Distorsione di intermodulazione

Da "Fisica, onde Musica": un sito web su fisica delle onde e del suono, acustica degli strumenti musicali, scale musicali, armonia e musica.

  • In un sistema ideale perfettamente lineare, un segnale monocromatico, cioè composto da una sola componente sinusoidale a frequenza f_{0} può solo essere modificato in un altro segnale monocromatico alla stessa frequenza.
  • Se invece il sistema presenta effetti non lineari, il che si verifica sempre per ampiezze abbastanza grandi del segnale di ingresso, esso può distorcere il segnale, il che significa semplicemente introdurre nuove armoniche non appartenenti allo spettro del segnale originario.
  • Un facile esempio di distorsione si ha quando si ascolta un brano musicale a volume troppo alto (oppure a volume normale, ma su un apparato di bassa qualità). Il segnale viene "tagliato" o appiattito agli estremi, e quindi il segnale in uscita non è più una riproduzione fedele del segnale in entrata. In sostanza lo scopo principale dell'alta fedeltà consiste nel garantire una risposta il più possibile lineare nella più vasta gamma di frequenze e intensità del segnale in ingresso.
  • L'intermodulazione, tuttavia, può essere sfruttata anche favorevolmente per "arricchire" di armoniche un campione musicale, dal suono altrimenti "piatto".
  • Si può sperimentare direttamente l'effetto della distorsione per troncamento utilizzando la funzione "Aumenta e taglia" dell'Applet Fourier. Per una guida si veda esperimenti sulla distorsione.

Intermodulazione nella radio e nell'orecchio umano

La distorsione di intermodulazione avviene, nel più semplice dei casi, combinando in modo non lineare due sinusoidi. Un'operazione che realizza questa combinazione è la moltiplicazione tra i segnali. Ricordiamo infatti che le uniche operazioni ammesse da una trasformazione lineare sono la somma algebrica tra i segnali, e la moltiplicazione dei segnali per una costante. La moltiplicazione tra segnali, invece, produce armoniche pari alla somma e alla differenza delle frequenze iniziali, come si vede subito usando la seguente identità trigonometrica:

\cos(\omega _{1}t)\sin(\omega _{1}t)={\frac  {1}{2}}\sin[(\omega _{1}+\omega _{2})t]+{\frac  {1}{2}}\sin[(\omega _{1}-\omega _{2})t].

Nella radio si compie questa operazione per poter trasmettere (modulare) un segnale audio, quindi in frequenze acustiche, sopra una portante elettromagnetica a radiofrequenza. Diversi esempi commentati si trovano nella pagina sulla radio.

Nell'orecchio umano sembra che una moltiplicazione di questo tipo intervenga quando si ricevono segnali intensi. L'orecchio quindi non si limita a registrare e riprodurre fedelmente ciò che riceve dall'esterno, ma aggiunge nuove componenti armoniche al suono, che, in certi casi, possono essere percepite come suoni estranei. A questo proposito si vedano le pagine su effetti e illusioni acustiche, e sui battimenti.


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