transferência , de modo que a saída pode ser escrita como uma função da entrada como

Quando a função de transferência compreende apenas uma constante de ganho perfeita A e atraso perfeito T

a saída não está distorcida. A distorção ocorre quando a função de transferência F é mais complicada do que isso. Se F for uma função linear , por exemplo, um filtro cujo ganho e / ou atraso varia com a frequência, o sinal sofre distorção linear. A distorção linear não introduz novos componentes de frequência em um sinal, mas altera o equilíbrio dos existentes.

Este diagrama mostra o comportamento de um sinal (composto de uma onda quadrada seguida por uma onda senoidal ) conforme ele passa por várias funções de distorção.

  1. O primeiro traço (em preto) mostra a entrada. Ele também mostra a saída de uma função de transferência sem distorção (linha reta).
  2. Um filtro passa-alta (traço verde) distorce a forma de uma onda quadrada, reduzindo seus componentes de baixa frequência. Esta é a causa da "queda" observada no topo dos pulsos. Essa "distorção de pulso" pode ser muito significativa quando um trem de pulsos deve passar por um amplificador acoplado a CA (filtro passa-alto). Como a onda senoidal contém apenas uma frequência, sua forma permanece inalterada.
  3. Um filtro passa-baixa (traço azul) circunda os pulsos removendo os componentes de alta frequência. Todos os sistemas são de passagem baixa até certo ponto. Observe que a fase da onda senoidal é diferente para os casos passa-baixo e passa-alto, devido à distorção de fase dos filtros.
  4. Uma função de transferência ligeiramente não linear (roxo), esta aqui comprime suavemente os picos da onda senoidal, como pode ser típico de um amplificador de áudio valvulado. Isso gera pequenas quantidades de harmônicos de ordem inferior.
  5. Uma função de transferência hard- clipping (vermelho) gera harmônicos de alta ordem. Partes da função de transferência são planas, o que indica que todas as informações sobre o sinal de entrada foram perdidas nesta região.

A função de transferência de um amplificador ideal, com ganho e atraso perfeitos, é apenas uma aproximação. O verdadeiro comportamento do sistema geralmente é diferente. As não linearidades na função de transferência de um dispositivo ativo (como válvulas , transistores e amplificadores operacionais ) são uma fonte comum de distorção não linear; em componentes passivos (como um cabo coaxial ou fibra óptica ), a distorção linear pode ser causada por falta de homogeneidade, reflexos e assim por diante no caminho de propagação .

Distorção de amplitude

A distorção de amplitude é a distorção que ocorre em um sistema, subsistema ou dispositivo quando a amplitude de saída não é uma função linear da amplitude de entrada sob condições especificadas.

Distorção harmônica

A distorção harmônica adiciona sobretons que são múltiplos de números inteiros das frequências de uma onda sonora. As não linearidades que dão origem à distorção de amplitude em sistemas de áudio são geralmente medidas em termos de harmônicos (sobretons) adicionados a uma onda senoidal pura alimentada ao sistema. A distorção harmônica pode ser expressa em termos da força relativa de componentes individuais, em decibéis , ou a raiz quadrada média de todos os componentes harmônicos: Distorção harmônica total (THD), como uma porcentagem. O nível em que a distorção harmônica se torna audível depende da natureza exata da distorção. Diferentes tipos de distorção (como distorção cruzada ) são mais audíveis do que outros (como recorte suave ), mesmo se as medições de THD forem idênticas. A distorção harmônica em aplicações de radiofrequência raramente é expressa como THD.

Distorção de resposta de frequência

A resposta de frequência não plana é uma forma de distorção que ocorre quando diferentes frequências são amplificadas por diferentes quantidades em um filtro . Por exemplo, a curva de resposta de frequência não uniforme do amplificador em cascata AC acoplado é um exemplo de distorção de frequência. No caso de áudio, isso é causado principalmente pela acústica da sala, alto-falantes e microfones de baixa qualidade, cabos longos de alto-falante em combinação com impedância de alto-falante dependente de frequência , etc.

Distorção de fase

Essa forma de distorção ocorre principalmente devido à reatância elétrica . Aqui, todos os componentes do sinal de entrada não são amplificados com o mesmo deslocamento de fase, tornando assim algumas partes do sinal de saída fora de fase com o resto da saída.

Distorção de atraso de grupo

Pode ser encontrado apenas em meios dispersivos . Em um guia de onda , a velocidade da fase varia com a frequência. Em um filtro, o atraso de grupo tende a atingir o pico próximo à frequência de corte , resultando em distorção de pulso. Quando os troncos analógicos de longa distância eram comuns, por exemplo, na portadora de 12 canais , a distorção do atraso do grupo tinha que ser corrigida nos repetidores .

Correção de distorção

Como a saída do sistema é dada por y (t) = F (x (t)), então se a função inversa F -1 pode ser encontrada e usada intencionalmente para distorcer a entrada ou a saída do sistema, então a distorção é corrigido.

Um exemplo de uma correção semelhante é quando gravações de LP / vinil ou transmissões de áudio FM são deliberadamente pré-enfatizadas por um filtro linear , o sistema de reprodução aplica um filtro inverso para tornar o sistema geral sem distorções.

A correção não é possível se o inverso não existir - por exemplo, se a função de transferência tiver pontos planos (o inverso mapearia vários pontos de entrada para um único ponto de saída). Isso produz uma perda incorrigível de informações. Tal situação pode ocorrer quando um amplificador é sobrecarregado - causando clipping ou distorção da taxa de variação quando, por um momento, as características do amplificador sozinhas e não o sinal de entrada determinam a saída.

Cancelamento de distorção harmônica de ordem par

Muitos circuitos eletrônicos simétricos reduzem a magnitude dos harmônicos pares gerados pelas não linearidades dos componentes do amplificador, combinando dois sinais de metades opostas do circuito onde os componentes de distorção são aproximadamente da mesma magnitude, mas fora de fase. Os exemplos incluem amplificadores push-pull e pares de cauda longa .

Teletipo de escrita ou sinalização de modem

Na sinalização binária , como FSK , distorção é o deslocamento dos instantes significativos dos pulsos de sinal de suas posições adequadas em relação ao início do pulso inicial . A magnitude da distorção é expressa em porcentagem de um comprimento de pulso unitário ideal . Isso às vezes é chamado de distorção de polarização .

A distorção telegráfica é um problema semelhante e mais antigo, distorcendo a proporção entre a marca e os intervalos de espaço .

Distorção na arte

No mundo da arte, distorção é qualquer mudança feita por um artista no tamanho, forma ou caráter visual de uma forma para expressar uma ideia, transmitir um sentimento ou aumentar o impacto visual. Essas distorções ou "abstrações" referem-se principalmente a desvios intencionais da perspectiva fotorrealística ou da proporcionalidade realista. Os exemplos incluem " The Weeping Woman " de Picasso e " The Adoration of the Shepherds " de El Greco, cujos temas humanos são irregularmente e (como costuma acontecer com distorções físicas) assimetricamente proporcionados de uma maneira que não é possível na perspectiva padrão .

Distorção de áudio

Um gráfico de uma forma de onda e a versão distorcida da mesma forma de onda

Com relação ao áudio, distorção refere-se a qualquer tipo de deformação de uma forma de onda de saída em comparação com sua entrada, geralmente recorte , distorção harmônica ou distorção de intermodulação ( fenômenos de mistura ) causada por comportamento não linear de componentes eletrônicos e limitações de fonte de alimentação. Os termos para tipos específicos de distorção de áudio não linear incluem: distorção cruzada e distorção induzida por variação (SID).

Outras formas de distorção de áudio são resposta de frequência não plana , compressão , modulação , aliasing , ruído de quantização , wow e flutter de mídia analógica, como discos de vinil e fita magnética . O ouvido humano não consegue ouvir a distorção de fase , exceto que pode afetar a imagem estéreo .

Na maioria dos campos, a distorção é caracterizada como alteração indesejada em um sinal. A distorção na música é freqüentemente usada intencionalmente como um efeito quando aplicada a um sinal de guitarra elétrica em estilos de rock , como heavy metal e punk rock .

Óptica

Em óptica , imagem / distorção óptica é uma divergência da projeção retilínea causada por uma mudança na ampliação com o aumento da distância do eixo óptico de um sistema óptico.

Projeções de mapa

Na cartografia , uma distorção é a representação incorreta da área ou forma de uma característica. A projeção de Mercator , por exemplo, distorce ao exagerar o tamanho das regiões em altas latitudes .

Veja também

Referências

 Este artigo incorpora  material de domínio público do documento General Services Administration : "Federal Standard 1037C" .(em apoio a MIL-STD-188 )

links externos

  • Mídia relacionada à distorção no Wikimedia Commons