Tout ce que vous avez voulu savoir sur la distorsion audio – Partie 1

Lorsque nous parlons de n'importe quel signal, qu'il s'agisse d'audio, de vidéo ou de données, il existe une réalité accompagnée pour les altérations et les erreurs commises à ce signal lorsqu'il traverse différents composants électroniques, conducteurs ou champs magnétiques. Bien que nous soyons inquiets lorsque nous entendons dire qu'un composant introduit une distorsion ou lorsque nous lisons les spécifications de distorsion, la distorsion fait partie de la nature et est tout simplement inévitable. Jusqu'à ce qu'une distorsion atteigne un niveau significatif dans un signal analogique, elle ne peut être ni entendue ni vue.

Commencer par une base en distorsion audio

Dans cet esprit, créons une base pour observer et comprendre les propriétés d'un signal audio dans les domaines électrique et fréquentiel. Ces informations serviront de base à la compréhension de la distorsion dans la deuxième partie de cet article.

Tout signal, qu'il soit en courant continu (DC) ou en courant alternatif (AC), peut être analysé de deux manières - dans son domaine temporel ou dans son domaine fréquentiel. Comprendre la différence entre ces deux domaines d'observation simplifiera considérablement la vie de toute personne impliquée dans l'industrie de l'électronique mobile.

Lorsque nous observons un signal dans le domaine temporel, nous examinons l'amplitude du signal par rapport au temps. Normalement, nous utiliserions un voltmètre ou un oscilloscope pour examiner les signaux dans le domaine temporel. Lorsque nous considérons un signal dans le domaine fréquentiel, nous comparons l'amplitude (ou la force) de fréquences individuelles ou de groupes de fréquences dans le signal. Nous utilisons un RTA (analyseur en temps réel) sur un ordinateur ou des appareils portables/de paillasse pour examiner le domaine fréquentiel.

Courant continu

Lors de l'analyse de l'amplitude d'un signal électrique, on compare le signal à une référence; dans 99% des applications, la référence est dite masse. Pour un signal continu, le niveau de tension reste constant par rapport à la masse de référence et au temps. Même s'il y a des fluctuations, il s'agit toujours d'un signal continu.

Si vous deviez tracer le contenu fréquentiel d'un signal CC, vous verriez que tout est à 0 hertz (Hz). L'amplitude ne change pas par rapport au temps.

Considérons la tension de la batterie CC de votre voiture ou camion. C'est une valeur relativement constante. En ce qui concerne l'amplitude par rapport au temps, il se situe autour de 12,7-12,9 volts sur une batterie complètement chargée avec le véhicule éteint. Lorsque le véhicule roule et que l'alternateur est en charge, cette tension augmente à environ 13,5 à 14,3 volts. Cette augmentation est due au fait que l'alternateur réinjecte du courant dans la batterie pour la charger. Si la tension produite par l'alternateur n'était pas supérieure à la tension de repos de la batterie, le courant ne circulerait pas et la batterie ne serait pas rechargée.

Courant alternatif

Signal CA - Heure

Si nous regardons un signal CA, comme une tonalité de 1 kHz que nous utiliserions pour régler les commandes de sensibilité sur un amplificateur, nous voyons quelque chose de très différent. Dans le cas d'une tonalité de test pure comme celle-ci, la forme d'onde a une forme sinusoïdale, appelée onde sinusoïdale. Si nous regardons une onde sinusoïdale sur un oscilloscope, nous voyons une forme d'onde en douceur qui s'étend autant au-dessus de notre tension de référence qu'en dessous.

Signal CA – Fréquence

Il est maintenant judicieux de regarder ce même signal du point de vue du domaine fréquentiel. Le graphique du domaine fréquentiel affichera, s'il n'y a pas de distorsion, une seule fréquence. En tenant compte d'un signal audio, l'amplitude (ou la hauteur) de cette mesure de fréquence dépend de la puissance de cette fréquence unique par rapport aux limites de notre technologie d'enregistrement ou de notre appareil de mesure.

Audio

Lorsque nous écoutons quelqu'un parler ou jouer d'un instrument de musique, nous entendons plusieurs fréquences différentes en même temps. Le cerveau humain est capable de décoder les différentes fréquences et amplitudes. Sur la base de nos expériences et des différences de réponse en fréquence et en temps entre une oreille et l'autre, nous pouvons déterminer ce que nous entendons et l'emplacement du son par rapport à nous-mêmes.

L'analyse du contenu dans le domaine temporel d'un signal audio est relativement simple. Nous utiliserions un oscilloscope pour observer une forme d'onde audio. L'oscilloscope nous montrera la tension du signal en fonction du temps. Il s'agit d'un outil puissant pour comprendre la transmission du signal entre les composants audio.

Une note de piano

C moyen – Temps

Regardons le contenu en amplitude et en fréquence d'un son que la plupart d'entre nous connaissent bien. Le graphique suivant représente les 0,25 premières secondes d'un enregistrement de la note Do médian (C4) d'un piano dans le domaine temporel. Cela représente le coup initial du marteau sur la corde. Si vous regardez le plus petit graphique au-dessus du plus grand, vous verrez que la note s'étend bien plus loin que ce segment initial de 0,25 seconde.

C moyen – Fréquence

Nous savons que la fréquence fondamentale de cette note est de 261,6 Hz, mais si vous regardez les graphiques du domaine fréquentiel, nous pouvons voir que plusieurs fréquences supplémentaires et importantes sont présentes. Ces fréquences sont appelées harmoniques. Ce sont des multiples de la fréquence fondamentale, et l'amplitude de ces harmoniques est ce qui différencie un petit piano droit d'un piano à queue, d'une harpe ou d'une guitare. Tous ces instruments ont la même fréquence de do médian fondamental de 261,6 Hz; leur contenu harmonique les fait sonner différemment. Dans le cas de cet enregistrement de notes de piano, nous pouvons voir qu'il y a un grand pic à 523 Hz, puis des pics de plus en plus petits à 790 Hz, 1055 Hz, 1320 Hz et ainsi de suite.

Formes d'onde sinusoïdales vs carrées

Chaque forme d'onde audio est composée d'une combinaison complexe de fréquences fondamentales et harmoniques. La plus basique, comme nous l'avons mentionné, est une onde sinusoïdale pure. Une onde sinusoïdale n'a qu'une seule fréquence. À l'autre extrémité du spectre se trouve une onde carrée. Une onde carrée est constituée d'une fréquence fondamentale, puis d'une combinaison infinie d'harmoniques d'ordre impair à des niveaux décroissants de manière exponentielle. Gardez cela à l'esprit, car cela deviendra important plus tard lorsque nous commencerons à discuter de la distorsion.

Signaux sonores

Noise is a term that describes a collection of random sounds or sine waves. However, we can group a large collection of these sine waves together and use them as a tool for testing audio systems. When we want to measure the frequency response of a component like a signal processor or an amplifier, we can feed a white noise signal through the device and observe the changes it makes to the amplitudes of different frequency ranges.

White Noise – Time

You may be asking, what exactly is white noise? It is a group of sine waves at different frequencies, arranged so the energy in each octave band is equal to the bands on either side. We can view white noise from a time domain as shown here.

White Noise – Frequency

We can also view it from the frequency domain, as displayed in this image.

Variations In Response

The slight undulations in the frequency graph are present because it takes a long time for all different frequencies to be played and produce a ruler-flat graph. On a 1/3-octave scope, the graph would be essentially flat.

Foundation For Time And Frequency Domains

There we have our basic foundation for understanding the observation of signals in the time domain and the frequency domain. We have also had our first glimpse into how harmonic content affects what we hear. Understanding these concepts is important for anyone who works with audio equipment, and even more important to the people who install and tune that equipment. Your local mobile electronics specialist should be very comfortable with these concepts, and can use them to maximize the performance of your mobile entertainment system.

If you’ve made it this far and want to learn even more about audio distortion, click here for Part 2 of this article!