Recorte (audio)

El recorte es una forma de distorsión de la forma de onda que se produce cuando un amplificador está sobrecargado e intenta entregar un voltaje o una 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 frecuencia , el recorte produce armónicos fuertes en el rango de alta frecuencia (a medida que la forma de onda recortada se acerca a una onda cuadrada ). La ponderación adicional de alta frecuencia de la señal podría hacer que el tweeter se dañe con mayor probabilidad que si la señal no estuviera recortada.

En la mayoría de los casos, la distorsión asociada con el recorte no es deseada y es visible en un osciloscopio incluso si es inaudible. ^[1] Sin embargo, el recorte se utiliza a menudo en la música para lograr un efecto artístico, en particular en géneros donde predomina la guitarra, como el blues, el rock y el metal.

Cuando se presiona un amplificador para crear una señal con más potencia de la que puede producir su fuente de alimentación, amplificará la señal solo hasta su capacidad máxima, momento en el que la señal no se puede amplificar más. Como la señal simplemente se "corta" o "recorta" en la capacidad máxima del amplificador, se dice que la señal está "recortando". La señal adicional que supera la capacidad del amplificador simplemente se corta, lo que da como resultado que una onda sinusoidal se convierta en una forma de onda de tipo onda cuadrada distorsionada .

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

Muchos guitarristas eléctricos sobrecargan intencionalmente sus amplificadores (o insertan una "caja de distorsión") para causar distorsión y así obtener el sonido deseado (ver distorsión de guitarra ).

Algunos audiófilos creen que el comportamiento de recorte de los tubos de vacío con poca o ninguna retroalimentación negativa es superior al de los transistores , en el sentido de que los tubos de vacío recortan más gradualmente que los transistores (es decir, recorte suave y armónicos en su mayoría uniformes), lo que resulta en una distorsión armónica que generalmente es menos objetable.

En un amplificador transistorizado con recorte duro, la ganancia del transistor se reducirá (lo que generará una distorsión no lineal) a medida que aumenta la corriente de salida y el voltaje a través del transistor se reduce cerca del voltaje de saturación (para transistores bipolares ), y por eso la "potencia máxima" para fines de medir la distorsión en amplificadores generalmente se toma como un pequeño porcentaje por debajo del recorte.

Debido a que la forma de onda recortada tiene más área debajo que la forma de onda más pequeña sin recortar, el amplificador produce más potencia que su salida nominal ( onda sinusoidal ) cuando está recortando. Esta potencia adicional puede dañar el altavoz . Puede causar daños a la fuente de alimentación del amplificador o simplemente quemar un fusible .

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

El recorte puede ocurrir dentro de un sistema a medida que el procesamiento (por ejemplo, un filtro de paso total ) puede cambiar la relación de fase entre los componentes espectrales de una señal de tal manera que se creen salidas de pico excesivas. Los picos excesivos pueden sufrir recortes incluso aunque el sistema pueda reproducir cualquier señal de onda sinusoidal simple del mismo nivel sin recortes.

Los guitarristas eléctricos frecuentemente e intencionalmente sobrecargan sus amplificadores de guitarra para causar distorsión y cortes con el fin de obtener el sonido deseado.

En el procesamiento de señales digitales , el recorte se produce cuando la señal está restringida por el rango de una representación elegida. Por ejemplo, en un sistema que utiliza números enteros con signo de 16 bits , 32767 es el valor positivo más grande que se puede representar. Si, durante el procesamiento, se duplica la amplitud de la señal, los 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 los sistemas digitales (envoltura), que se produce si se permite que el procesador digital se desborde, ignorando los bits más significativos de la magnitud y, a veces, incluso el signo del valor de muestra, lo que da como resultado una gran distorsión de la señal.

La forma más sencilla de evitar el recorte es reducir el nivel de la señal. Otra opción es mejorar el sistema para que admita un nivel de señal más alto sin recortes. Algunos audiófilos utilizan amplificadores que están diseñados para potencias de salida superiores al doble de las capacidades nominales del altavoz. Se puede utilizar un limitador para reducir dinámicamente 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 el recorte. Los circuitos más simples actúan como un limitador rápido, que se activa aproximadamente un decibelio antes del punto de recorte. Un circuito más complejo, llamado "soft-clip", se ha utilizado desde la década de 1980 en adelante para limitar la señal en la etapa de entrada. La función de recorte suave comienza a activarse antes del recorte, 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 de sobrecarga hasta 10 dB más alta que el máximo especificado. ^{[4] [5]}

Es preferible evitar el recorte, pero si una grabación se ha recortado y no se puede volver a grabar, la reparación es una opción. El objetivo de la reparación es crear un reemplazo plausible para la parte recortada de la señal.

Las señales complejas con recortes fuertes no se pueden restaurar a su estado original porque la información contenida en los picos que se recortan se pierde por completo. Las señales con recortes suaves se pueden restaurar a su estado original dentro de una tolerancia que depende del caso porque 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 ligeramente recortadas que están altamente sobremuestreadas tienen el potencial de una reparación perfecta. ^[6]

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

Existen varias soluciones de software con distintos resultados y métodos 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 recortes 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 sin transformador de estado sólido está limitada por el voltaje de la fuente de alimentación . ^[a]
2. Un amplificador puede tener una oscilación de salida asimétrica ^[b] y el recorte puede comenzar antes en la 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 un recorte que también contenga algunos armónicos de frecuencia de línea de CA. En una fuente de alimentación de modo conmutado, la frecuencia de conmutación es más dominante 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, que depende de su tamaño, temperatura y metales. La caída resultante en la amplificación con el aumento de la corriente de salida da como resultado un recorte suave .
5. Los dispositivos amplificadores también pueden tener límites 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 . El funcionamiento fuera de estos límites puede distorsionar la señal de entrada, si proviene de una fuente de impedancia lo suficientemente alta , o dañar el dispositivo amplificador, lo que requiere un circuito limitador para su protección; consulte a continuación.
6. Un amplificador puede limitar su salida de corriente o el voltaje de entrada por diversas razones, intencionales o no. No se esperaría que los circuitos limitadores intencionales entren en funcionamiento normal, sino solo cuando la resistencia de carga de salida es demasiado baja o el nivel de señal de entrada es excepcionalmente alto, por ejemplo. El resultado de esta forma de recorte podría no crear una parte superior plana en la forma de onda del voltaje, sino más bien una parte superior plana en la forma de onda de la corriente.
7. Un transformador (más comúnmente utilizado entre etapas y en la salida de equipos de válvulas) se saturará cuando su núcleo ferromagnético se sature electromagnéticamente .

El recorte en un circuito se puede detectar comparando la señal de entrada original con una señal de salida con ajuste de ganancia aplicada. Por ejemplo, si un circuito tiene 10 dB de ganancia aplicada, se puede comprobar si hay recorte atenuando la señal de salida en 10 dB y comparándola con la señal de entrada. La diferencia entre las dos señales se puede utilizar para iluminar los indicadores de detección de recorte y se puede utilizar para disminuir la ganancia de un circuito anterior para controlar el recorte. ^[9]

Las señales recortadas suelen estar cuadradas, donde los armónicos terceros son valores atípicos contextuales en una transformada de Fourier. En el caso de una onda sinusoidal esperada, la presencia de armónicos impares a menudo sugerirá que la señal ha sido recortada de forma dura. Un "recorte suave" tendrá un codo en ambos lados de la meseta, lo que mostrará la presencia de varios armónicos pares en el espectro de frecuencias más bajas.

• Clipper (electrónica)
• Compresión de rango dinámico
• Sonido de tubo