Si vous avez déjà écouté un oncle jouant de la guitare blues ou un ami grattant une ukulélé bon marché, vous savez probablement ce qu’est la distorsion harmonique. Cela sonne comme un léger bourdonnement, un sifflement ou un sifflement dans l’arrière-plan de leur performance. C’est parce que ces instruments ne sont pas capables de produire leurs notes sans un certain type de distorsion. Cela est également connu sous le nom de « non-linéarité » en termes d’ingénierie.
Dans cet article, nous explorons ce qu’est la distorsion harmonique, pourquoi elle se produit et comment la prévenir dans votre propre configuration de studio à domicile. Commençons !
Qu'est-ce que la distorsion harmonique ?
La distorsion harmonique, également connue sous le nom de « rétroaction involontaire », consiste en l’ajout de nouvelles fréquences à un son. Cela peut se produire lorsque le signal est renvoyé dans le système par lequel il était joué. Ce nouveau signal peut être entendu comme un bourdonnement ou un sifflement. La distorsion harmonique est la plus souvent observée dans les instruments de musique et l’équipement audio. Les instruments de musique ne peuvent pas produire leurs notes sans l’apport de distorsion harmonique. L’équipement audio, en revanche, doit être conçu pour empêcher la distorsion harmonique.
distorsion harmonique totale (THD)
La distorsion harmonique (THD) fait référence aux composantes harmoniques supplémentaires du signal de sortie par rapport au signal d’entrée, causées par des composants non linéaires lorsque le signal audio passe par l’amplificateur de puissance. La distorsion harmonique est causée par le fait que le système n’est pas complètement linéaire et est exprimée en pourcentage du courant quadratique moyen des nouveaux composants harmoniques ajoutés au courant quadratique moyen de la valeur d’origine du signal. Par exemple, un amplificateur qui délivre 10 V à 250 Hz et 1 V à 500 Hz aura une distorsion harmonique de 2e ordre de 10 %. La somme de tous les niveaux harmoniques supplémentaires s’appelle la distorsion harmonique totale. En général, la distorsion harmonique à la fréquence de 500 Hz est la plus faible, de sorte que de nombreux produits utilisent la distorsion à cette fréquence comme leur indice.
La formule pour calculer la distorsion harmonique totale est la suivante :
Pour les harmoniques de tension, la THD (en %) est la distorsion harmonique totale, Vh est la puissance de chaque harmonique et V1 est la tension RMS de sortie totale (y compris les termes fondamentaux et harmoniques).
Pour les harmoniques de courant, la THD (en %) est la distorsion harmonique totale, Ih est le courant de chaque harmonique n et I1 est le courant RMS de sortie totale (y compris les termes fondamentaux et harmoniques).
Comment la distorsion harmonique se produit-elle ?
Au niveau le plus fondamental, la distorsion harmonique se produit lorsque le son d’entrée est trop fort et est « renvoyé » dans un système via un amplificateur. Cela peut se produire dans une configuration d’enregistrement à domicile, lorsque l’instrument branché sur le système PA commence à ressusciter. La façon la plus simple de comprendre ce qui se passe est de penser à deux vagues qui se heurtent les unes aux autres. Une vague est votre signal audio original, l’autre est le son amplifié qui est renvoyé dans le système via les haut-parleurs. Ces deux vagues se combinent pour former quelque chose de nouveau. Le signal audio original est toujours là, mais il y a aussi de nouvelles fréquences qui ont été ajoutées par le feedback.
Méthode de mesure
Il peut être constaté à partir de la formule de calcul de la distorsion harmonique totale que la valeur de la distorsion harmonique totale est étroitement liée à la valeur limite supérieure H de l’ordre harmonique. Les équipements de mesure harmoniques généraux tels que les analyseurs harmoniques conviennent principalement aux mesures harmoniques du réseau électrique, et la limite supérieure est généralement de l’ordre de 40.
Pour les équipements d’émission harmonique contenant des harmoniques plus élevées telles que les convertisseurs de fréquence, la mesure de la distorsion harmonique totale nécessite un équipement harmonique spécial capable de mesurer les harmoniques supérieures, tel qu’un analyseur de puissance à fréquence variable ou un analyseur de puissance à large bande. De plus, pour les systèmes à haute tension et à haute puissance, il est également nécessaire de tenir compte de la largeur de bande requise des capteurs utilisés, tels que les capteurs de puissance à fréquence variable.
L’effet de la distorsion harmonique sur le PCB
La distorsion harmonique est un facteur important à prendre en compte lors de la conception de PCB. Elle peut causer des problèmes avec l’intégrité du signal et peut entraîner des dommages aux composants. Il existe quelques façons de réduire la distorsion harmonique, notamment :
– Utiliser des plans d’alimentation et de masse à faible impédance
– Ajouter des condensateurs de découplage aux composants critiques
– Ajouter des inductances pour filtrer le bruit haute fréquence
– Réduire la longueur des pistes de signal
Chacune de ces méthodes a ses propres compromis et avantages, il est donc important de choisir la solution appropriée pour votre conception de PCB.
Prévenir la distorsion harmonique
La distorsion harmonique est l’un des principaux problèmes qui peuvent survenir lors de la conception et de la fabrication de PCB. Elle peut causer un certain nombre de problèmes, notamment des problèmes d’intégrité du signal, des interférences croisées et des interférences électromagnétiques (EMI).
Il existe un certain nombre de façons de réduire ou d’éliminer la distorsion harmonique. L’une d’elles est d’utiliser la mise en service différentielle, qui peut annuler de nombreux harmonics. Une autre est d’utiliser des alimentations à faible impédance de sortie, ce qui peut également aider à réduire les harmonics.
La mise en service différentielle est une technique souvent utilisée dans les systèmes numériques à haute vitesse pour réduire les effets du bruit et des interférences croisées. Dans la mise en service différentielle, deux signaux sont envoyés sur des fils séparés, l’un étant l’inverse de l’autre. L’appareil récepteur combine ensuite les deux signaux et tout bruit commun est annulé.
Les alimentations à faible impédance de sortie peuvent également aider à réduire les harmonics. Une alimentation à faible impédance aura moins de chute de tension lorsqu’un courant est extrait d’elle, ce qui signifie que la tension à la charge sera plus stable. Cela peut aider à réduire ou à éliminer de nombreux problèmes causés par la distorsion harmonique.
