Distorsion (teleteknik)
Wikipedia
- Den här artikeln handlar om distorsion inom teleteknik och signalbehandling (inklusive musik).För andra betydelser av ordet, se Distorsion.
Distorsion (förvrängning, förvanskning) är inom signalbehandling ett fenomen som innebär att ett systems utsignal skiljer sig från insignalen. Distorsion av ljud uppstår ofta vid elektrisk förstärkning och märks genom att tonernas klangfärg ändras.
Distorsion är i de flesta fall oönskad, men fenomenet används också avsiktligen. På elektriska instrument som elgitarrer och dylikt var distorsionen ursprungligen ett fel, som sedan började användas musikaliskt, och sedan blivit en mycket viktig faktor inom främst rockmusiken. I musikvärlden brukar termerna förkortas till dist, distad, distning etc.
Innehåll |
[redigera] Definition
Inom telekommunikation och signalbehandling har termen distorsion följande betydelse:
- I en apparat eller enhet, förvrängning av en signal då den passerar systemet; avvikelsen på utsignalens vågform i jämförelse med insignalens vågform när den har överförts av apparatens överföringsfunktion.
Distorsion kan förorsakas från flera mekanismer. Exempelvis icke-linjära överföringsfunktioner i aktiva komponenter som exempelvis elektronrör, transistorer, operationsförstärkare. Distorsion kan också orsakas av passiva komponenter som exempelvis koaxialkabel eller fiberoptisk ledning eller genom inhomogeniteter, reflektioner, m.m. i ledningen.
- I en teleprinters signalöverföring, förskjutningen av en signalpuls från dess riktiga position relativt början av startpulsen.
Distorsionsmått
distorsion:
klirrfaktor:
[redigera] Distorsion i ett stark- och svagströmssammanhang
[redigera] En uppdelning av distorsion efter hur den genererats:
- Analogt genererad distorsion. Distorsion som uppkommer i analoga system beroende på faktorer som genom olika typer av förvrängningar adderar/subtraherar information till den analoga grundsignalen.
- Digitalt genererad distorsion. Distorsion som uppkommer i digitala system beroende på faktorer som genom olika typer av förvrängningar adderar information till den ursprungliga digitala signalen.
[redigera] Förvrängningen kan antingen vara komponent-, process- eller systemberoende:
- Komponentberoende förvrängning kan skapas på grund av felaktigt vald komponent eller fel i komponent. Den kan även skapas på grund av att den komponent som valts är en kompromiss.
- Processberoende förvrängning skapas av att antingen processen självt skapar förvrängning eller att en annan process påverkar den egna processen. Det kan också bero på ett kostruktionsfel eller en kompromiss. Förvrängningen kan också förorsakas av handhavadefel eller yttre miljöfaktorer.
- Systemberoende förvrängning skapas då olika processer på olika sätt antingen på grund av interfaceproblem eller andra anpassningsproblem inte samverkar på det sätt som avsetts. Det kan även bero på kostruktionsfel eller en kompromiss. Förvrängningen kan också förorsakas av handhavadefel eller yttre miljöfaktorer.
[redigera] Några distorsionstyper:
- Intermodulationsdistorsion eller IM-distorsion kan uppstå genom dålig matchning mellan ingående komponenter, olinjäriteter, dålig skärmning, signalspegling eller annan påverkan av yttre eller inre signal, nätdelen mm och på så sätt adderar nya signaler till ursprunget.
- Transient Intermodulationsdistorsioneller TIM-distorsion - ex. ljudet "smetar" ihop och man kan inte klart urskilja olika instrument (transparens). TIM<3% för att klassas som HiFi.
- Harmonisk distorsion - ex. distorsionen följer ljudet i klang och nivå.
- THD (Total harmonisk distorsion) - ex. distorsionen följer ljudet i klang och nivå. Med total menas att man tittar på vad som kom in och jämför med vad som kom ut i hela systemet.
- Övergångsdistorsion uppstår vid felanpassning mellan två processer eller system, det kan även genereras i komponenter.
- Fördistorsion en typ av signal som läggs till för att senare motverka distorsion i en process eller ett system.
- Överstyrningsdistorsion uppstår då signalen förstärks mer än vad förstärkaren klarar av. Man skiljer bland musiker på om signalen är överstyrd innan förstärkaren med någon typ av box eller om det är fråga om "äkta" slutstegsdistorsion. Den sistnämnda anses ge ett "fetare" ljud och vara mer "äkta".
- Vikningsdistorsion - vid digitalisering av anloga signaler så kan en tex. slät sinussignal ha ett "hack" mitt i detta hack ser inte AD-omvandlare utan "tror" att det är fråga om två separata kurvor. Om tex sinusvågen är 456 Hz så tror DA-omvandlaren att det är en 912 Hz våg vilket är en ganska stor skillnad.
[redigera] Ljud och distorsion
När det gäller ljud har distorsionen en framskjuten plats. Å ena sidan vill den äkta HiFi-entusiasten att hans anläggning skall återge ljudet utan förvanskning (distorsion). Men å andra sidan så kan det som han skall återge redan vara distorderat. Vid avlyssning av en skiva med Jimi Hendrix skall ljudet från hans gitarr vara distat/överstyrt. Men en distad gitarr ger ifrån så många övertoner och annat att det knappast efter 4-5 led låter som när han spelade.
Ljudets väg
- Gitarren återkopplar via högtalaren i förstärkaren och ljudet som kommer ut ur högtalaren mickas upp. En mekanisk rörelse i luften omvandlas till en analog elektrisk signal i mikrofonen.
- Signalen från mikrofonen skall förstärkas i ett analogt eller digitalt mixerbord och sedan läggas på en mastertejp (numera AD-omvandlas och sparas på hårddisk).
- Från mastertejpen (numera hårddisken) skall sedan det inspelade ljudet in i gravyrmaskinen (numera CD-brännaren).
- Från den pressade skivan (numera CD'n) skall en nål (numera laserstråle) läsa informationen och anpassa den efter en RIAA-kurva (numera DA-omvandla (OBS! Inte samma sak som RIAA)) och sedan återigen förstärka upp signalen och genom en elektromekanisk koppling till luften (högtalare) nå våra öron.
Den som för en sekund tror att in och ut stämmer överens till hundra procent må så tro - för mer än just tro är det inte. Alla omvandlingar skalar bort ljudinformation, vare sig det är analoga eller digitala, och lägger till nya som distorsion och brus. Interferens och inetermodulationsproblemen kanske är små här och där - men tillsammans blir de stora. Nu vill ju HiFi-entusiasten kanske tillföra så lite som möjligt av "skräp" men hur då? När Jimmi Hendrix spelade live var ljudnivån, låt säga 120 dB och vad kan man åstadkomma i ett hem? Idag är det väl bara Bilbasljudtävlande som kan komma i närheten. Men dom är ju å andra sidan inte intresserade av gitarrer - möjligtvis basgitarrer. Så frågan är; - Kan man avlyssna Jimi Hendrix utan att komma upp i 120 dB om man vill vara HiFi?
Det är dessutom så att om man är HiFi-entusiast och dessutom rör-entusiast så älskar man harmonisk distorsion. För att en transistor eller MOSFET-baserad förstärkare skall kunna låta varmt är man tvungen att mixa ihop det nakna ljudet med i princip samplad harmonisk distorsion i en signalprocessor för tusentals kronor.
Det är ju även så att en HiFi-entusiast kan, åtminstone säger han så själv, avgöra hur mycket distorsion en högtarakabel genererar. Att en sladd med knappt en 1 mm² grov ledare inte kan leverera lika höga strömmar som en 16 mm² förstår vi alla. Men i den högre skolan är kanske alla kablar 16 mm² men skillnaden är kanske mellanrummet mellan de två parterna, skillnad på kopparn i ledaren eller om den ena är skärmad eller kabeln ligger i en slinga så att den - o hemska tanke korsar sig själv. Att då påstå sig höra skillnader som inget testinstrument i världen kan registrera faller på sin egen orimlighet.
- Å andra sidan nöjer sig folk idag med den arma ljudkvalitet som mp3 står för. Vilket i sammanhänget är som att lyssna på musik i en gammaldags telefon.
[redigera] Bild och distorsion (ej i optisk synvinkel)
På TV'n är det kanske mer uppenbart för envar med förvrängning (distorsion). I färg-TV'ns barndom var det intressant att se på hockey. Först kom spelaren, sen kom färgen. Den eftersläpning så fanns berodde till en del på att den fosfor man använde i bildröret var slöare än den idag. Men den nya tekniken har nästan samma problem. En vanlig TFT-monitor har idag kanske en responstid på 25 ms, en bra monitor har möjligen 12 ms men för att se filmer som ligger på DVD behövs kanske 8 ms. Om något år ligger säkert normalvärdet där. En skärm som har lång responstid "hackar" sig fram genom filmen på ett tämligen störande sätt.
Det finns fler störningar som beror på förvrängning. Så länge vi har analog TV så kommer vi att i någon mån han tvillingbilder att se på. Detta kan bero på felinställd TV-antenn eller på att två sändare interfererar med varandra. Vidare kan bilder ha mer eller mindre brus. Att vi dessutom har optisk distorsion pga kameralinser och kanske regndroppar på linsen gör livet fullkomligt. När sedan den digitala TV’n är allmän kommer vi att få en mer digital förvrängning som mest uppenbart yttrar sig genom att det visas en bild eller inte på TV’n – ungefär som när mobilen hackar fram rösten på andra sidan.
[redigera] Distorsion i starkströmsnät - dvs 220 Volt och mer
I ett oscilloskop ser en kurva som mäter ett vanligt strömuttag ut som en jämn "bergodalbana". Signalen är en sinusvåg som ändlöst sveper förbi. Men så vrider någon på en dimmer för att få dämpad belysning och den fina signalen ser mer ut som tänderna på en rasp. Vad är det som händer?
Dimmern har som huvudkomponent en halvledare som kallas för triac och den hackar sönder sinusvågen i små (om dimmern är nedvriden) bitar. Vid varje hack uppstår en eller fler övertoner vilket är en slags förvrängning som adderas till sinusvågen och kan ses på oscilloskopet som en tagg på det som förut var mjukt rundat. Den taggen klingar av i takt med att avståndet växer eftersom den innehåller så lite energi.
Men sådana här taggar kan vara orsakade längre bort och ha ett större energiinnehåll och åska ger väldigt stora taggar. Men även norrsken och solfläckar ger störningar. Om man skickar Internet på elledning eller har en snabbtelefon som sickar signalen på elnätet så kan det också ses som taggar eller störningar av den jämna sinusvågen. Stora industrier kan också störa elsignalen.
Dagens moderna elnät innehåller övertoner i varierande grad. Då halten i 3:e ordningen 150Hz, är hög ökar strömmen i nolledaren dramatiskt. Ett uppmätt värde i 3:e övertonen kan till och med vara högre än själva grundtonen 50Hz. Nolledaren som har mindre area (i trefas - där finns 3 ledare och bara en nolla) blir mycket varm vid sådan harmonisk distorsion.
[redigera] Externa länkar
[redigera] Källor
Källa: Amerikanska Federal Standard 1037C med stöd i MIL-STD-188
