¿Que es la distorsión THD?
En el mundo de la música estamos muy acostumbrados a hablar de distorsión, como un efecto para una guitarra u otro instrumento. Hoy quiero escribir sobre la distorsión pero como concepto y como argumento para lo que vamos a terminar llamando “distorsión” como efecto.
Primero lo primero… la definición.
Comúnmente el termino distorsión lo asociamos a la sobrecarga de una señal en un dispositivo. Pero el término, no necesariamente responde al imaginario colectivo, sino que en realidad remite a la modificación que experimenta una señal original (señal de prueba o entrada) al pasar por (al menos uno) los diferentes componentes de la cadena de audio, excluyendo de esta definición al ruido y al énfasis de frecuencias.
“…Toda aquella información que se adiciona a la señal original cuando pasa por un dispositivo será denominada como una señal de distorsión …”
Como digo en mis clases presenciales, todo en la vida es ruido, filtro peine y distorsión. Esta última se explica a partir de lo que se conoce como función de transferencia de un dispositivo.
Función de Transferencia alineal donde se puede visualizar la distorsión de la salida.
La función de transferencia de un dispositivo es aquella relación que se establece entre la entrada y la salida del mismo. Por ejemplo, si inyectamos una señal en un amplificador (y este es ideal) a la salida del mismo obtendremos la misma señal pero amplificada “x” cantidad de veces. En realidad no sucede esto (muy a nuestro pesar… o no) y la función de transferencia de cualquier equipo dista de ser lineal, en otras palabras la señal de entrada difiere con la señal de salida sustancialmente en todos los equipos. Tambien podemos definir a la función de transferencia, como el cociente complejo (amplitud y fase) entre la señal de salida y la señal de entrada
Tipos de Distorsión.
En nuestro campo físico-musical podemos analizar la distorsión desde varios puntos de vista, considerando si la señal que “aparece” en la cadena de audio guarda relación con la señal original, si esta desfasada o si no guarda ninguna relación. A este análisis lo llamaremos entonces tipos de distorsión.
Los tipos de distorsión se pueden clasificar en:
Distorsión por cruce
Distorsión por frecuencia
Distorsión por Intermodulación
Distorsión Armónica Total
Distorsión por cruce Esta distorsión es común de los amplificadores clase B y clase AB los cuales contienen en su estructura interna dos transistores. Mientras que uno esta polarizado el otro no y viceversa, la distorsión se manifiesta cuando la señal, por ejemplo una senoide, cruza por el valor cero. En este punto los transistores no están polarizados por un cantidad de tiempo y se produce un desfasaje entre lo que cruza cero negativamente y lo que cruza cero positivamente.
Distorsión por frecuencia. Este tipo de distorsión está asociada al ancho de banda de la señal pasante y al ancho de banda de la cadena de audio. Ejemplo de este tipo de distorsión se pueden encontrar analizando cualquier respuesta en frecuencia de cualquier dispositivo de audio, monitores, amplificadores, micrófonos, placas de audio.
Distorsión Armónica Total. Uno de los datos más relevantes que generalmente aparecen en las cartillas técnicas de los dispositivos utilizados en el audio es la distorsión armónica total o THD. Este tipo de distorsión guarda relación con la señal de entrada y está asociada a las alinealidades de la función de transferencia. Si hacemos un análisis en función de la envolvente dinámica observaremos que la señal de salida presenta variaciones en su forma de onda únicamente. Pero si hacemos un análisis en función del espectro, notaremos que aparecen componentes que guardan relación armónica con el tono fundamental y que en la señal original no estaban.
Medición de THD de una placa hogareña de audio a 1KHz @ 0dBfs
Medición de THD de 1KHz @ 0dBfs procesado con el plugin TrueVerb
La THD será definida como aquel porcentaje referido al valor cuadrático medio de voltaje del contenido armónico que genera un dispositivo alineal cuando se le inyecta una señal original como mínimo.
Existe una ecuación con la cual podemos definir a la distorsión armónica total (THD) y es la siguiente:
Donde D2, D3, D4, Dn son los valores de tensión rms de cada uno de los armónicos, D1 el valor de tensión rms de la fundamental y 100 la magnitud para poder expresar los valores de THD en porcentaje. Cabe aclarar que la distorsión armónica total como cualquiera de los demás tipos de distorsión no son evitables y que todos los dispositivos de audio contienen valores de distorsión por más que sean muy bajos.
Analisis espectral de una señal de 1KHz pasada por un amplificador digital
Distorsión por Intermodulación. La distorsión por Intermodulación es una distorsión que resulta más perjudicial para la escucha que la distorsión armónica total. Si bien por un lado la señal agregada por el dispositivo como THD es una señal que debiéramos evitar, no resulta tan perjudicial como la distorsión por Intermodulacion, ya que esta última se produce por la heterodinación de dos señales o más y que como resultado brindan al espectro señales que no se encontraban en el original y que además no guarda ningún tipo de relación armónica con los tonos originales.
Existe una ecuación para poder averiguar las componentes que se generan producto de la alinealidad del sistema y que quedan enmarcadas como componentes resultantes de la distorsión por Intermodulacion y es la siguiente:
Donde F1 y F2 son las componentes originales y M-N son números enteros.
La distorsión por Intermodulación (IMD) se puede definir como la resultante de la heterodinación (suma y diferencia) de al menos dos componentes, debido a la alinealidad del sistema. Por ultimo una aclaración importante respecto a estos tipos de distorsión, ambas, THD y IMD.
