Sự sái, méo giọng (Distortion)

Tín hiệu âm thanh bị méo (distortion) có thể nằm trong một số dạng thức, phát sinh từ bất cứ nguyên nhân nào trong hệ thống âm thanh. Nói đúng ra, các biến thể của bất kỳ loại nào giữa một tín hiệu input và tín hiệu output của âm thanh là một hình thức biến dạng. Từ góc độ thực tế, mặc dù, sự biến dạng nghĩa là bất kỳ sự thay đổi nào mà lại có thêm các tần số không có trong các âm thanh gốc hay sự thay đổi thời gian duy trì bất kỳ của các tần số đó, hay các đặc tính nào khác làm thay đổi tính chất của âm thanh ngoài ý muốn.

Sự méo họa âm (harmonic distortion) là việc bổ sung các tần số không hiện diện trong dạng sóng gốc, nó có sự quan hệ về họa âm với các tần số trong dạng sóng input. Méo họa âm thường kết hợp với sự quá tải của các mạch điện, mặc dù nó vẫn có thể xảy ra ở các mức độ tốt bên dưới giới hạn tối đa của các mạch nữa.

Khi một mạch điện bị quá tải, các đỉnh của dạng sóng bị hạn chế một cách triệt để, như thể hiện trong hình 4.13. Điều này thường được gọi là cắt (clipping) phần đỉnh của sóng, là nghĩa đen của việc cắt bớt đồ thị (graph) của tín hiệu output. Kết quả của clipping là cộng thêm các tần số họa âm bổ sung không có trong dạng sóng input. Ở mức độ bên dưới sự quá tải trọn vẹn, cả hai: méo họa âm lẫn họa âm phụ (subharmonic) cũng thường xảy ra trong loa. Sự cố xảy ra này được chấp nhận như là tự nhiên, nhưng giữ chúng vào sự hợp lý tối thiểu là một mục tiêu cơ bản của việc thiết kế loa hợp lý.

Méo tạm thời (transient distortion) là một thiết bị bất lực để tái tạo sự thay đổi nhanh chóng trong cường độ tín hiệu. Đây là kết quả của méo dạng từ sự chậm trễ (delay) thời gian của dạng sóng output cần để hoàn thành sự thay đổi cường độ tương đương với dạng sóng input. Vì không có thiết bị nào là hoàn hảo, một số mức độ biến dạng quá độ xảy ra tại mỗi công đoạn. Thông thường, trong các thiết bị mức độ thấp, méo tạm thời không đáng kể.
 
Hình 4.13: Cắt (Clipping). Amplifier làm việc quá tải có thể cho ra gấp đôi mức công suất tối đa của năng lượng cho loa và trong một số trường hợp, xảy ra rủi ro thiệt hại hay cháy hoàn toàn các loa.

Trong khi méo tạm thời có thể xảy ra trong bất cứ thiết bị nào, nó là một đặc tính có khuynh hướng xảy ra hầu hết trong các power amplifier và bộ chuyển đổi (transducer), thường nặng nhất trong loa. Bởi khối lượng vật chất của phần tử dao động tương đối lớn, đặc biệt là ở sự tác động trên cone loa, lực chuyển động của cone loa có thể làm nó có thêm thời gian để bắt kịp với những thay đổi triệt để trong cường độ của các dạng sóng input. Loại biến dạng này cũng có thể là do lỗi cấu trúc hay cộng hưởng trong một loa horn hay thùng loa. Đã được xác lập vào chuyển động, nó có thể tiếp tục trong một thời gian ngắn ngay cả sau khi driver ngưng di chuyển.

Vì trước đây, đã giả định rằng một vài mức độ của sự méo tạm thời không thể tránh khỏi, nó thường được đo như là đáp ứng tạm thời (transient response). Đáp ứng tạm thời ở mức độ cao hơn có nghĩa là có sự méo tạm thời ít hơn. Thiếu đáp ứng tạm thời tốt cũng có thể xảy ra ở một mức độ đôi khi đáng chú ý bởi sự di chuyển cuộn dây micro, và trong các amplifier tương đối rẻ tiền. Trong các power amplifier, đáp ứng tạm thời được đo như tỷ lệ vặn,quay (slew rate). Về cơ bản, công suất của một power amplifier cao hơn slew rate của nó có được.

Méo điều biên (intermodulation distortion-IM) xảy ra do nhiều tần số khác xa nhau được tạo ra cùng lúc, và thường xảy ra ở amplifier và loa. Khi méo IM xảy ra trong loa, nó thường là kết quả của hiệu ứng Doppler (Doppler effect)***. (Đôi khi méo doppler được coi là một hình thức hoàn toàn khác của distortion, mặc dù về mặt kỹ thuật nó là một hình thức méo IM). Khi méo IM xảy ra trong các amplifier, nó là kết quả của sự khó khăn cơ bản, liên quan đến việc phát ra rộng rãi các tần số khác nhau đồng thời mức sản lượng điện output cao, và nguyên nhân là các tần số mới không liên quan hài hòa (non-harmonically-related) được tạo ra.

Méo phase (phase distortion) là bất kỳ thay đổi nào giữa sự quan hệ phase của tần số với thiết bị. Méo phase có thể là quỷ quyệt nhất trong tất cả các loại méo. Loại méo này có thể có trong bất cứ thiết bị nào, nhưng có khuynh hướng hiện diện trong hầu hết các đặc tính của crossover điện tử, thường thay đổi phase output của nó. Kết quả là đôi khi nghe như các đáp ứng bị giảm nhẹ trong giải tần chung quanh các điểm crossover (giao nhau). Khi méo phase xảy ra trong amplifier hay equalizer, hiệu quả nói chung không đáng kể và có khuynh hướng thành tối thiểu, đặc biệt là khi so sánh với sự lệch phase đó là một phần tự nhiên của môi trường âm thanh tiêu biểu.

*** Doppler effect. Sự thay đổi tần số sóng âm thanh do khoảng cách giữa người nghe và vật phát sóng thay đổi. Chẳng hạn, chiếc xe cứu thương đang hụ còi thì càng đến gần bạn thì tiếng còi có tần số càng lớn, càng xa bạn thì tiếng còi có tần số càng nhỏ dần. Còn gọi là Doppler shift.