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Savez-vous comment le retard de phase affecte la qualité du son ?
Dans le traitement du signal, le délai de groupe et le délai de phase sont des fonctions qui décrivent le temps de retard de chaque composante de fréquence sinusoïdale d'un signal lorsqu'il traverse un système linéaire invariant dans le temps (tel qu'un microphone, un câble coaxial, un amplificateur, un haut-parleur, un système de communication, etc.). Malheureusement, ces retards dépendent souvent de la fréquence, ce qui signifie que différentes composantes de fréquence sinusoïdale subissent des retards différents. En conséquence, la forme d'onde du signal devient déformée lorsqu'elle traverse le système, ce qui peut entraîner une faible fidélité dans la vidéo et l'audio analogiques, ou des taux d'erreur binaire élevés dans le flux binaire numérique.
Contexte
Selon l'analyse de Fourier, un signal peut être représenté par la somme de composantes de fréquence sinusoïdales d'amplitude et de phase fixes. Un système linéaire invariant dans le temps traite chaque composante sinusoïdale indépendamment, et leur nature linéaire signifie qu'ils satisfont au principe de superposition.
Introduction
Les caractéristiques de retard de groupe et de retard de phase d'un système linéaire invariant dans le temps sont des fonctions de fréquence et décrivent le temps de propagation des composantes de fréquence entre l'entrée et la sortie du système. De telles réponses de phase variables se retrouvent couramment dans une variété d'appareils tels que les microphones, les amplificateurs, les haut-parleurs, les magnétophones, etc.
Retard de phase
Le délai de phase mesure directement le délai des composants de fréquence sinusoïdale individuels d'un appareil ou d'un système. Lorsque la fonction de retard de phase d'une certaine fréquence a une relation proportionnelle constante dans la plage de fréquences considérée, le système aura une propriété de retard de phase plat idéale, c'est-à-dire une phase linéaire.
Si un graphique du retard de phase s'écarte de la planéité, il révèle des différences dans les retards temporels entre les composants de fréquence sinusoïdale individuels du signal, ce qui entraînera une distorsion du signal.
Retard de groupe
Le délai de groupe est une mesure pratique pour évaluer la linéarité de la phase par rapport à la fréquence dans un système de modulation. Pour les signaux modulés, les informations du signal sont entièrement transportées par les paquets d’ondes.
Cela est dû au fait que le délai de groupe ne fonctionne que sur les composants de fréquence provenant de l'enveloppe. Par conséquent, le calcul précis du délai de groupe et du délai de phase peut refléter les caractéristiques de délai dans la transmission du signal.
Modulation d'amplitude
Pendant le processus de modulation d'amplitude, les composantes de fréquence du signal de bande de base sont décalées vers une plage de fréquences plus élevée. Idéalement, le signal de sortie est une version retardée du signal d’entrée. Si le délai de groupe du système interne est parfaitement plat sur la plage de fréquences d’intérêt, le délai de phase du système externe sera également plat, éliminant ainsi la distorsion causée par la réponse de phase.
Modulation d'angle
Dans les systèmes de modulation d'angle, tels que la modulation de fréquence ou la modulation de phase, le signal modulé est analysé comme deux canaux indépendants, chacun avec sa propre courbe d'enveloppe. Si le délai de groupe de chaque signal d’enveloppe est plat, la qualité du signal ne sera pas affectée par la distorsion.
Théorie
Selon la théorie des systèmes linéaires invariants dans le temps, le signal de sortie du système peut être déterminé par la convolution du signal d'entrée et la réponse impulsionnelle du système. Cette relation mathématique décrit clairement les caractéristiques de réponse du système à différentes fréquences.
Réponse du système LTI aux paquets d'ondes
Si un système est entraîné par un paquet d'ondes composé d'une onde sinusoïdale et d'une enveloppe d'amplitude, le signal de sortie montrera les effets du retard de groupe et du retard de phase. L’existence de ces retards peut entraîner une modification de la forme d’onde du signal pendant le processus de transmission, affectant ainsi la qualité sonore de sortie finale.
Définition mathématique du retard de groupe et du retard de phase
Le retard de groupe et le retard de phase sont des fonctions dépendantes de la fréquence et le déphasage à partir du déballage peut être calculé. Le délai de groupe et le délai de phase à une fréquence spécifique peuvent affecter le délai global du système, ce qui est essentiel à la transmission des signaux.
Comme nous le savons, le retard de phase et le retard de groupe sont des indicateurs très importants dans le traitement du signal. Ils affectent non seulement la qualité du signal, mais créent également des expériences de qualité sonore différentes dans les applications pratiques. Eh bien, avez-vous déjà remarqué l’effet de retard derrière différentes qualités sonores ?
