Quando falamos sobre qualquer sinal, seja áudio, vídeo ou dados, há uma realidade acompanhada para alterações e erros feitos nesse sinal à medida que passa por diferentes componentes eletrônicos, condutores ou campos magnéticos. Enquanto ficamos preocupados quando ouvimos que um componente introduz distorção ou quando lemos especificações de distorção, a distorção é parte da natureza e é simplesmente inevitável. Até que qualquer distorção atinja um nível significativo em um sinal analógico, não pode ser ouvida ou vista.
Com isso em mente, vamos criar uma base para observar e entender as propriedades de um sinal de áudio nos domínios elétrico e de frequência. Esta informação servirá como base para entender distorção na parte dois deste artigo.
Qualquer sinal, seja Corrente Contínua (CC) ou Corrente Alternada (CA), pode ser analisado de duas maneiras – em seu domínio de tempo ou domínio de frequência. Entender a diferença entre esses dois domínios de observação simplificará dramaticamente a vida de qualquer um envolvido na indústria de eletrônicos móveis.
Quando observamos um sinal no domínio de tempo, estamos olhando a amplitude do sinal relativa ao tempo. Normalmente, usaríamos um voltímetro ou osciloscópio para olhar sinais no domínio de tempo. Quando consideramos um sinal no domínio de frequência, estamos comparando a amplitude (ou força) de frequências individuais, ou grupos de frequências dentro do sinal. Usamos um RTA (analisador de tempo real) em um computador ou dispositivos portáteis/bancada para olhar o domínio de frequência.
Ao analisar a amplitude de um sinal elétrico, comparamos o sinal a uma referência; em 99% das aplicações, a referência é conhecida como terra. Para um sinal CC, o nível de voltagem permanece constante em relação à referência de terra e ao tempo. Mesmo se houver flutuações, ainda é um sinal CC.
Se você fosse traçar o conteúdo de frequência de um sinal CC, veria que tudo está em 0 hertz (Hz). A amplitude não muda em relação ao tempo.
Vamos considerar a voltagem da bateria CC do seu carro ou caminhão. É um valor relativamente constante. Em relação a amplitude versus tempo, fica em torno de 12,7-12,9 volts em uma bateria totalmente carregada com o veículo desligado. Quando o veículo está rodando e o alternador está carregando, esta voltagem aumenta para cerca de 13,5 a 14,3 volts. Este aumento é causado porque o alternador está alimentando corrente de volta na bateria para carregá-la. Se a voltagem produzida pelo alternador não fosse maior que a voltagem de repouso da bateria, a corrente não fluiria e a bateria não seria recarregada.
Se olharmos para um sinal CA, como um tom de 1 kHz que usaríamos para ajustar os controles de sensibilidade em um amplificador, vemos algo muito diferente. No caso de um tom de teste puro como este, a forma de onda tem uma forma senoidal, chamada onda senoidal. Se olharmos uma onda senoidal em um osciloscópio, vemos uma forma de onda rolante suave que se estende tanto acima de nossa voltagem de referência quanto abaixo.
Agora é sensato olhar este mesmo sinal da perspectiva do domínio de frequência. O gráfico de domínio de frequência, se não houver distorção, mostrará uma única frequência. Em consideração a um sinal de áudio, a amplitude (ou altura) daquela medição de frequência depende de quão alto aquela frequência única está em relação aos limites de nossa tecnologia de gravação ou dispositivo de medição.
Quando ouvimos alguém falar ou tocar um instrumento musical, ouvimos muitas frequências diferentes ao mesmo tempo. O cérebro humano é capaz de decodificar as diferentes frequências e amplitudes. Baseado em nossas experiências, e as diferenças na resposta de frequência e tempo entre um ouvido e o outro, podemos determinar o que estamos ouvindo, e a localização do som relativa a nós mesmos.
Analisar o conteúdo de domínio de tempo de um sinal de áudio é relativamente fácil. Usaríamos um osciloscópio para observar uma forma de onda de áudio. O osciloscópio nos mostrará a voltagem do sinal versus tempo. Esta é uma ferramenta poderosa em termos de entender transmissão de sinal entre componentes de áudio.
Vamos olhar a amplitude e conteúdo de frequência de um som que a maioria de nós conhece bem. O gráfico a seguir é os primeiros 0,25 segundos de uma gravação da nota dó central (C4) de um piano no domínio de tempo. Isso representa o golpe inicial do martelo na corda. Se você olhar o gráfico menor acima do maior, verá que a nota se estende muito além deste segmento inicial de 0,25 segundos.
Sabemos que a frequência fundamental desta nota é 261,6 Hz, mas se você olhar os gráficos de domínio de frequência, podemos ver que várias frequências adicionais e importantes estão presentes. Estas frequências são chamadas harmônicos. Elas são múltiplos da frequência fundamental, e a amplitude destes harmônicos é o que faz um piano vertical pequeno soar diferente de um piano de cauda, e de uma harpa ou violão. Todos estes instrumentos têm a mesma frequência fundamental de dó central de 261,6 Hz; seu conteúdo harmônico os faz soar diferentes. No caso desta gravação de nota de piano, podemos ver um grande pico em 523 Hz, então picos cada vez menores em 790 Hz, 1055 Hz, 1320 Hz e assim por diante.
Toda forma de onda de áudio é composta de uma combinação complexa de frequências fundamentais e harmônicas. A mais básica, como mencionamos, é uma onda senoidal pura. Uma onda senoidal tem apenas uma única frequência. No outro extremo do espectro está uma onda quadrada. Uma onda quadrada é composta de uma frequência fundamental, então uma combinação infinita de harmônicos de ordem ímpar em níveis exponencialmente decrescentes. Mantenha isso em mente, pois se tornará importante mais tarde quando começarmos a discutir distorção.
Ruído é um termo que descreve uma coleção de sons aleatórios ou ondas senoidais. No entanto, podemos agrupar uma grande coleção destas ondas senoidais juntas e usá-las como ferramenta para testar sistemas de áudio. Quando queremos medir a resposta de frequência de um componente como um processador de sinal ou amplificador, podemos alimentar um sinal de ruído branco através do dispositivo e observar as mudanças que ele faz nas amplitudes de diferentes faixas de frequência.
Você pode estar perguntando, o que exatamente é ruído branco? É um grupo de ondas senoidais em diferentes frequências, arranjadas para que a energia em cada banda de oitava seja igual às bandas de cada lado. Podemos ver ruído branco de um domínio de tempo como mostrado aqui.
Também podemos vê-lo do domínio de frequência, como exibido nesta imagem.
As leves ondulações no gráfico de frequência estão presentes porque leva muito tempo para todas as diferentes frequências serem tocadas e produzirem um gráfico régua-plano. Em um escopo de 1/3 de oitava, o gráfico seria essencialmente plano.
Aí temos nossa base básica para entender a observação de sinais no domínio de tempo e domínio de frequência. Também tivemos nosso primeiro vislumbre de como o conteúdo harmônico afeta o que ouvimos. Entender estes conceitos é importante para qualquer um que trabalhe com equipamentos de áudio, e ainda mais importante para as pessoas que instalam e ajustam esse equipamento. Seu especialista local em eletrônicos móveis deve estar muito confortável com estes conceitos, e pode usá-los para maximizar o desempenho do seu sistema de entretenimento móvel.
Se você chegou até aqui e quer aprender ainda mais sobre distorção de áudio, clique aqui para a Parte 2 deste artigo!
Tecnologia Eletrônica © [www.351231.com]
