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LIVROS E ARTIGOS
Sobre a visibilidade da distorção
Toda a história da reprodução sonora evoluiu a partir de tentativas de aproximar a ilusão do original. E embora o caminho tenha sido percorrido, ainda está muito, muito longe de se aproximar totalmente do som ao vivo. Diferenças em vários parâmetros podem ser medidas, mas muitas delas permanecem fora do alcance dos desenvolvedores de hardware. Uma das principais características que um consumidor com qualquer formação sempre presta atenção é o coeficiente de distorção não linear (THD). E qual é o valor desse coeficiente indica de forma bastante objetiva a qualidade do dispositivo? O impaciente pode encontrar imediatamente uma tentativa de resposta a essa pergunta no final. De resto, continuemos. Este coeficiente, também chamado de coeficiente de distorção harmônica total, é a razão percentual da amplitude efetiva dos componentes harmônicos na saída do dispositivo (amplificador, gravador, etc.) para a amplitude efetiva do sinal de frequência fundamental quando um sinal senoidal dessa frequência é aplicado à entrada do dispositivo. Assim, permite quantificar a não linearidade da característica de transferência, que se manifesta no aparecimento no sinal de saída de componentes espectrais (harmônicos) ausentes no sinal de entrada. Em outras palavras, há uma mudança qualitativa no espectro do sinal musical. Além das distorções harmônicas objetivas presentes no sinal sonoro audível, existe o problema das distorções que estão ausentes no som real, mas são sentidas devido aos harmônicos subjetivos que ocorrem na cóclea em valores elevados de pressão sonora. O aparelho auditivo humano é um sistema não linear. A não linearidade da audição se manifesta no fato de que quando um som sinusoidal com frequência f é exposto ao tímpano, harmônicos desse som com frequências 2f, 3f, etc. Como esses harmônicos não existem no tom afetante primário, eles são chamados de harmônicos subjetivos. Naturalmente, isso complica ainda mais a ideia do nível máximo permitido de harmônicos no caminho do áudio. Com o aumento da intensidade do tom primário, a magnitude dos harmônicos subjetivos aumenta acentuadamente, podendo até ultrapassar a intensidade do tom fundamental. Essa circunstância permite supor que os sons com frequência inferior a 100 Hz não são sentidos por si mesmos, mas por causa dos harmônicos subjetivos que criam, caindo na faixa de frequência acima de 100 Hz, ou seja, devido à audição não linear. As causas físicas das distorções de hardware resultantes em diferentes dispositivos são de natureza diferente, e a contribuição de cada uma para a distorção geral de todo o caminho não é a mesma. As distorções dos CD-players modernos têm valores muito baixos e são quase imperceptíveis no contexto das distorções de outros blocos. Para sistemas acústicos, as mais significativas são as distorções de baixa frequência causadas pela cabeça do baixo, e a norma especifica requisitos apenas para o segundo e terceiro harmônicos na faixa de frequência de até 250 Hz. E para um sistema de alto-falantes com som muito bom, eles podem estar dentro de 1% ou até um pouco mais. Em gravadores analógicos, o principal problema associado à base física da gravação em fita magnética é o terceiro harmônico, cujos valores geralmente são fornecidos nas instruções de informação. Mas o valor máximo no qual, por exemplo, as medições do nível de ruído são sempre feitas é de 3% para uma frequência de 333 Hz. As distorções da parte eletrônica dos gravadores são muito menores. Tanto no caso da acústica quanto nos gravadores analógicos, devido ao fato de as distorções serem principalmente de baixa frequência, sua visibilidade subjetiva cai significativamente devido ao efeito de mascaramento (que consiste no fato de que a frequência mais alta é melhor ouvida de dois simultaneamente sinais sonoros). Assim, a principal fonte de distorção em seu caminho será o amplificador de potência, no qual, por sua vez, a principal delas é a não linearidade das características de transferência dos elementos ativos: transistores e válvulas, e nos amplificadores transformadores, as não adiciona-se também a distorção linear do transformador, associada à não linearidade da curva de magnetização. Obviamente, por um lado, a distorção depende da forma da não linearidade da característica de transferência, mas também da natureza do sinal de entrada. Por exemplo, a resposta de transferência de um amplificador com corte suave em grandes amplitudes não causará nenhuma distorção para sinais senoidais abaixo do nível de corte e, à medida que o sinal aumenta acima desse nível, as distorções aparecem e aumentam. Esta natureza da limitação é principalmente inerente aos amplificadores valvulados, o que em certa medida pode servir como uma das razões para a preferência por tais amplificadores pelos ouvintes. E esse recurso foi usado pelo NAD em uma série de seus amplificadores sensacionais de "limitação suave" produzidos desde o início dos anos 80: a capacidade de ativar o modo com imitação de recorte de tubo criou um grande exército de fãs de amplificadores de transistor NAD. Em contraste, a característica de corte central (notch) de um amplificador, que é comum com modelos de transistores, irá distorcer sinais musicais e de ondas senoidais pequenas, e irá diminuir conforme o nível do sinal aumenta. Assim, a distorção depende não apenas da forma da característica de transferência, mas também da distribuição estatística dos níveis do sinal de entrada, que para programas musicais se aproxima do sinal de ruído. Portanto, além de medir o SOI usando um sinal senoidal, é possível medir as distorções não lineares dos amplificadores usando a soma de três sinais senoidais ou de ruído, que, diante do exposto, fornecem uma imagem mais objetiva da distorção. Infelizmente, estes últimos não receberam reconhecimento internacional e ampla distribuição. O chamado "paradoxo do transistor" demonstra de forma convincente a técnica insuficientemente desenvolvida para medir SOI. De fato, como explicar que, de acordo com os resultados de numerosos exames subjetivos, amplificadores valvulados com SOI, centenas e até milhares de vezes maiores que os de transistor, recebam uma clara preferência? Uma análise da composição espectral das distorções dos amplificadores valvulados e transistorizados mostra sua diferença significativa: nos amplificadores valvulados, a principal contribuição para a distorção é feita por harmônicos de baixa ordem, e sua intensidade diminui proporcionalmente com o aumento do número harmônico, em um transistor o espectro é muito mais amplo, e a intensidade dos componentes não se presta a nenhuma regularidade. Obviamente, levando em consideração o efeito de mascaramento, a influência das distorções de baixa ordem na percepção subjetiva dos componentes harmônicos é enfraquecida e, assim, o papel dos harmônicos superiores é enfatizado. Assim, para uma avaliação mais correta das distorções, seria necessário introduzir coeficientes de peso no somatório dos harmônicos na determinação da amplitude efetiva das distorções, devendo aumentar a influência dos harmônicos maiores. No entanto, não há métodos geralmente aceitos para tais medições. Para uma forma típica de não linearidade do tipo "step", o nível de perceptibilidade da distorção ao ouvido para um sinal senoidal é de 0,1% e para sinais musicais de 1%. O THD é medido em uma faixa de frequência de 40 Hz a 16 kHz e em uma faixa de níveis desde o nível de saída nominal até menos 23 dB. O THD dos amplificadores modernos geralmente está na faixa de 0,001 a 296. Para amplificadores da classe Hi-Fi, os padrões internacionais (IEC 581-6 e outros) definem um padrão de distorção de 0,7%. Para verificar a visibilidade das distorções em seu sistema doméstico, você pode usar gravações especiais com um nível de distorção introduzido e estritamente estabelecido. Por exemplo, o CD de teste "MY DISC" (Sheffild Lab) tem uma dúzia de faixas de gravações musicais e senoidais separadas com níveis de distorção de 0,03%, 0,1% e assim por diante, aumentando gradualmente a distorção até 10%. Tenho certeza de que os resultados de ouvir essas gravações serão surpreendentes para muitos. Autor: Alexey Grudinin
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