Izobličenje signala

Distorzija (ili izobličenje) je promena originalnog oblika (ili drugih karakteristika) nečega, npr. nekog objekta, slike, zvuka ili oblika talasnog signala. Distorzija je uglavnom neželjena, i inženjeri se trude da je uklone, ili da je smanje. Sa druge strane u nekim situacijama, distorzija može biti poželjna. Važna operacija obrade signala heterodajning, je bazirana na nelinearnom sabiranju signala kako bi izazvala intermodulaciju. Distorzija se takođe koristi kao muzički efekat, posebno sa električnim gitarama.

Dodavanje šuma ili drugih spoljnih signala (šum napajanja, interferencija) se ne naziva distorzijom, mada se efekti distorzije kvantizacije ponekad nazivaju šumom. Kvalitativna mera koja eksplicitno pokazuje šum i distorziju je Odnos signala prema šumu i distorziji (SINAD).

Elektronski signali

Grafik talasnog signala i par distorzivanih verzija istog signala

U telekomunikacijama i obradi signala, sistem bez šuma može da se opiše prenosnom funkcijom, takvom da $y(t)$ može da se napiše kao funkcija od ulaza $x$ na sledeći način:

$y(t)=F(x(t))$

Kada prenosna funkcija opisuje samo idealno pojačanje opisano konstantom A i idealno kašnjenje T

$y(t)=A\cdot x(t-T)$

onda je izlaz bez distorzije. Distorzija se javlja kada je prenosna funkcija F komplikovanija od gore opisane. Ako je F linearna funkcija, na primer za filter čije se pojačanje i kašnjenje menja u zavisnosti od frekvencije, signal trpi linearnu distorziju. Linearna distorzija ne menja oblik signala jedne sinusoide, ali uglavnom menja oblik signala koji se sastoji od više tonova.

Grafik pokazuje ponašanje signala (koji se sastoji od kvadratnog signala za kojim sledi sinusoidni signal) dok on prolazi kroz različite distorzione funkcije

1. Prva kriva (crne boje) pokazuje ulazni signal. Ona takođe pokazuje izlazni signal nedistorzione prensne funkcije (prava linija).
2. Visokofrekventno propusni filter (zelena kriva) distorzuje oblik kvadratnog signala, smanjujući njegovu niskofrekventnu komponentu. Ovo je razlog zbog čega postoji zakrivljenje vrhova kvadratnih impulsa. Ova "impulsna distorzija" može biti vrlo značajna kada povorka impulsa mora da prođe kroz pojačalo koje ima visokofrekventno propusni filter. Kako sinusoidni signal sadrži samo jednu frekvenciju, njegov signal ostaje neizmenjen.
3. Niskofrekventno propusni filter (plava kriva) zaobljava impulse oduzimajući visokofrekventnu komponentu iz njih. Svi sistemi su niskofrekventno propusno do neke mere. Primetite da je faza sinusoidnog signala drugačija u slučajevima niskofrekventno propusnog i visokofrekventno propusnog filtera, zbog fazne distorzije filtera.
4. Blago nelinearna prenosna funkcija (ljubičasta kriva), blago kompresuje vrhove sinusoidnog signala, što je tipično za audio pojačala koja rade na cevi. Ovo stvara malu količinu harmonika nižih redova.
5. Jako isečena prenosna funkcija (crvena kriva) stvara harmonike viših redova. Delovi prenosne funkcije su ravni, što daje indikaciju da je sva informacija o ulaznom signalu izgubljena u ovoj oblasti.

Prenosna funkcija idealnog pojačavača, sa idealnim pojačanjem i kašnjenjem, je samo aproksimacija. Pravo ponašanje sistema je uglavnom drugačije. Nelinearnosti prenosne funkcije aktivnog uređaja (kao što su vakuumska cev, tranzistor, operacioni pojačavač) su čest izvor nelinearnih distorzija; u pasivnim komponentama (kao što su koaksijalni kabl ili optički kabl), linearna distorzija može da nastane od nehomogenosti, refleksija, i drugih faktora u putanji propagacije.

Amplitudna distorzija

Glavni članak: Amplitudna distozija

Amplitudna distorzija je distorzija koja se javlja u sistemu, podsistemu, ili uređaju kada izlazna amlituda nije linearna funkcija ulazne amplitude pod određenim uslovima.

Harmonička distorzija

Harmonička distorzija dodaje nove tonove koji su frekvencije celobrojnog umnožka originalne frekvencije signala. Nelinearnosti koje doprinose povećanju amplitudne distorzije u audio sistemima su najčešće mereni u pogledu dodatnih harmoničnihsignala koji su dodati na čist sinusoidni signal koji se dovodi sistemu. Harmonička distorzija može da se izrazi u obliku relativne snage pojedinačnih komponenti, u decibelima, ili u korenu zbira kvadrata svih harmoničkih komponenti: Koeficijent harmoničkih izobličenja (THD), procentualno. Nivo distorzije na kome harmonička distorzija postaje čujna nije lako odrediti. Različite verzije distorzija (kao što je distorzija skretnica) su mnogo više čujne od drugih (kao što je blago sečenje signala) iako su THD merenja identična. Harmonička distorzija u primenama radio tehnike se retko izražava kao THD.

Vidi još: Sečenje signala

Distorzija frekventnog odziva

Glavni članak: Frekventni odziv

Neravan frekventni odziv je oblik distorzije koja se javlja kada se različite frekvencije pojačavaju različitim pojačanjem, koje prouzrokuju filteri. Na primer, neuniformni frekventni odziv kaskadnog pojačala je primer frekventne distorzije. U slučaju audio primena, ova distorzija uglavnom nastaje zbog akustike sobe, loših zvučnika i mikrofona, dugačkih zvučničkih kablova u kombinaciji sa frekventno zavisnom impedansnom zvučnika, itd...

Fazna distorzija

Glavni članak: Fazna distorzija

Ova vrsta distorzije uglavnom nastaje zbog reaktivnih komponenti, kao što je reaktansa kondenzatora ili kalema. Ovde se sve komponente ulaznog signala ne pojačavaju sa istim faznim pomakom, čineći deo izlaznog signala van faze sa ostatkom izlazmog signala.

Distorzija grupnog kašnjenja

Može da se pronađe samo u disperzivnom mediju. U talasovodu, brzina propagacije se menja u zavisnosti od frekvencije. U filteru, grupno kašnjenje ima tendenciju da stvara vrh blizu frekvencije sečenja, što rezultuje impulsnom distorzijom. Kada su postojali dugački analogni telefonski kablovi, na primer sa prenošenjem 12 kanala, distorzija grupnog kašnjenja je morala da se ispravi u ripiterima.

Korekcija distorzije

Ako je izlaz sistema da sa y(t) = F(x(t)), i ako može da se nađe inverzna funkcija F⁻¹, koja se koristi da se namerno distorzuje ulazni ili izlazni signal, onda je distorzija ispravljena.

Primer takve korekcije su snimci sa gramofonskih ploča koji se prenose ultrakratkim radiom i koji su namerno prenaglašeni linearnim filterom, tada sistem za reprodukciju primenjuje inverzni filter kako bi reprodukovao zvuk sistema bez distorzija.

Korekcija nije moguća ako ne postoji inverzna kriva, na primer ukoliko prenosna funkcija ima delove koji su ravni (inverzni signal bi mapirao više ulaznih tačaka na jednu izlaznu). Ovo stvara nepopravljiv gubitak informacija. Takva situacija može da se desi kada se pojačalo preoptereti- što izaziva sečenje signala ili distorziju brzine odziva, kada za trenutak samo karakteristike pojačala određuju oblik izlaznog signala, a ne samo ulazni signal.

Poništavanje harmoničke distorzije parnih harmonika

Mnoga simetrična električna kola smanjuju jačinu parnih harmonika koji nastaju usled nelinearnosti komponenti unutar pojačala, kombinujući dva signala suprotnih polovina kola gde su distorione komponente slične jačine ali suprotne faze. Primeri su poguraj-povuci pojačala i parovi dugog repa.

Signali modema i teletajp mašina

U binarnim signalima kao što je FSK (frekventno pomereno kucanje), distorzija je pomeranje velikog broja signalnih impulsa od svoje tačne pozicije relativno u odnosu na početak startnog impulsa. Jačina distorzije se izražava u procentima idealne dužine impulsa. Ovo se nekada zove distorzija pomeraja.

Telegrafska distorzija je sličan ali stariji problem, koja distorzuje odnos između intervala "markiranja" i "praznog mesta"[1]

Distorzija u umetnosti

U svetu umetnosti, distorzija je bilo kakv apromena od strane umetnika u veličini, obliku ili vizuelnom karakteru forme koja izražava ideju, kako bi prenela emociju ili uvećala vizuelni efekat. Često se naziva "apstrakcija" , primeri su „Žena koja jeca“ od Pikasa i „The Adoration of the Shepherds“ od El Greka.

Audio distorzija

Glavni članak: Muzička distorzija

Grafik talasnog oblika signala i distorzovana verzija istog signala

U ovom kontekstu, pod distorzijom se misli na bilo koju vrstu deformacije izlaznog signala u odnosu na ulazni, najčešće sečenje signala, harmonička distorzija ili intermodulaciona distorzija (fenomen mešanja signala) koje izaziva nelinearno ponašanje elektronskih komponenti i ograničenja napajanja. Termini za određenu vrstu nelinearne audio distorzije su: ditorzija skretnice, distorzija usled sporog odziva signala (SID) i tranzijentna intermodulacija (TIM).

Distorzija u muzici se nekada koristi namerno kao efekat, pogledati takođe overdrajv muzika i stvaranje distorzije. Druge vrste audio distorzije na koje se misli su : frekventni odziv, audio kompresija, modulacija, aliasing, šum kvantizacije, šum snimka, i podrhtavanje zvuka sa analognih medija kao što su gramofonska ploča i magnetna traka. Ljudsko uvo ne može da čuje faznu distorziju, osim što ona može da utiče na stereo sliku. (Vidi još: Merenja audio sistema.)

U mnogim poljima, distorzija se opisuje kao neželjena promena signala.

Optika

Glavni članak: Distorzija u optici

U optici, optička distorzija (distorzija slike) odstupanje od rektilinearne projekcije koju izaziva promena uvećanja sa povećanjem razmaka od optičke ose optičkog sistema.

Projekcija mape

Glavni članak: Projekcija mape

U kartografiji, distorzija je pogrešna prezentacija neke površine ili oblika. Merkator projekcija, na primer, distorzuje mapu tako što previše naglašava veličinu oblasti na velikim visinama.

Vidi još

• Amplitudna distorzija
• Distorzija skretnice
• Audio skretnica
• Distorzija muzike
• Faktor snage distorzije
• Krivljenje slike
• Intermodulaciona distorzija
• Kompresija sa gubitkom
• Koeficijent harmonijksih izobličenja
• Zvuk cevi

Literatura

• Moscal, Tony (1994). Sound Check: The Basics of Sound and Sound Systems. Hal Leonard.