قص الصوت

يُعدّ التشويه الناتج عن زيادة الحمل على المُضخّم نوعًا من أنواع تشويه الموجة ، ويحدث عندما يُحاول المُضخّم إخراج جهد أو تيار يتجاوز قدرته القصوى. وقد يؤدي دفع المُضخّم إلى حالة التشويه إلى إخراج طاقة تتجاوز قدرته المُصنّفة .

في مجال التردد ، يُنتج قص الإشارة توافقيات قوية في نطاق الترددات العالية (حيث تقترب الموجة المقصوصة من شكل الموجة المربعة ). وقد يؤدي هذا الترجيح الإضافي للترددات العالية في الإشارة إلى زيادة احتمالية تلف مكبر الصوت مقارنةً بحالة عدم قص الإشارة.

في معظم الحالات، يكون التشوه المصاحب للقص غير مرغوب فيه، ويمكن رؤيته على راسم الإشارة حتى وإن كان غير مسموع. ^{[ 1 ]} ومع ذلك، يُستخدم القص غالبًا في الموسيقى لأغراض فنية، لا سيما في الأنواع الموسيقية التي يهيمن عليها الجيتار مثل البلوز والروك والميتال.

عندما يُحمّل مُضخّم إشارة بقدرة أعلى مما يُنتجه مصدر الطاقة الخاص به، فإنه يُضخّم الإشارة حتى أقصى طاقته فقط، وعندها لا يُمكن تضخيمها أكثر. ولأن الإشارة "تقطع" أو "تُقص" عند أقصى قدرة للمُضخّم، يُقال إن الإشارة "تقطع". يتم ببساطة قطع الإشارة الزائدة، التي تتجاوز قدرة المُضخّم، مما يؤدي إلى تحوّل الموجة الجيبية إلى موجة مربعة مشوّهة .

للمضخمات حدودٌ للجهد والتيار والحرارة. وقد يحدث تشويه الإشارة نتيجةً لمحدودية مصدر الطاقة أو مرحلة الإخراج. بعض المضخمات قادرة على توفير ذروة الطاقة دون تشويه لفترات قصيرة قبل نفاد الطاقة المخزنة في مصدر الطاقة أو قبل أن يبدأ المضخم في السخونة الزائدة.

يلجأ العديد من عازفي الجيتار الكهربائي إلى زيادة قوة مكبرات الصوت الخاصة بهم عمداً (أو إدخال صندوق تشويه ) لإحداث تشويش من أجل الحصول على الصوت المطلوب .

يعتقد بعض عشاق الصوت أن سلوك القطع في الصمامات المفرغة ذات التغذية الراجعة السلبية القليلة أو المعدومة أفضل من سلوك الترانزستورات ، حيث أن الصمامات المفرغة تقطع بشكل تدريجي أكثر من الترانزستورات (أي القطع الناعم ، ومعظمها توافقيات زوجية)، مما يؤدي إلى تشويه توافقي أقل إزعاجًا بشكل عام.

في مكبر الصوت الترانزستوري مع القطع الحاد، سينخفض ​​كسب الترانزستور (مما يؤدي إلى تشويه غير خطي) مع زيادة تيار الخرج وانخفاض الجهد عبر الترانزستور بالقرب من جهد التشبع (للترانزستورات ثنائية القطب )، ولذلك عادة ما يتم اعتبار "الطاقة الكاملة" لأغراض قياس التشوه في مكبرات الصوت على أنها أقل بنسبة قليلة من القطع.

نظرًا لأن الموجة المقطوعة تحتوي على مساحة أكبر أسفلها مقارنةً بالموجة غير المقطوعة الأصغر حجمًا، فإن المضخم ينتج طاقة أكبر من طاقته المقدرة ( موجة جيبية ) عند حدوث القطع. هذه الطاقة الزائدة قد تُلحق الضرر بمكبر الصوت ، أو قد تُتلف وحدة التغذية الكهربائية للمضخم، أو حتى تُسبب احتراق الفيوز .

يمكن أن تتسبب الطاقة الإضافية عالية التردد في التوافقيات الناتجة عن مضخم الصوت الذي يعمل في وضع القطع في إتلاف مكبر الصوت عالي التردد في مكبر الصوت المتصل به عن طريق ارتفاع درجة الحرارة. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

قد يحدث تشويه الإشارة داخل النظام نتيجةً لتأثير المعالجة (مثل مرشح تمرير الكل ) الذي قد يُغير العلاقة الطورية بين المكونات الطيفية للإشارة، مما يُؤدي إلى ظهور ذروات زائدة. وقد تُشوّه هذه الذروات الزائدة حتى وإن كان النظام قادرًا على تشغيل أي إشارات موجية جيبية بسيطة من نفس المستوى دون تشويه.

يلجأ عازفو الغيتار الكهربائي بشكل متكرر ومتعمد إلى زيادة قوة مكبرات صوت الغيتار الخاصة بهم لإحداث تشويش وتشويهات أخرى من أجل الحصول على الصوت المطلوب.

في معالجة الإشارات الرقمية ، يحدث قص الإشارة عندما تُقيّد الإشارة بنطاق التمثيل المُختار. على سبيل المثال، في نظام يستخدم أعدادًا صحيحة مُوقّعة من 16 بت ، فإن 32767 هي أكبر قيمة موجبة يُمكن تمثيلها. إذا تضاعفت سعة الإشارة أثناء المعالجة، فمن المفترض أن تُصبح قيم العينة ، مثل 32000، 64000، ولكنها بدلًا من ذلك تُسبب تجاوزًا في سعة العدد الصحيح وتصل إلى الحد الأقصى، 32767. يُعد قص الإشارة أفضل من الالتفاف في الأنظمة الرقمية، والذي يحدث إذا سُمح للمعالج الرقمي بتجاوز سعة العدد الصحيح، متجاهلًا البتات الأكثر أهمية في السعة، وأحيانًا حتى إشارة قيمة العينة، مما يؤدي إلى تشويه كبير في الإشارة.

أبسط طريقة لتجنب التشويش هي خفض مستوى الإشارة. بدلاً من ذلك، يمكن تحسين النظام لدعم مستوى إشارة أعلى دون حدوث تشويش. يستخدم بعض عشاق الصوت مضخمات صوت ذات قدرة خرج تزيد عن ضعف قدرة مكبر الصوت. وبما أن التشويش يُمكن اعتباره شكلاً بدائياً من أشكال تحديد الإشارة، يُمكن استخدام مُحدد إشارة مناسب لخفض مستويات الأجزاء العالية من الإشارة بشكل آمن وديناميكي (مثل صوت الطبول الجهيرية والطبول الصغيرة ).

قام العديد من مصممي مكبرات الصوت بتضمين دوائر لمنع التشويش. تعمل أبسط هذه الدوائر كمحدد سريع، حيث يبدأ عمله قبل نقطة التشويش بحوالي ديسيبل واحد. أما الدائرة الأكثر تعقيدًا، والتي تُسمى "القص الناعم"، فقد استُخدمت منذ ثمانينيات القرن الماضي للحد من الإشارة عند مرحلة الإدخال. تبدأ خاصية القص الناعم بالعمل قبل التشويش، على سبيل المثال، بدءًا من 10  ديسيبل أقل من أقصى طاقة خرج. ويحافظ شكل موجة الخرج على خصائصه الدائرية حتى في وجود إشارة دخل زائدة تصل إلى 10  ديسيبل أعلى من الحد الأقصى المحدد. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

يُفضّل تجنّب التشويش، ولكن إذا حدث تشويش في التسجيل ولم يكن بالإمكان إعادة تسجيله، فإنّ الإصلاح خيارٌ متاح. والهدف من الإصلاح هو إيجاد بديل مناسب للجزء المشوّش من الإشارة.

لا يمكن استعادة الإشارات المعقدة المقطوعة بشدة إلى حالتها الأصلية لأن المعلومات الموجودة في القمم المقطوعة تُفقد بالكامل. أما الإشارات المقطوعة بشكل طفيف، فيمكن استعادتها إلى حالتها الأصلية ضمن هامش خطأ يعتمد على الحالة، لأنه لا يُفقد أي جزء من الإشارة الأصلية بالكامل. في هذه الحالة، تتناسب درجة فقدان المعلومات طرديًا مع درجة الضغط الناتج عن القطع. تتمتع الإشارات المقطوعة بشكل طفيف والمحدودة النطاق الترددي والتي تخضع لأخذ عينات زائدة بإمكانية إصلاح مثالية. ^{[ 6 ]}

توجد عدة طرق لاستعادة الإشارة المقطوعة جزئيًا. بمجرد تحديد الجزء المقطوع، يمكن محاولة استعادته جزئيًا. إحدى هذه الطرق هي الاستيفاء أو الاستقراء لعينات معروفة. قد تستخدم التطبيقات المتقدمة دوال التكعيبية لمحاولة استعادة إشارة قابلة للتفاضل باستمرار . على الرغم من أن عمليات إعادة البناء هذه تُعد تقريبًا للإشارة الأصلية، إلا أنه يمكن تحسين جودتها. تشمل الطرق الأخرى نسخ الإشارة مباشرةً من قناة ستيريو إلى أخرى، حيث قد تكون قناة واحدة فقط هي المقطوعة.

توجد العديد من حلول البرامج ذات النتائج والأساليب المختلفة لإصلاح التشويش: CrumplePop ClipRemover و MAGIX Sound Forge و iZotope RX De-Clip و Acon Digital Restoration Suite و ^{[ 7 ]} Adobe Audition و Thimeo Stereo Tool وحلول إزالة التشويش من CEDAR Audio و ^{[ 8 ]} ومكونات Audacity الإضافية مثل Clip Fix.

في أجهزة الصوت التناظرية ، هناك عدة أسباب للتشويش:

1. يُحدَّد خرج الذروة إلى الذروة لمضخم الحالة الصلبة بدون محول بجهد مصدر الطاقة . ^{[ أ ]}
2. قد يكون للمضخم تأرجح خرج غير متماثل ^{[ ب ]} وقد يبدأ القطع في وقت مبكر على نصف شكل موجة الخرج.
3. في مضخمات الصوت التي تستخدم مصادر طاقة خطية غير منظمة، إذا لم تكن سعة مكثف الترشيح كافية، فقد يتسبب تموج الجهد في حدوث تشويه يحتوي أيضًا على بعض التوافقيات بتردد التيار المتردد. في مصدر طاقة ذي وضع تبديل، يكون تردد التبديل هو السائد في تموج الجهد وخارج نطاق الصوت ، بينما في مصدر طاقة منظم، يتم تجاهل تموج الجهد.
4. لا تستطيع الصمامات المفرغة تحريك سوى عدد محدود من الإلكترونات في فترة زمنية محددة، وذلك تبعاً لحجمها ودرجة حرارتها ونوع المعادن المستخدمة فيها. ويؤدي انخفاض التضخيم الناتج مع زيادة تيار الخرج إلى ظاهرة القطع الناعم .
5. قد تحتوي أجهزة التضخيم أيضًا على حدود لمدخلاتها، على سبيل المثال، تيار القاعدة الزائد في الترانزستور ثنائي القطب أو تيار الشبكة الزائد في الصمام المفرغ . قد يؤدي التشغيل خارج هذه الحدود إلى تشويه إشارة الدخل، إذا كانت قادمة من مصدر ذي مقاومة عالية بما يكفي ، أو إلى تلف جهاز التضخيم، مما يستدعي وجود دائرة تحديد للحماية؛ انظر أدناه.
6. قد يُحدّ المُضخّم من تيار الخرج أو جهد الدخل لأسبابٍ مُتعددة، سواءً كانت مقصودة أم لا. لا يُتوقع أن تعمل دوائر الحدّ المقصودة في التشغيل العادي، وإنما فقط عندما تكون مقاومة حمل الخرج منخفضة جدًا أو يكون مستوى إشارة الدخل مرتفعًا بشكلٍ استثنائي، على سبيل المثال. قد لا ينتج عن هذا النوع من القطع قمة مُسطحة لموجة الجهد، بل قمة مُسطحة لموجة التيار.
7. يحدث تشويه في المحول (الذي يستخدم عادةً بين المراحل وعند المخرج في معدات الأنابيب) عندما يصبح قلبه المغناطيسي الحديدي مشبعًا كهرومغناطيسيًا .

يمكن الكشف عن تشويه الإشارة في الدائرة الكهربائية بمقارنة إشارة الدخل الأصلية بإشارة الخرج بعد تعديل مستوى التضخيم المُطبق. على سبيل المثال، إذا كانت الدائرة تحتوي على  تضخيم مُطبق مقداره 10 ديسيبل، فيمكن اختبارها للكشف عن التشويه بتخفيف إشارة الخرج بمقدار 10  ديسيبل ومقارنتها بإشارة الدخل. يمكن استخدام الفرق بين الإشارتين لإضاءة مؤشرات الكشف عن التشويه، كما يمكن استخدامه لتقليل تضخيم الدائرة السابقة للتحكم في التشويه. ^{[ 9 ]}

غالبًا ما تُحوّل الإشارات المقطوعة إلى مربعات، حيث تُعتبر التوافقيات الثالثة قيمًا شاذة في تحويل فورييه. في حالة الموجة الجيبية المتوقعة، يشير وجود التوافقيات الفردية غالبًا إلى أن الإشارة قد قُطعت بشدة. أما "القطع الناعم" فيُظهر انحناءً على جانبي الهضبة، مما يدل على وجود العديد من التوافقيات الزوجية في طيف الترددات المنخفضة.

• كليبر (إلكترونيات)
• ضغط النطاق الديناميكي
• صوت الأنبوب