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

Lorsque nous parlons de tout signal, qu'il soit audio, vidéo ou données, il y a une réalité accompagnante pour les altérations et erreurs apportées à ce signal lorsqu'il traverse différents composants électroniques, conducteurs ou champs magnétiques. Bien que nous nous inquiétions quand nous entendons qu'un composant introduit de la distorsion ou quand nous lisons des spécifications de distorsion, la distorsion fait partie de la nature et est simplement inévitable. Tant qu'une distorsion n'atteint pas un niveau significatif dans un signal analogique, elle ne peut être entendue ou vue.

Fondations de la distorsion audio

Avec cela à l'esprit, créons une base pour observer et comprendre les propriétés d'un signal audio dans les domaines électrique et fréquentiel. Cette information servira de base pour comprendre la distorsion dans la deuxième partie de cet article.

Tout signal, qu'il soit Courant Continu (CC) ou Courant Alternatif (CA), peut être analysé de deux façons – dans son domaine temporel ou domaine fréquentiel. Comprendre la différence entre ces deux domaines d'observation simplifiera considérablement la vie de quiconque impliqué dans l'industrie de l'électronique mobile.

Lorsque nous observons un signal dans le domaine temporel, nous regardons l'amplitude du signal par rapport au temps. Normalement, nous utiliserions un voltmètre ou un oscilloscope pour regarder 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 temps réel) sur un ordinateur ou des appareils portables/de paillasse pour regarder le domaine fréquentiel.

Courant Continu

Lors de l'analyse de l'amplitude d'un signal électrique, nous comparons le signal à une référence ; dans 99 % des applications, la référence est connue sous le nom de masse. Pour un signal CC, le niveau de tension reste constant par rapport à la référence de masse et au temps. Même s'il y a des fluctuations, c'est toujours un signal CC.

Si vous deviez tracer le contenu fréquentiel d'un signal CC, vous verriez qu'il est tout 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 versus temps, elle se situe autour de 12,7-12,9 volts sur une batterie complètement chargée avec le véhicule éteint. Lorsque le véhicule tourne et que l'alternateur charge, cette tension augmente à environ 13,5 à 14,3 volts. Cette augmentation est causée parce que l'alternateur renvoie du courant dans la batterie pour la charger. Si la tension produite par l'alternateur n'était pas plus élevée que la tension de repos de la batterie, le courant ne circulerait pas et la batterie ne serait pas rechargée.

Courant Alternatif

Signal CA – Temps

Si nous regardons un signal CA, comme un ton de 1 kHz que nous utiliserions pour régler les contrôles de sensibilité sur un amplificateur, nous voyons quelque chose de très différent. Dans le cas d'un ton de test pur comme celui-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 roulante lisse qui s'étend tout autant au-dessus de notre tension de référence qu'en dessous.

Signal CA – Fréquence

Il est maintenant sage de regarder ce même signal sous l'angle du domaine fréquentiel. Le graphique du domaine fréquentiel montrera, s'il n'y a pas de distorsion, une seule fréquence. En considération d'un signal audio, l'amplitude (ou la hauteur) de cette mesure de fréquence dépend de la force de cette fréquence unique par rapport aux limites de notre technologie d'enregistrement ou de notre dispositif de mesure.

Audio

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

L'analyse du contenu du domaine temporel d'un signal audio est relativement facile. Nous utiliserions un oscilloscope pour observer une forme d'onde audio. L'oscilloscope nous montrera la tension du signal versus le temps. C'est un outil puissant en termes de compréhension de la transmission du signal entre composants audio.

Une note de piano

Do central – Temps

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

Do central – Fréquence

Nous savons que la fréquence fondamentale de cette note est 261,6 Hz, mais si vous regardez les graphiques du domaine fréquentiel, nous pouvons voir que plusieurs fréquences additionnelles 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 fait qu'un petit piano droit sonne différemment d'un piano à queue, et d'une harpe ou d'une guitare. Tous ces instruments ont la même fréquence fondamentale du Do central de 261,6 Hz ; leur contenu harmonique les fait sonner différemment. Dans le cas de cet enregistrement de note 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 sinusoïdale vs carrée

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 composée d'une fréquence fondamentale, puis d'une combinaison infinie d'harmoniques d'ordre impair à des niveaux décroissants exponentiellement. Gardez cela à l'esprit, car cela deviendra important plus tard lorsque nous commencerons à discuter de la distorsion.

Signaux de bruit

Le bruit est un terme qui décrit une collection de sons ou d'ondes sinusoïdales aléatoires. Cependant, nous pouvons regrouper une grande collection de ces ondes sinusoïdales et les utiliser comme outil pour tester les systèmes audio. Lorsque nous voulons mesurer la réponse en fréquence d'un composant comme un processeur de signal ou un amplificateur, nous pouvons faire passer un signal de bruit blanc à travers le dispositif et observer les changements qu'il apporte aux amplitudes de différentes gammes de fréquences.

Bruit blanc – Temps

Vous vous demandez peut-être, qu'est-ce exactement que le bruit blanc ? C'est un groupe d'ondes sinusoïdales à différentes fréquences, arrangées de sorte que l'énergie dans chaque bande d'octave soit égale aux bandes de chaque côté. Nous pouvons voir le bruit blanc depuis un domaine temporel comme montré ici.

Bruit blanc – Fréquence

Nous pouvons également le voir depuis le domaine fréquentiel, comme affiché dans cette image.

Variations de réponse

Les légères ondulations dans le graphique fréquentiel sont présentes car il faut beaucoup de temps pour que toutes les différentes fréquences soient jouées et produisent un graphique parfaitement plat. Sur un oscilloscope 1/3 d'octave, le graphique serait essentiellement plat.

Fondations pour les domaines temporel et fréquentiel

Voilà notre base fondamentale pour comprendre l'observation des signaux dans le domaine temporel et le domaine fréquentiel. Nous avons également eu notre premier aperçu de la façon dont le contenu harmonique affecte ce que nous entendons. Comprendre ces concepts est important pour quiconque travaille avec de l'équipement audio, et encore plus important pour les personnes qui installent et règlent cet équipement. Votre spécialiste local en électronique mobile devrait être très à l'aise avec ces concepts, et peut les utiliser pour maximiser la performance de votre système de divertissement mobile.

Si vous êtes arrivé jusqu'ici et voulez en apprendre encore plus sur la distorsion audio, cliquez ici pour la Partie 2 de cet article !