การบิดเบือน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทาง ข้ามไปที่การค้นหา

ในการประมวลผลสัญญาณ การบิดเบือนคือการเปลี่ยนแปลงรูปร่างดั้งเดิม (หรือลักษณะอื่นๆ) ของสัญญาณ ในการสื่อสารและอิเล็กทรอนิกส์หมายถึงการเปลี่ยนแปลงของรูปคลื่นของสัญญาณที่มีข้อมูลเช่นสัญญาณเสียง ที่ เป็นตัวแทนของเสียง หรือสัญญาณวิดีโอ ที่ แสดงภาพ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือช่องทางการสื่อสาร

การบิดเบือนมักจะไม่เป็นที่ต้องการ ดังนั้นวิศวกรจึงพยายามกำจัดหรือลดขนาดให้เหลือน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม ในบางสถานการณ์ อาจต้องการการบิดเบือน ตัวอย่างเช่น ใน ระบบ ลดเสียงรบกวนเช่น ระบบDolbyสัญญาณเสียงถูกจงใจบิดเบือนในลักษณะที่เน้นย้ำถึงลักษณะของสัญญาณที่อาจมีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าจากนั้นจะ "ไม่บิดเบี้ยว" อย่างสมมาตรหลังจากผ่านช่องสัญญาณการสื่อสารที่มีเสียงดัง ซึ่งช่วยลด เสียงรบกวนในสัญญาณที่ได้รับ การบิดเบือนยังใช้เป็น เอ ฟเฟกต์ดนตรีโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับกีตาร์ไฟฟ้า

การเพิ่มสัญญาณรบกวนหรือสัญญาณภายนอกอื่นๆ ( เสียงหึ่ง , การรบกวน ) ไม่ถือว่าเป็นการบิดเบือน แม้ว่าบางครั้งผลกระทบของการบิดเบือนเชิงปริมาณจะรวมอยู่ในสัญญาณรบกวน การวัดคุณภาพที่สะท้อนทั้งสัญญาณรบกวนและการบิดเบือนนั้นรวมถึง อัตราส่วน สัญญาณต่อสัญญาณรบกวนและการบิดเบือน (SINAD) และการบิดเบือนฮาร์มอนิกโดยรวมบวกสัญญาณรบกวน (THD+N)

สัญญาณอิเล็กทรอนิกส์

กราฟของรูปคลื่นและเวอร์ชันที่บิดเบี้ยวของรูปคลื่นเดียวกัน

ในการสื่อสารโทรคมนาคมและการประมวลผลสัญญาณระบบที่ปราศจากสัญญาณรบกวนสามารถระบุได้ด้วยฟังก์ชันการถ่ายโอนเช่น เอาต์พุตสามารถเขียนเป็นฟังก์ชันของอินพุตได้เช่น

เมื่อฟังก์ชันการถ่ายโอนประกอบด้วยค่าคงที่เกนที่สมบูรณ์แบบAและดีเลย์ที่สมบูรณ์แบบT

เอาต์พุตไม่บิดเบี้ยว การบิดเบือนเกิดขึ้นเมื่อฟังก์ชันการถ่ายโอนFซับซ้อนกว่านี้ หากFเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นตัวอย่างเช่น ตัวกรองที่มีเกนและ/หรือดีเลย์แตกต่างกันไปตามความถี่ สัญญาณจะเกิดการบิดเบือนเชิงเส้น การบิดเบือนเชิงเส้นไม่ได้แนะนำส่วนประกอบความถี่ใหม่ให้กับสัญญาณ แต่จะเปลี่ยนแปลงความสมดุลของสัญญาณที่มีอยู่

แผนภาพนี้แสดงพฤติกรรมของสัญญาณ (ประกอบด้วยคลื่นสี่เหลี่ยมตามด้วยคลื่นไซน์ ) เมื่อส่งสัญญาณผ่านฟังก์ชันการบิดเบือนต่างๆ

  1. การติดตามแรก (สีดำ) แสดงอินพุต นอกจากนี้ยังแสดงเอาต์พุตจากฟังก์ชันถ่ายโอนที่ไม่บิดเบือน (เส้นตรง)
  2. ตัวกรองความถี่สูง (เส้นสีเขียว) บิดเบือนรูปร่างของคลื่นสี่เหลี่ยมโดยการลดส่วนประกอบความถี่ต่ำลง นี่คือสาเหตุของ "อาการห้อย" ที่ด้านบนของพัลส์ "ความผิดเพี้ยนของพัลส์" นี้อาจมีความสำคัญมากเมื่อขบวนพัลส์ต้องผ่านแอมพลิฟายเออร์ AC-coupled (high-pass filtered) เนื่องจากคลื่นไซน์มีความถี่เพียงความถี่เดียว รูปร่างของคลื่นจึงไม่เปลี่ยนแปลง
  3. ตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน (รอยสีน้ำเงิน) ปัดเศษพัลส์โดยเอาส่วนประกอบความถี่สูงออก ระบบทั้งหมดผ่านระดับต่ำในระดับหนึ่ง โปรดทราบว่าเฟสของคลื่นไซน์จะแตกต่างกันสำหรับกรณีความถี่ต่ำและความถี่สูง เนื่องจากการบิดเบือนเฟสของตัวกรอง
  4. ฟังก์ชันถ่ายโอน แบบไม่เชิงเส้นเล็กน้อย(สีม่วง) ฟังก์ชันนี้จะบีบอัดยอดของคลื่นไซน์อย่างเบามือ ซึ่งอาจเป็นเรื่องปกติของ เครื่องขยายเสียง แบบหลอด สิ่งนี้สร้างฮาร์โมนิกลำดับต่ำจำนวนเล็กน้อย
  5. ฟังก์ชันถ่ายโอนข้อมูล แบบฮาร์ดคลิปปิ้ง (สีแดง) จะสร้างฮาร์โมนิกที่มีลำดับสูง ส่วนของฟังก์ชันการถ่ายโอนจะแบน ซึ่งบ่งชี้ว่าข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับสัญญาณอินพุตสูญหายในภูมิภาคนี้

ฟังก์ชันการถ่ายโอนของแอมพลิฟายเออร์ในอุดมคติพร้อมเกนและดีเลย์ที่สมบูรณ์แบบเป็นเพียงการประมาณการเท่านั้น พฤติกรรมที่แท้จริงของระบบมักจะแตกต่างกัน ความ ไม่เชิงเส้นในฟังก์ชันการถ่ายโอนของอุปกรณ์ที่ทำงานอยู่ (เช่นหลอดสุญญากาศทรานซิสเตอร์และแอมพลิฟายเออ ร์ในการดำเนินงาน ) เป็นแหล่งทั่วไปของการบิดเบือนที่ไม่ใช่เชิงเส้น ใน ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ(เช่นสายโคแอกเซียลหรือไฟเบอร์ออปติก ) การบิดเบือนเชิงเส้นอาจเกิดจากความไม่เหมือนกัน การสะท้อนและอื่นๆ ในเส้นทาง การแพร่กระจาย

แอมพลิจูดบิดเบือน

ความผิดเพี้ยนของแอมพลิจูดคือการบิดเบือนที่เกิดขึ้นในระบบ ระบบย่อย หรืออุปกรณ์เมื่อแอมพลิจูดเอาต์พุตไม่ใช่ฟังก์ชันเชิงเส้นของแอมพลิจูดอินพุตภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด

ฮาร์มอนิกบิดเบี้ยว

การบิดเบือนฮาร์มอนิกจะเพิ่มเสียงหวือหวาที่เป็นจำนวนเต็มทวีคูณของความถี่ของคลื่นเสียง [1]ความไม่เชิงเส้นที่ก่อให้เกิดความผิดเพี้ยนของแอมพลิจูดในระบบเสียงมักวัดในแง่ของฮาร์โมนิก ส์ (โอเวอร์โทน) ที่เพิ่มไปยังคลื่นไซน์เวฟ บริสุทธิ์ที่ ป้อนเข้าสู่ระบบ ความเพี้ยนของฮาร์มอนิกอาจแสดงในแง่ของความแรงสัมพัทธ์ของส่วนประกอบแต่ละส่วน ใน หน่วย เดซิเบลหรือค่าเฉลี่ยรู ต ของส่วนประกอบฮาร์มอนิกทั้งหมด: ความเพี้ยน ของฮาร์มอนิกทั้งหมด (THD) เป็นเปอร์เซ็นต์ ระดับที่ความเพี้ยนฮาร์มอนิกจะได้ยินขึ้นอยู่กับลักษณะที่แท้จริงของการบิดเบือน การบิดเบือนประเภทต่างๆ (เช่นความผิดเพี้ยนของครอสโอเวอร์ ) จะได้ยินมากกว่าเสียงอื่นๆ (เช่น การ ตัดแบบนุ่มนวล ) แม้ว่าการวัด THD จะเหมือนกันก็ตาม ความเพี้ยนของฮาร์มอนิกใน การใช้งาน ความถี่วิทยุมักแสดงเป็น THD

การบิดเบือนการตอบสนองความถี่

การตอบสนองความถี่แบบไม่ราบเรียบเป็นรูปแบบของการบิดเบือนที่เกิดขึ้นเมื่อความถี่ต่างกันถูกขยายด้วยปริมาณที่ต่างกันในตัวกรอง ตัวอย่างเช่น เส้นโค้งการตอบสนองความถี่ที่ไม่สม่ำเสมอของแอมพลิฟายเออ ร์คาสเคดแบบคู่ AC เป็นตัวอย่างของการบิดเบือนความถี่ ในกรณีของเสียง สาเหตุส่วนใหญ่เกิดจากเสียงในห้อง ลำโพงและไมโครโฟนคุณภาพต่ำ สายลำโพงยาวร่วมกับอิมพีแดนซ์ ของลำโพงที่ขึ้นกับความถี่ ฯลฯ

การบิดเบือนเฟส

รูปแบบการบิดเบือนนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาทางไฟฟ้า ในที่นี้ ส่วนประกอบทั้งหมดของสัญญาณอินพุตจะไม่ถูกขยายด้วยการเปลี่ยนเฟสเดียวกัน ดังนั้นจึงทำให้บางส่วนของสัญญาณเอาท์พุตไม่อยู่ในเฟสพร้อมกับเอาท์พุตที่เหลือ

กลุ่มล่าช้าบิดเบือน

พบได้ในสื่อกระจายตัวเท่านั้น ในท่อนำคลื่นความเร็วเฟสจะแปรผันตามความถี่ ในตัวกรอง การหน่วงเวลาของกลุ่มมีแนวโน้มสูงสุดใกล้กับความถี่ตัดส่งผลให้มีการบิดเบือนของพัลส์ เมื่อสายสัญญาณทางไกลแบบแอนะล็อกเป็นเรื่องธรรมดา เช่น ในตัวนำสัญญาณ 12 ช่องสัญญาณการหน่วงเวลาแบบกลุ่มต้องได้รับการแก้ไขในตัว ทำซ้ำ

การแก้ไขการบิดเบือน

เนื่องจากเอาต์พุตของระบบถูกกำหนดโดย y(t) = F(x(t)) ดังนั้นหากพบฟังก์ชันผกผัน F -1และใช้โดยเจตนาเพื่อบิดเบือนอินพุตหรือเอาต์พุตของระบบ การบิดเบือน ได้รับการแก้ไข

ตัวอย่างของการแก้ไขที่คล้ายคลึงกันคือเมื่อการบันทึกเสียง LP/ ไวนิลหรือ การส่งสัญญาณ เสียง FMได้รับการเน้นล่วงหน้าโดยตัวกรองเชิงเส้นระบบการผลิตซ้ำจะใช้ตัวกรองผกผันเพื่อทำให้ระบบโดยรวมไม่ถูกบิดเบือน

การแก้ไขจะไม่สามารถทำได้หากไม่มีอินเวอร์ส—เช่น ถ้าฟังก์ชันการถ่ายโอนมีจุดราบ (ผกผันจะจับคู่จุดอินพุตหลายจุดกับจุดเอาต์พุตเดียว) สิ่งนี้ทำให้เกิดการสูญเสียข้อมูลที่ไม่สามารถแก้ไขได้ สถานการณ์ดังกล่าวอาจเกิดขึ้นได้เมื่อแอมพลิฟายเออร์ทำงานเกินพิกัด ทำให้เกิดการตัดทอนหรือลดอัตราการบิดเบือนเมื่อคุณสมบัติของแอมพลิฟายเออร์เพียงอย่างเดียวและไม่ใช่สัญญาณอินพุตกำหนดเอาต์พุต

การยกเลิกความเพี้ยนฮาร์มอนิกที่เท่ากัน

วงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบสมมาตรจำนวนมากลดขนาดของฮาร์มอนิกที่เท่ากันซึ่งเกิดจากความไม่เป็นเชิงเส้นของส่วนประกอบของแอมพลิฟายเออร์ โดยการรวมสัญญาณสองสัญญาณจากด้านตรงข้ามของวงจรโดยที่ส่วนประกอบบิดเบือนที่มีขนาดใกล้เคียงกันแต่อยู่นอกเฟส ตัวอย่าง ได้แก่แอมพลิฟายเออร์แบบผลักดึงและคู่ หางยาว

เครื่องพิมพ์ดีดหรือสัญญาณโมเด็ม

ใน การส่งสัญญาณไบนารีเช่นFSKการบิดเบือนคือการขยับของจังหวะสำคัญของสัญญาณพัลส์จากตำแหน่งที่เหมาะสมเมื่อเทียบกับจุดเริ่มต้นของพัลส์ เริ่ม ต้น ขนาดของความผิดเพี้ยนจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของ ความยาวพัลส์หน่วยในอุดมคติ ซึ่งบางครั้งเรียกว่าการ บิดเบือนอคติ

การบิดเบือนทางโทรเลขเป็นปัญหาที่คล้ายคลึงกันและเก่ากว่า ซึ่งบิดเบือนอัตราส่วนระหว่างเครื่องหมายและช่วงเว้นวรรค [2]

การบิดเบือนในงานศิลปะ

ในโลกศิลปะ การบิดเบือนคือการเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่ศิลปินทำขึ้นกับขนาด รูปร่าง หรือลักษณะการมองเห็นของแบบฟอร์ม เพื่อแสดงความคิด ถ่ายทอดความรู้สึก หรือเพิ่มผลกระทบต่อภาพ การบิดเบือนหรือ "สิ่งที่เป็นนามธรรม" ดังกล่าวโดยหลักแล้วหมายถึงการเบี่ยงเบนโดยเจตนาจาก มุมมองของภาพที่ เหมือนจริงหรือจากสัดส่วนที่สมจริง ตัวอย่าง ได้แก่ " The Weeping Woman " โดย Picasso และ " The Adoration of the Shepherds " โดย El Greco ซึ่งมีเนื้อหาเกี่ยวกับมนุษย์ไม่สม่ำเสมอและ (มักมีการบิดเบือนทางกายภาพ) มีสัดส่วนที่ไม่สมมาตรในลักษณะที่ไม่สามารถทำได้ในมุมมองมาตรฐาน

ความผิดเพี้ยนของเสียง

กราฟของรูปคลื่นและเวอร์ชันที่บิดเบี้ยวของรูปคลื่นเดียวกัน

ในส่วนที่เกี่ยวกับเสียง การบิดเบือนหมายถึงการเสียรูปของรูปคลื่นสัญญาณเอาท์พุตใดๆ เมื่อเทียบกับอินพุต โดยปกติแล้วจะเป็นการตัดการบิดเบือนฮาร์มอนิกหรือการบิดเบือนระหว่าง มอดูเลต ( ปรากฏการณ์การผสม ) ที่เกิดจากพฤติกรรม ที่ไม่เป็นเชิงเส้นของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และข้อจำกัดของแหล่งจ่ายไฟ [3]ข้อกำหนดสำหรับประเภทเฉพาะของการบิดเบือนเสียงที่ไม่เป็นเชิงเส้น ได้แก่ การบิดเบือนแบบครอสโอเวอร์และการบิดเบือนที่เกิดจากการสังหาร (SID)

รูปแบบอื่นๆ ของความผิดเพี้ยนของเสียง ได้แก่ การตอบสนองความถี่ แบบไม่ราบเรียบ การบีบอัดการมอดูเลตนามแฝงเสียงวอนไทเซ ชัน ว้าวและ การ กระพือปีกจากสื่อแอนะล็อก เช่นแผ่นเสียงไวนิลและเทปแม่เหล็ก หูของมนุษย์ไม่ได้ยินการบิดเบือนเฟสยกเว้นว่าอาจส่งผลต่อการ สร้าง ภาพ สเตอริโอ

ในสาขาส่วนใหญ่ การบิดเบือนมีลักษณะเป็นการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ต้องการของสัญญาณ การ บิดเบือนในดนตรีมักถูกใช้โดยเจตนาเป็นผลเมื่อนำไปใช้กับ สัญญาณ กีตาร์ไฟฟ้าในรูปแบบของเพลงร็อคเช่นเฮฟวีเมทัลและพังค์ร็อก

เลนส์

ในด้านทัศนศาสตร์ภาพ/การบิดเบือนของแสงเป็นความแตกต่างจากการฉายภาพเป็นเส้นตรงที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของการขยายด้วยระยะห่างที่เพิ่มขึ้นจากแกนแสงของระบบออปติคัล

ประมาณการแผนที่

ใน การ เขียนแผนที่การบิดเบือนคือการบิดเบือนความจริงของพื้นที่หรือรูปร่างของจุดสนใจ ตัวอย่างเช่น การฉายภาพ Mercatorบิดเบือนโดยการขยายขนาดของภูมิภาคที่ละติจูดสูง

ดูเพิ่มเติม

อ้างอิง

  1. ^ มอสคัล, โทนี่ (1994). การตรวจสอบเสียง: พื้นฐานของระบบเสียงและเสียง ฮาล ลีโอนาร์ด. หน้า 55. ISBN 9780793535590.
  2. ^ "ข้อกำหนดอินเทอร์เฟซมาตรฐานของบริการประเภทโทรเลข" (PDF ) มายด์เวย์. กรกฎาคม 1970
  3. ^ Audio Electronics โดย John Linsley Hood; หน้า 162

โดเมนสาธารณะ บทความนี้รวม  เนื้อหาที่เป็น สาธารณสมบัติจากเอกสารGeneral Services Administration : "Federal Standard 1037C "(สนับสนุนMIL-STD-188 )

ลิงค์ภายนอก

  • สื่อที่เกี่ยวข้องกับการบิดเบือนที่วิกิมีเดียคอมมอนส์