Klipping (lyd) - Clipping (audio)
Klipping er en form for bølgeformforvrengning som oppstår når en forsterker overutstyres og forsøk på å levere en utgangsspenning eller strøm utover sin maksimale evne. Hvis du driver en forsterker til klipping, kan den få utgangseffekt som overstiger dens effekt .
I frekvensdomenet gir klipping sterke harmoniske i høyfrekvensområdet (ettersom den klippte bølgeformen kommer nærmere en firkantbølge ). Den ekstra høyfrekvente vektingen av signalet kan gjøre diskantskader mer sannsynlig enn om signalet ikke ble klippet.
I noen tilfeller er forvrengningen forbundet med klipping uønsket, og er synlig på et oscilloskop, selv om den ikke er hørbar. Imidlertid brukes klipping ofte i musikk for kunstnerisk effekt, spesielt i tyngre sjangere.
Oversikt
Når en forsterker skyves for å skape et signal med mer strøm enn strømforsyningen kan produsere, vil det bare forsterke signalet opp til maksimal kapasitet, og da kan signalet ikke forsterkes lenger. Ettersom signalet ganske enkelt "kutter" eller "klipper" ved maksimal kapasitet til forsterkeren, sies det at signalet "klipper". Det ekstra signalet som ligger utenfor forsterkerens evne, blir ganske enkelt avbrutt, noe som resulterer i at en sinusbølge blir en forvrengt bølgeform av firkantbølge .
Forsterkere har spenning, strøm og termiske grenser. Klipping kan forekomme på grunn av begrensninger i strømforsyningen eller utgangstrinnet. Noen forsterkere er i stand til å levere toppeffekt uten å klippe i korte varigheter før energien som er lagret i strømforsyningen er oppbrukt eller forsterkeren begynner å bli overopphetet.
Lyd
Mange elektrisk gitar spillere med vilje overdrive sine forsterkere (eller sette inn en "fuzz boksen") for å føre klipping for å få en ønsket lyd (se gitar forvrengning ).
Noen audiofiler mener at klipningsatferden til vakuumrør med liten eller ingen negativ tilbakemelding er bedre enn transistorer , ved at vakuumrør klipper mer gradvis enn transistorer (dvs. myk klipping , og for det meste til og med harmoniske), noe som resulterer i harmonisk forvrengning som generelt er mindre kritikkverdig.
Effekter
I en transistorisert forsterker med hard klipping vil transistorens forsterkning redusere (fører til ikke -lineær forvrengning) ettersom utgangsstrømmen øker og spenningen over transistoren reduseres nær metningsspenningen (for bipolare transistorer ), og så "full effekt "For å måle forvrengning i forsterkere blir det vanligvis tatt noen få prosent under klippingen.
Fordi den klippte bølgeformen har mer areal under seg enn den mindre uklippede bølgeformen, produserer forsterkeren mer effekt enn sin nominelle ( sinusbølge ) utgang når den klipper. Denne ekstra kraften kan skade høyttaleren . Det kan forårsake skade på forsterkerens strømforsyning eller bare slå en sikring .
Den ekstra høyfrekvente energien i harmonikken som genereres av en forsterker som opererer i klipping, kan skade diskanthøyttaleren i en tilkoblet høyttaler via overoppheting.
Klipping kan skje i et system ettersom behandling (f.eks. Et all-pass filter ) kan endre faseforholdet mellom spektrale komponenter i et signal på en slik måte at det oppstår overdrevne topputganger. De overdrevne toppene kan bli klippet selv om systemet kan spille noen enkle sinusbølgesignaler på samme nivå uten å klippe.
Elektriske gitarister overstyrer ofte og med vilje gitarforsterkerne for å forårsake klipping og annen forvrengning for å få ønsket lyd.
Digitalt klipp
I digital signalbehandling skjer klipping når signalet er begrenset av området til en valgt representasjon. For eksempel, i et system som bruker 16-biters signerte heltall, er 32767 den største positive verdien som kan representeres. Hvis amplituden til signalet under behandlingen dobles, bør prøveverdier på for eksempel 32000 bli 64000, men i stedet forårsake et helt overløp og metning til maksimum, 32767. Klipping foretrekkes fremfor alternativet i digitale systemer - innpakning - som oppstår hvis den digitale prosessoren får flyte over, ignorerer de viktigste bitene av størrelsen, og noen ganger til og med tegnet på prøveverdien, noe som resulterer i grov forvrengning av signalet.
Unngå klipping
Den enkleste måten å unngå klipping er å redusere signalnivået. Alternativt kan systemet forbedres for å støtte høyere signalnivå uten klipping. Noen audiofiler vil bruke forsterkere som er klassifisert for effektutganger over to ganger høyttalerens karakterer. En begrensning kan brukes til dynamisk å bringe nivåene til de høye delene av et signal ned (for eksempel bass og lilletrommer ).
Mange forsterkerdesignere har innarbeidet kretser for å forhindre klipping. De enkleste kretsene fungerer som en rask begrensning, som engasjerer omtrent en desibel før klippepunktet. En mer kompleks krets, kalt "soft-clip", har blitt brukt fra 1980-tallet og fremover for å begrense signalet ved inngangstrinnet. Soft-clip-funksjonen begynner å aktivere seg før klipping, for eksempel fra 10 dB under maksimal utgangseffekt. Utgangsbølgeformen beholder en avrundet egenskap selv i nærvær av et overbelastningsinngangssignal så mye som 10 dB høyere enn maksimal spesifisert.
Reparasjon av et klippet signal
Det er å foretrekke å unngå klipping, men hvis et opptak har klippet, og ikke kan spilles inn på nytt, er reparasjon et alternativ. Målet med reparasjonen er å utgjøre en sannsynlig erstatning for den avklipte delen av signalet.
Komplekse hardklippte signaler kan ikke gjenopprettes til sin opprinnelige tilstand fordi informasjonen i toppene som klippes er helt tapt. Mykklippte signaler kan gjenopprettes til sin opprinnelige tilstand til innenfor en saksavhengig toleranse fordi ingen del av det originale signalet går helt tapt. I dette tilfellet er graden av informasjonstap proporsjonal med graden av komprimering forårsaket av klippingen. Lettklippte båndbreddebegrensede signaler som er sterkt oversamplet, har potensial for perfekt reparasjon.
Flere metoder kan delvis gjenopprette et avskåret signal. Når den avklippte delen er kjent, kan man prøve delvis gjenoppretting. En slik metode er interpolering eller ekstrapolering av kjente prøver. Avanserte implementeringer kan bruke kubiske splines for å prøve å gjenopprette et kontinuerlig differensierbart signal. Selv om disse rekonstruksjonene bare er en tilnærming til originalen, kan den subjektive kvaliteten bli forbedret. Andre metoder inkluderer kopiering av signalet direkte fra en stereokanal til en annen, da det kan være tilfelle at bare én kanal klippes ut.
Det finnes flere programvareløsninger med forskjellige resultater og metoder for å reparere klipp: CuteStudio Declip, Sony Sound Forge , iZotope Rx3 og Rx7, Adobe Audition , Nero AG Wave Editor, Stereo Tool, declipping -løsninger fra CEDAR Audio og Audacity -plugins som Clip Fix.
Årsaker
I analogt lydutstyr er det flere årsaker til klipping:
- Topp-til-topp-utgangen til en transformatorløs forsterker i solid state er begrenset av strømforsyningsspenningen .
- En forsterker kan ha en asymmetrisk utgangssving og klipping kan begynne tidligere på den ene halvdelen av utgangsbølgeformen.
- I lydforsterkere som bruker uregulerte lineære strømforsyninger, hvis filterkondensatoren ikke er stor nok, er det mulig for krusningsspenning å forårsake klipping som også inneholder noen frekvensharmonika for vekselstrømlinjer. I en strømforsyning i koblet modus er koblingsfrekvensen mer dominerende i ringespenningen og utenfor lydbåndet, mens i en regulert strømforsyning blir ringespenningen avvist.
- Et vakuumrør kan bare flytte et begrenset antall elektroner på en gitt tid, avhengig av størrelse, temperatur og metaller. Det resulterende fallet i forsterkning med økende utgangsstrøm resulterer i mykt klipp .
- Forsterkende enheter kan også ha grenser for inngangene, for eksempel overdreven basestrøm til en bipolar transistor eller overdreven nettstrøm til et vakuumrør . Drift utenfor disse grensene kan forvride inngangssignalet, hvis det kommer fra en høy nok impedans -kilde, eller skade forsterkerenheten som krever en begrensningskrets for beskyttelse; se nedenfor.
- En forsterker kan begrense strømutgangen eller inngangsspenningen av en rekke årsaker, både med vilje eller ikke. Tilsiktet begrensende kretser ville ikke bli forventet å tre i kraft i normal drift, men bare når utgangsbelastningsmotstanden er for lav eller signalnivået er eksepsjonelt høyt, f.eks. Resultatet av denne formen for klipping kan ikke skape en flat topp til spenningsbølgeformen, men heller en flat topp til den nåværende bølgeformen.
- En transformator (mest brukt mellom trinn og utgang i rørutstyr) klipper når den ferromagnetiske kjernen blir elektromagnetisk mettet .
Gjenkjenning
Klipping i en krets kan oppdages ved å sammenligne det originale inngangssignalet med et utgangssignal med justering for påført forsterkning. For eksempel, hvis en krets har 10 dB påført forsterkning, kan den testes for klipping ved å dempe utgangssignalet med 10 dB og sammenligne det med inngangssignalet. Forskjellen mellom de to signalene kan brukes til å belyse utklippsdeteksjonsindikatorer og kan brukes til å redusere gevinsten til en foregående krets for å styre klippingen.
Utklippte signaler vil ofte bli kvadrert, der tredje harmoniske er kontekstuelle ekstremer i en Fourier -transform. I tilfelle av en forventet sinusbølge, vil tilstedeværelsen av merkelige overtoner ofte tyde på at signalet har blitt hardt klippet. Et "mykt klipp" vil ha et kne på begge sider av platået, som vil vise tilstedeværelsen av flere jevne overtoner i det lavere frekvensspekteret.