Distorsión

En el procesamiento de señales , la distorsión es la alteración de la forma original (u otra característica) de una señal . En comunicaciones y electrónica, significa la alteración de la forma de onda de una señal portadora de información , como una señal de audio que representa sonido o una señal de video que representa imágenes, en un dispositivo electrónico o canal de comunicación .

La distorsión suele ser indeseable, por lo que los ingenieros se esfuerzan por eliminarla o minimizarla. Sin embargo, en algunas situaciones, la distorsión puede ser deseable. Por ejemplo, en sistemas de reducción de ruido como el sistema Dolby , una señal de audio se distorsiona deliberadamente para enfatizar los aspectos de la señal que son susceptibles al ruido eléctrico ; luego, se "desdistorsiona" simétricamente después de pasar por un canal de comunicación ruidoso, reduciendo así el ruido en la señal recibida. La distorsión también se utiliza como efecto musical , particularmente con guitarras eléctricas .

La adición de ruido u otras señales externas ( zumbido , interferencia ) no se considera distorsión, aunque los efectos de la distorsión por cuantización a veces se incluyen en el ruido. Las medidas de calidad que reflejan tanto el ruido como la distorsión incluyen la relación señal-ruido y distorsión (SINAD) y la distorsión armónica total más ruido (THD+N).

En telecomunicaciones y procesamiento de señales , un sistema libre de ruido puede caracterizarse por una función de transferencia , de tal manera que la salida${\displaystyle y(t)}$se puede escribir como una función de la entrada${\displaystyle x}$como

${\displaystyle y(t)=F(x(t))}$

Cuando la función de transferencia comprende únicamente una constante de ganancia perfecta A y un retardo perfecto T

${\displaystyle y(t)=A\cdot x(tT)}$

La salida no presenta distorsión. La distorsión se produce cuando la función de transferencia F es más compleja. Si F es una función lineal , por ejemplo, un filtro cuya ganancia o retardo varía con la frecuencia, la señal sufre distorsión lineal. La distorsión lineal no introduce nuevos componentes de frecuencia en la señal, pero sí altera el equilibrio de los existentes.

Este diagrama muestra el comportamiento de una señal (compuesta por una onda cuadrada seguida de una onda sinusoidal ) al pasar por diversas funciones de distorsión.

1. La primera gráfica (en negro) muestra la entrada. También muestra la salida de una función de transferencia sin distorsión (línea recta).
2. Un filtro de paso alto (trazo verde) distorsiona la forma de una onda cuadrada al reducir sus componentes de baja frecuencia. Esto provoca la caída observada en la parte superior de los pulsos. Esta distorsión puede ser muy significativa cuando una secuencia de pulsos debe pasar por un amplificador acoplado en CA (con filtro de paso alto). Dado que la onda sinusoidal contiene una sola frecuencia, su forma permanece inalterada.
3. Un filtro de paso bajo (traza azul) suaviza los pulsos eliminando los componentes de alta frecuencia. Todos los sistemas son de paso bajo en cierta medida. Nótese que la fase de la onda sinusoidal es diferente para los casos de paso bajo y paso alto, debido a la distorsión de fase de los filtros.
4. Esta función de transferencia, ligeramente no lineal (en color púrpura), comprime suavemente los picos de la onda sinusoidal, como suele ocurrir en los amplificadores de audio de válvulas . Esto genera pequeñas cantidades de armónicos de bajo orden.
5. Una función de transferencia con recorte brusco (en rojo) genera armónicos de alto orden. Algunas partes de la función de transferencia son planas, lo que indica que se ha perdido toda la información sobre la señal de entrada en esta región.

La función de transferencia de un amplificador ideal, con ganancia y retardo perfectos, es solo una aproximación. El comportamiento real del sistema suele ser diferente. Las no linealidades en la función de transferencia de un dispositivo activo (como tubos de vacío , transistores y amplificadores operacionales ) son una fuente común de distorsión no lineal; en componentes pasivos (como un cable coaxial o una fibra óptica ), la distorsión lineal puede ser causada por inhomogeneidades, reflexiones , etc., en la trayectoria de propagación .

Como la salida del sistema viene dada por y(t) = F(x(t)), entonces si se puede encontrar la función inversa F ⁻¹ y usarla intencionalmente para distorsionar la entrada o la salida del sistema, entonces la distorsión se corrige.

Un ejemplo de corrección similar se da cuando las grabaciones en vinilo o las transmisiones de audio FM se enfatizan deliberadamente mediante un filtro lineal ; el sistema de reproducción aplica un filtro inverso para que el sistema general no presente distorsiones.

La corrección no es posible si no existe la inversa; por ejemplo, si la función de transferencia presenta zonas planas (la inversa asignaría múltiples puntos de entrada a un único punto de salida). Esto produce una pérdida de información irrecuperable. Esta situación puede ocurrir cuando un amplificador se sobrecarga, provocando recorte o distorsión de la velocidad de respuesta cuando, por un instante, las características del amplificador, y no la señal de entrada, determinan la salida.

En la señalización binaria , como la FSK , la distorsión es el desplazamiento de los instantes significativos de los pulsos de señal respecto a sus posiciones correctas con respecto al inicio del pulso de arranque . La magnitud de la distorsión se expresa como un porcentaje de la duración ideal de un pulso unitario . A esto se le denomina a veces distorsión de polarización .

La distorsión telegráfica es un problema similar y más antiguo, que distorsiona la relación entre los intervalos de marcas y espacios . ^{[ 2 ]}

En lo que respecta al audio, la distorsión se refiere a cualquier tipo de deformación de una forma de onda de salida en comparación con su entrada, generalmente recorte , distorsión armónica o distorsión de intermodulación ( fenómenos de mezcla ) causada por el comportamiento no lineal de los componentes electrónicos y las limitaciones de la fuente de alimentación. ^{[ 3 ]} Los términos para tipos específicos de distorsión de audio no lineal incluyen: distorsión de cruce y distorsión inducida por cambio de velocidad (SID).

Otras formas de distorsión de audio son la respuesta de frecuencia no plana , la compresión , la modulación , el aliasing , el ruido de cuantización , la fluctuación de velocidad y el trémolo de medios analógicos como discos de vinilo y cintas magnéticas . El oído humano no puede oír la distorsión de fase , salvo que esta pueda afectar a la imagen estéreo .

En la mayoría de los ámbitos, la distorsión se caracteriza por un cambio no deseado en una señal. En la música, la distorsión se utiliza a menudo de forma intencionada como efecto al aplicarse a la señal de una guitarra eléctrica en estilos de rock como el heavy metal y el punk rock .

En las artes visuales, una distorsión es cualquier cambio que un artista realiza en el tamaño, la forma o el carácter visual de una figura para expresar una idea, transmitir un sentimiento o realzar el impacto visual. Estas distorsiones o «abstracciones» se refieren principalmente a desviaciones deliberadas de la perspectiva fotorrealista o de la proporcionalidad realista. Ejemplos de ello son « La mujer que llora » de Picasso y « La adoración de los pastores » de El Greco, cuyos personajes humanos presentan proporciones irregulares y (como suele ocurrir con las distorsiones físicas) asimétricas, imposibles en la perspectiva estándar .

En óptica , la distorsión de la imagen/óptica es una desviación de la proyección rectilínea causada por un cambio en la magnificación al aumentar la distancia al eje óptico de un sistema óptico.

En cartografía , una distorsión es la representación errónea del área o la forma de un accidente geográfico. La proyección de Mercator , por ejemplo, distorsiona al exagerar el tamaño de las regiones situadas en latitudes altas .

 Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C . Administración de Servicios Generales . Archivado del original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de la norma MIL-STD-188 ).

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