Recorte (audio)

El recorte es una forma de distorsión de la forma de onda que ocurre cuando un amplificador se sobrecarga e intenta entregar un voltaje o corriente de salida que supera su capacidad máxima. Si se sobrecarga un amplificador, puede generar una potencia de salida superior a su potencia nominal .

En el dominio de la frecuencia , el recorte produce armónicos fuertes en el rango de alta frecuencia (a medida que la forma de onda recortada se aproxima a una onda cuadrada ). El exceso de frecuencias altas en la señal podría aumentar la probabilidad de daños en el tweeter en comparación con una señal sin recorte.

En la mayoría de los casos, la distorsión asociada con el recorte es indeseada y es visible en un osciloscopio aunque sea inaudible. ^{[ 1 ]} Sin embargo, el recorte se usa a menudo en la música con fines artísticos, particularmente en géneros dominados por la guitarra como el blues, el rock y el metal.

Cuando se fuerza un amplificador para generar una señal con más potencia de la que su fuente de alimentación puede proporcionar, solo la amplificará hasta su capacidad máxima, momento en el que no podrá amplificarla más. Dado que la señal simplemente se "recorta" o "distorsiona" al alcanzar la capacidad máxima del amplificador, se dice que la señal está "recortada". El exceso de señal, que supera la capacidad del amplificador, se interrumpe, lo que provoca que una onda sinusoidal se convierta en una onda cuadrada distorsionada .

Los amplificadores tienen límites de voltaje, corriente y temperatura. Puede producirse saturación debido a limitaciones en la fuente de alimentación o en la etapa de salida. Algunos amplificadores pueden suministrar potencia máxima sin saturación durante cortos periodos de tiempo antes de que se agote la energía almacenada en la fuente de alimentación o el amplificador comience a sobrecalentarse.

Muchos guitarristas eléctricos sobrecargan intencionadamente sus amplificadores (o insertan un pedal de distorsión ) para provocar recortes y así obtener el sonido deseado .

Algunos audiófilos creen que el comportamiento de recorte de las válvulas de vacío con poca o ninguna retroalimentación negativa es superior al de los transistores , ya que las válvulas de vacío recortan de forma más gradual que los transistores (es decir, recorte suave y, en su mayoría, armónicos pares), lo que da como resultado una distorsión armónica que generalmente es menos objetable.

En un amplificador transistorizado con recorte brusco, la ganancia del transistor se irá reduciendo (lo que provocará distorsión no lineal) a medida que aumente la corriente de salida y la tensión a través del transistor se reduzca hasta acercarse a la tensión de saturación (para transistores bipolares ), por lo que la "potencia máxima" a efectos de medir la distorsión en los amplificadores se suele considerar como un pequeño porcentaje por debajo del recorte.

Debido a que la onda recortada tiene mayor área debajo que la onda sin recortar, el amplificador produce más potencia que su salida nominal ( onda sinusoidal ) cuando se produce el recorte. Esta potencia adicional puede dañar el altavoz . También puede dañar la fuente de alimentación del amplificador o simplemente quemar un fusible .

La energía adicional de alta frecuencia en los armónicos generados por un amplificador que opera en modo de recorte puede dañar el tweeter de un altavoz conectado debido al sobrecalentamiento. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

El recorte de señal puede ocurrir en un sistema cuando el procesamiento (por ejemplo, un filtro paso todo ) altera la relación de fase entre los componentes espectrales de una señal, generando picos excesivos. Estos picos excesivos pueden recortarse incluso si el sistema puede reproducir señales sinusoidales simples del mismo nivel sin que se produzca recorte.

Los guitarristas eléctricos frecuentemente y de forma intencionada sobrecargan sus amplificadores para provocar saturación y otras distorsiones con el fin de obtener el sonido deseado.

En el procesamiento de señales digitales , el recorte se produce cuando la señal se ve limitada por el rango de la representación elegida. Por ejemplo, en un sistema que utiliza enteros con signo de 16 bits , 32767 es el valor positivo máximo que se puede representar. Si, durante el procesamiento, se duplica la amplitud de la señal, valores de muestra de, por ejemplo, 32000 deberían convertirse en 64000, pero en su lugar provocan un desbordamiento de enteros y se saturan hasta el máximo, 32767. El recorte es preferible a la alternativa en sistemas digitales: el envolvimiento, que se produce si se permite que el procesador digital se desborde, ignorando los bits más significativos de la magnitud, e incluso a veces el signo del valor de la muestra, lo que resulta en una gran distorsión de la señal.

La forma más sencilla de evitar la saturación es reducir el nivel de la señal. Como alternativa, se puede mejorar el sistema para que admita un nivel de señal más alto sin saturación. Algunos audiófilos utilizan amplificadores con una potencia nominal que duplica la potencia nominal de los altavoces. Dado que la saturación puede considerarse una forma rudimentaria de limitación de señal, se puede utilizar un limitador adecuado para reducir de forma segura y dinámica los niveles de las partes más fuertes de una señal (por ejemplo, el bajo y la caja ).

Muchos diseñadores de amplificadores han incorporado circuitos para evitar la saturación. Los circuitos más sencillos actúan como un limitador rápido, que se activa aproximadamente un decibelio antes del punto de saturación. Un circuito más complejo, denominado "soft-clip", se ha utilizado desde la década de 1980 para limitar la señal en la etapa de entrada. La función soft-clip comienza a activarse antes de la saturación, por ejemplo, a partir de 10  dB por debajo de la potencia de salida máxima. La forma de onda de salida conserva una característica redondeada incluso en presencia de una señal de entrada sobrecargada hasta 10  dB superior al máximo especificado. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Es preferible evitar la saturación, pero si una grabación se ha saturado y no se puede volver a grabar, la reparación es una opción. El objetivo de la reparación es crear una señal que reemplace de forma plausible la parte saturada.

Las señales complejas con recorte duro no pueden restaurarse a su estado original porque la información contenida en los picos recortados se pierde por completo. Las señales con recorte suave pueden restaurarse a su estado original dentro de una tolerancia que depende del caso, ya que ninguna parte de la señal original se pierde por completo. En este caso, el grado de pérdida de información es proporcional al grado de compresión causado por el recorte. Las señales con ancho de banda limitado y ligeramente recortadas que están altamente sobremuestreadas tienen el potencial de una reparación perfecta. ^{[ 6 ]}

Existen varios métodos para restaurar parcialmente una señal recortada. Una vez identificada la porción recortada, se puede intentar una recuperación parcial. Un ejemplo de estos métodos es la interpolación o extrapolación de muestras conocidas. Implementaciones avanzadas pueden utilizar splines cúbicos para intentar restaurar una señal continuamente diferenciable . Si bien estas reconstrucciones son solo una aproximación de la original, la calidad subjetiva puede mejorar. Otros métodos incluyen copiar la señal directamente de un canal estéreo a otro, ya que podría darse el caso de que solo un canal esté recortado.

Existen varias soluciones de software con resultados y métodos variados para reparar el recorte: CrumplePop ClipRemover, MAGIX Sound Forge , iZotope RX De-Clip, Acon Digital Restoration Suite, ^{[ 7 ]} Adobe Audition , Thimeo Stereo Tool, soluciones de eliminación de recorte de CEDAR Audio, ^{[ 8 ]} y complementos de Audacity como Clip Fix.

En los equipos de audio analógicos , existen varias causas de saturación:

1. La salida pico a pico de un amplificador de estado sólido sin transformador está limitada por la tensión de alimentación . ^{[ a ]}
2. Un amplificador puede tener una oscilación de salida asimétrica ^{[ b ]} y el recorte puede comenzar antes en una mitad de la forma de onda de salida.
3. En los amplificadores de audio que utilizan fuentes de alimentación lineales no reguladas, si el condensador de filtro no es lo suficientemente grande, es posible que la tensión de rizado provoque recortes que incluyan armónicos de la frecuencia de la línea de CA. En una fuente de alimentación conmutada, la frecuencia de conmutación predomina en la tensión de rizado y fuera de la banda de audio , mientras que en una fuente de alimentación regulada, la tensión de rizado se rechaza.
4. Un tubo de vacío solo puede mover una cantidad limitada de electrones en un tiempo determinado, dependiendo de su tamaño, temperatura y metales. La consiguiente disminución de la amplificación al aumentar la corriente de salida produce un recorte suave .
5. Los amplificadores también pueden tener limitaciones en sus entradas; por ejemplo, una corriente de base excesiva en un transistor bipolar o una corriente de rejilla excesiva en un tubo de vacío . Si se operan fuera de estos límites, la señal de entrada puede distorsionarse, si proviene de una fuente con una impedancia suficientemente alta , o dañar el amplificador, lo que requiere un circuito limitador para su protección (véase más abajo).
6. Un amplificador puede limitar su salida de corriente o su voltaje de entrada por diversas razones, tanto intencionadas como no intencionadas. No se esperaría que los circuitos de limitación intencionados entraran en funcionamiento normal, sino solo cuando la resistencia de carga de salida es demasiado baja o el nivel de la señal de entrada es excepcionalmente alto, por ejemplo. El resultado de este tipo de recorte podría no generar una meseta en la forma de onda de voltaje, sino en la de corriente.
7. Un transformador (que se usa con mayor frecuencia entre etapas y en la salida de los equipos de válvulas) se recortará cuando su núcleo ferromagnético se sature electromagnéticamente .

La saturación en un circuito se puede detectar comparando la señal de entrada original con la señal de salida tras ajustar la ganancia aplicada. Por ejemplo, si un circuito tiene  una ganancia aplicada de 10 dB, se puede comprobar la saturación atenuando la señal de salida en 10  dB y comparándola con la señal de entrada. La diferencia entre ambas señales permite iluminar los indicadores de detección de saturación y se puede utilizar para disminuir la ganancia de un circuito precedente y así controlar la saturación. ^{[ 9 ]}

Las señales recortadas suelen estar cuadraturadas, donde los terceros armónicos son valores atípicos contextuales en una transformada de Fourier. En el caso de una onda sinusoidal esperada, la presencia de armónicos impares suele indicar que la señal ha sido recortada bruscamente. Un recorte suave presentará una inflexión a ambos lados de la meseta, lo que indicará la presencia de varios sobretonos pares en el espectro de baja frecuencia.

• Clipper (electrónica)
• compresión de rango dinámico
• Sonido de válvulas