क्लिपिंग (ऑडियो)
क्लिपिंग तरंग डिस्टॉर्शन ऑडियो डिस्टॉर्शन का रूप है जो तब उत्पन्न होता है जब प्रवर्धक ओवरड्राइव होता है और आउटपुट वोल्टेज या धारा को उसकी अधिकतम क्षमता से परे देने का प्रयास करता है। इस प्रकार प्रवर्धक को क्लिपिंग में चलाने से यह अपनी शक्ति से अधिक पावर आउटपुट कर सकता है।
आवृत्ति डोमेन में, क्लिपिंग उच्च-फ़्रीक्वेंसी रेंज में शक्तिशाली हार्मोनिक्स उत्पन्न करती है (जैसा कि क्लिप्ड तरंगफॉर्म स्क्वेर तरंग के करीब आता है)। संकेत के अतिरिक्त उच्च-आवृत्ति भार से ट्वीटर को हानि होने की संभावना अधिक हो सकती है, यदि संकेतों को क्लिप नहीं किया गया था।
ज्यादातर स्थितियों में, क्लिपिंग से जुड़ी विकृति अवांछित होती है, और अश्रव्य होने पर भी ऑसिलोस्कोप पर दिखाई देती है।[1] चूंकि, कलात्मक प्रभाव के लिए अधिकांशतः क्लिपिंग का उपयोग संगीत में किया जाता है, विशेष रूप से भारी शैलियों में इसका उपयोग होता हैं।
अवलोकन
जब प्रवर्धक को उसकी विद्युत आपूर्ति से अधिक शक्ति के साथ संकेत बनाने के लिए प्रवर्धित कर दिया जाता है, तो इस प्रकार यह संकेत को केवल अपनी अधिकतम क्षमता तक बढ़ाता है, जिस बिंदु पर संकेत को आगे नहीं बढ़ाया जा सकता है। जैसा कि संकेत प्रवर्धक की अधिकतम क्षमता पर बस कट या क्लिप करता है, संकेत को क्लिपिंग कहा जाता है। इस प्रकार इसके अतिरिक्त संकेत जो प्रवर्धक की क्षमता से परे है, बस काट दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप साइन तरंग विकृत स्क्वेर तरंग या स्क्वायर-तरंग-टाइप तरंग प्रारूप बन जाती है।
इस प्रकार प्रवर्धकों में वोल्टेज, धारा और ऊष्मीय सीमाएं होती हैं। विद्युत आपूर्ति या आउटपुट चरण में सीमाओं के कारण क्लिपिंग हो सकती है। विद्युत की आपूर्ति में संग्रहीत ऊर्जा समाप्त होने या प्रवर्धक के ज़्यादा गरम होने से पहले कुछ प्रवर्धक छोटी अवधि के लिए क्लिपिंग के बिना ऑडियो शक्ति देने में सक्षम होते हैं।
ध्वनि
कई विद्युत गिटार गिटारवादक जानबूझकर अपने प्रवर्धकों को ओवरड्राइव करते हैं (या फ़ज़ बॉक्स डालें) वांछित ध्वनि प्राप्त करने के लिए क्लिपिंग का कारण बनते हैं (विरूपण (संगीत) देखें)।
कुछ आडियोफिल्स का मानना है कि कम या बिना नकारात्मक प्रतिक्रिया वाले वेक्यूम - ट्यूब का क्लिपिंग व्यवहार ट्रांजिस्टर की तुलना में उत्तम होता है, जिसमें वैक्यूम ट्यूब ट्रांजिस्टर की तुलना में अधिक धीरे-धीरे क्लिप करते हैं (अर्ताथ 'सॉफ्ट' क्लिपिंग, और ज्यादातर हार्मोनिक्स भी), जिसके परिणामस्वरूप हार्मोनिक होता है। इस प्रकार विरूपण जो सामान्यतः कम आपत्तिजनक होता है।
प्रभाव
हार्ड क्लिपिंग के साथ ट्रांजिस्टरित प्रवर्धक में, ट्रांजिस्टर का लाभ कम हो जाएगा (नॉनलाइनियर विरूपण के लिए अग्रणी) क्योंकि आउटपुट धारा बढ़ता है द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के पार वोल्टेज संतृप्ति वोल्टेज (द्विध्रुवीय ट्रांजिस्टर के लिए) के करीब कम हो जाता है, और इसलिए पूर्ण शक्ति के लिए प्रवर्धकों में विरूपण को मापने के उद्देश्य सामान्यतः क्लिपिंग के नीचे कुछ प्रतिशत के रूप में लिए जाते हैं।
क्योंकि क्लिप्ड तरंगफॉर्म के नीचे छोटे अनक्लिप्ड तरंगफॉर्म की तुलना में अधिक क्षेत्र होता है, इसलिए प्रवर्धक क्लिपिंग करते समय अपने रेटेड (साइन तरंग) आउटपुट की तुलना में अधिक इलेक्ट्रिक पावर उत्पन्न करता है। यह अतिरिक्त विद्युत शक्ति ध्वनि-विस्तारक यंत्र को हानि पहुंचा सकती है। यह प्रवर्धक की विद्युत आपूर्ति को हानि पहुंचा सकता है या केवल फ्यूज (विद्युत) को उड़ा सकता है।
क्लिपिंग में कार्य कर रहे प्रवर्धक द्वारा उत्पन्न हार्मोनिक्स में अतिरिक्त उच्च आवृत्ति ऊर्जा ओवरहीटिंग के माध्यम से कनेक्टेड लाउडस्पीकर में ट्वीटर को हानि पहुंचा सकती है।[2][3]
कतरन प्रणाली के भीतर प्रसंस्करण के रूप में हो सकता है (उदाहरण के लिए ऑल-पास फिल्टर) संकेत के वर्णक्रमीय घटकों के बीच चरण संबंध को इस तरह से बदल सकता है जैसे कि अत्यधिक शिखर आउटपुट उत्पन्न करतो हैं। इस प्रकार अत्यधिक चोटियों को क्लिप किया जा सकता है, भले ही सिस्टम क्लिपिंग के बिना समान स्तर के किसी भी साधारण साइन तरंग संकेत को चला सकता है।
इस प्रकार वांछित ध्वनि प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रिक गिटारवादक अधिकांशतः अपने गिटार प्रवर्धक को क्लिपिंग और अन्य विरूपण (संगीत) का कारण बनाते हैं।
डिजिटल क्लिपिंग
अंकीय संकेत प्रक्रिया में, क्लिपिंग तब होती है जब संकेत चुने हुए प्रतिनिधित्व की सीमा द्वारा प्रतिबंधित होता है। उदाहरण के लिए, 16-बिट हस्ताक्षरित-अंकीय प्रतिनिधित्व पूर्णांकों का उपयोग करने वाली प्रणाली में, 32767 सबसे बड़ा धनात्मक मान है जिसका प्रतिनिधित्व किया जा सकता है। इस प्रकार यदि प्रसंस्करण के समय, संकेत का आयाम दोगुना हो जाता है, उदाहरण के लिए, 32000 का नमूना (संकेत) मान 64000 हो जाना चाहिए, किन्तु इसके अतिरिक्त पूर्णांक अतिप्रवाह और संतृप्ति अंकगणित अधिकतम, 32767 का कारण बनता है। इस प्रकार क्लिपिंग विकल्प के लिए उत्तम है इस प्रकार डिजिटल सिस्टम-रैपिंग-जो तब होता है जब डिजिटल प्रोसेसर को अतिप्रवाह की अनुमति दी जाती है, परिमाण के सबसे महत्वपूर्ण बिट्स को अनदेखा करते हुए, और कभी-कभी इस साक्ष्य के मान के संकेतों को भी, जिसके परिणामस्वरूप संकेत का सकल विरूपण होता है।
क्लिपिंग से बचना
क्लिपिंग से बचने का सबसे सरल विधि संकेत स्तर को कम करना है। वैकल्पिक रूप से बिना क्लिपिंग के उच्च संकेत स्तर का समर्थन करने के लिए सिस्टम में सुधार किया जा सकता है। कुछ ऑडियोफाइल्स प्रवर्धकों का उपयोग करेंगे जो स्पीकर की रेटिंग से दोगुने से अधिक पावर आउटपुट के लिए दर किए गए हैं। सीमक का उपयोग गतिशील रूप से संकेत के जोरदार हिस्सों के स्तर को कम करने (उदाहरण के लिए, बास ड्रम और ड्रम फन्दे ) के लिए किया जा सकता है।
कई प्रवर्धक डिजाइनरों ने क्लिपिंग को रोकने के लिए परिपथ सम्मिलित किए हैं। इस प्रकार सरलतम परिपथ तेज़ सीमक की तरह कार्य करते हैं, जो कतरन बिंदु से पहले लगभग डेसिबल संलग्न करता है। अधिक जटिल परिपथ, जिसे सॉफ्ट-क्लिप कहा जाता है, का उपयोग 1980 के दशक से इनपुट चरण में संकेत को सीमित करने के लिए किया गया है। सॉफ्ट-क्लिप सुविधा क्लिपिंग से पहले संलग्न होना प्रारंभ हो जाती है, उदाहरण के लिए अधिकतम आउटपुट पावर से 10 dB कम पर प्रारंभ करना होता हैं। इस प्रकार ओवरलोड इनपुट संकेत की उपस्थिति में भी आउटपुट तरंगफॉर्म गोलाकार विशेषता को अधिकतम निर्दिष्ट से 10 dB अधिक बनाए रखता है।[4][5]
क्लिप्ड संकेत की परीक्षण
क्लिपिंग से बचना उत्तम है, किन्तु यदि कोई रिकॉर्डिंग क्लिप हो गई है, और फिर से रिकॉर्ड नहीं की जा सकती है, तो परीक्षण विकल्प है। इस प्रकार परीक्षण का लक्ष्य संकेत के कटे हुए हिस्से के लिए प्रशंसनीय प्रतिस्थापन करना है।
जटिल हार्ड-क्लिप किए गए संकेतों को उनकी मूल स्थिति में पुनर्स्थापित नहीं किया जा सकता है क्योंकि क्लिप की गई चोटियों में निहित जानकारी पूर्ण रूप से विलुप्त हो जाती है। केस-निर्भर सहनशीलता के भीतर सॉफ्ट-क्लिप किए गए संकेतों को उनकी मूल स्थिति में बहाल किया जा सकता है क्योंकि मूल संकेत का कोई भी हिस्सा पूर्ण रूप से खो नहीं जाता है। इस स्थिति में, सूचना हानि की डिग्री क्लिपिंग के कारण होने वाले संपीड़न की डिग्री के समानुपाती होती है। इस प्रकार हल्के से क्लिप किए गए बैंडविड्थ-सीमित संकेत जो अत्यधिक ओवरसैंपल किए गए हैं उनमें सही परीक्षण की क्षमता है।[6]
कई तरीके क्लिप्ड संकेत को आंशिक रूप से पुनर्स्थापित कर सकते हैं। इस बार कटे हुए भाग जो ज्ञात हो जाने पर, व्यक्ति आंशिक पुनर्प्राप्ति का प्रयास कर सकता है। ऐसी ही विधि ज्ञात नमूनों का प्रक्षेप या बहिर्वेशन है। लगातार अलग-अलग संकेत को पुनर्स्थापित करने का प्रयास करने के लिए उन्नत कार्यान्वयन घन स्पलाइन्स का उपयोग कर सकते हैं। जबकि ये पुनर्निर्माण केवल मूल का अनुमान हैं, व्यक्तिपरक गुणवत्ता में सुधार किया जा सकता है। अन्य विधियों में स्टीरियो चैनल से दूसरे में सीधे संकेत कॉपी करना सम्मिलित है, क्योंकि ऐसा हो सकता है कि केवल चैनल क्लिप किया गया हो।
क्लिपिंग की परीक्षण के लिए अलग-अलग परिणामों और विधियों के कई सॉफ्टवेयर समाधान सम्मिलित हैं: क्रम्पलपॉप क्लिपरिमूवर, मैगिक्स साउंड फोर्ज, आइसोटोप आरएक्स डी-क्लिप, एकॉस्टिका (सॉफ्टवेयर) रेस्टोरेशन सूट,[7] एडोबी ऑडीशन , थिमो स्टीरियो टूल, सिडार ऑडियो से डिक्लिपिंग समाधान,[8] और दुस्साहस (ऑडियो संपादक) प्लगइन्स जैसे क्लिप फिक्स इत्यादि।
कारण
एनालॉग संकेत ऑडियो उपकरण में क्लिपिंग के कई कारण होते हैं:
- सॉलिड-स्टेट ट्रांसफॉर्मरलेस प्रवर्धक का पीक-टू-पीक आउटपुट विद्युत आपूर्ति वोल्टेज द्वारा सीमित है।[lower-alpha 1]
- एक प्रवर्धक में विषम आउटपुट स्विंग हो सकता है[lower-alpha 2] और क्लिपिंग पहले आउटपुट तरंगफॉर्म के आधे हिस्से पर प्रारंभ हो सकती है।
- अनियंत्रित रैखिक विद्युत आपूर्ति का उपयोग करने वाले ऑडियो प्रवर्धकों में, यदि फ़िल्टर संधारित्र पर्याप्त रूप से बड़ा नहीं है, तो तरंग वोल्टेज के कारण क्लिपिंग संभव है जिसमें कुछ एसी लाइन आवृत्ति हार्मोनिक्स भी सम्मिलित हैं। स्विच-मोड विद्युत की आपूर्ति में रिपल वोल्टेज में और ऑडियो आवृत्ति के बाहर स्विचिंग आवृत्ति अधिक प्रभावी होती है जबकि विनियमित विद्युत की आपूर्ति में रिपल वोल्टेज रिजेक्ट हो जाता है।
- एक वैक्यूम ट्यूब निश्चित समय में सीमित संख्या में इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर सकती है, जो उसके आकार, तापमान और धातुओं पर निर्भर करता है। इस प्रकार उत्पादन में वृद्धि के साथ प्रवर्धन में परिणामी गिरावट के परिणामस्वरूप सॉफ्ट क्लिपिंग होती है।
- प्रवर्धक उपकरणों में उनके इनपुट की सीमाएँ भी हो सकती हैं, उदाहरण के लिए द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लिए अत्यधिक बेस धारा या वैक्यूम ट्यूब के लिए अत्यधिक ग्रिड धारा। इन सीमाओं के बाहर संचालन इनपुट संकेत को विकृत कर सकता है, यदि यह पर्याप्त उच्च विद्युत प्रतिबाधा स्रोत से आता है, या सुरक्षा के लिए सीमित परिपथ की आवश्यकता वाले प्रवर्धक उपकरण को हानि पहुंचाता है; नीचे देखें।
- एक प्रवर्धक जानबूझकर या नहीं, कई कारणों से अपने धारा आउटपुट, या इनपुट वोल्टेज को सीमित कर सकता है। इस प्रकार सीमित परिपथ सामान्य ऑपरेशन में प्रभाव में आने की उम्मीद नहीं की जाएगी, किन्तु केवल जब आउटपुट लोड विद्युत प्रतिरोध बहुत कम है या इनपुट संकेत स्तर असाधारण रूप से उच्च है, उदाहरण के लिए कतरन के इस रूप का परिणाम वोल्टेज तरंग के लिए सपाट शीर्ष नहीं बना सकता है, जबकि धारा तरंग के लिए सपाट शीर्ष है।
- एक ट्रांसफॉर्मर (सामान्यतः ट्यूब उपकरण में चरणों और आउटपुट के बीच उपयोग किया जाता है) क्लिप होगा जब इसका लौह-चुंबकीय कोर संतृप्ति (चुंबकीय) बन जाएगा।
जांच
इस प्रकार से लागू होने वाले लाभ के लिए समायोजन के साथ आउटपुट संकेत के साथ मूल इनपुट संकेत की तुलना करके परिपथ में क्लिपिंग का पता लगाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि किसी परिपथ में 10 dB लागू लाभ है, तो इसे 10 dB द्वारा आउटपुट संकेत को क्षीण करके और इनपुट संकेत से तुलना करके क्लिपिंग के लिए परीक्षण किया जा सकता है। इस प्रकार क्लिपिंग पहचान संकेतकों को रोशन करने के लिए दो संकेतों के बीच अंतर का उपयोग किया जा सकता है और क्लिपिंग को प्रबंधित करने के लिए पूर्ववर्ती परिपथ के लाभ को कम करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।[9]
क्लिप किए गए संकेतों को अधिकांशतः चौकोर किया जाएगा, जहां फूरियर ट्रांसफॉर्म में तीसरे हार्मोनिक्स प्रासंगिक आउटलेयर हैं। इस प्रकार अपेक्षित साइन तरंग के स्थिति में, अजीब हार्मोनिक्स की उपस्थिति अधिकांशतः सुझाव देगी कि संकेत को हार्ड क्लिप किया गया है। इस प्रकार "सॉफ्ट क्लिप" में पठार के दोनों किनारों पर घुटना होगा, जो निम्न आवृत्ति स्पेक्ट्रम में कई समान ओवरटोन की उपस्थिति प्रदर्शित करता हैं।
यह भी देखें
टिप्पणियाँ
- ↑ This includes most integrated circuit and discrete solid state circuits. The limitation relative to the power supply voltage depends on the design of the circuit (especially the driver configuration) and the saturation voltage (Vce(sat) for bipolar transistors, or Rds(on) for Field Effect Transistors), and further reduced if the output stage does not have a quiescent DC output voltage set to half the supply voltage. For example, with a typical operational amplifier the Absolute Maximum Rating for the supply voltage is 36 volts, and a safe operating design supply voltage is 30 volts; if this was supplied as a perfectly balanced +15V and -15V then the theoretical peak output for an ideal rail-to-rail opamp would be 15 Volts peak (10.6V RMS, 30V peak-to-peak), but a real-world opamp such as the 741 is likely to only be able to drive about 10 volts peak into loads above 2 kilohms, i.e. about 7.1V RMS).
- ↑ Possibly because a transistor is biased so its collector voltage is not half the supply voltage (or the "balanced" power supply rails aren't perfectly balanced). Bootstrapping or a redesign of the circuit may alleviate this when it is caused by difficulties in driving emitter follower output stages.
संदर्भ
- ↑ Zottola, Tino (1996). वैक्यूम ट्यूब और गिटार और बास एम्पलीफायर सर्विसिंग. Bold Strummer. p. 6. ISBN 0-933224-97-4.
- ↑ Jim Lesurf. "क्लिपिंग ट्वीटर डैमेज". Retrieved 2018-03-05.
- ↑ Chuck McGregor (2017-08-24). "Why Should We Care About Power Amplifier Clipping?". Retrieved 2018-03-05.
- ↑ Duncan, Ben (1996). उच्च प्रदर्शन ऑडियो पावर एम्पलीफायर. Newnes. pp. 79–80. ISBN 9780080508047.
- ↑ Duncan, Ben (2009). "Interfacing and Processing". In Douglas Self; Ben Duncan; Ian Sinclair; Richard Brice; John Linsley Hood; Andrew Singmin; Don Davis; Eugene Patronis; John Watkinson (eds.). Audio Engineering: Know It All. Know It All. Vol. 1. Newnes. p. 278. ISBN 9780080949642.
- ↑ Donoho, David L.; Philip B. Stark (June 1989). "अनिश्चितता के सिद्धांत और सिग्नल रिकवरी". SIAM Journal on Applied Mathematics. Society for Industrial and Applied Mathematics. 49 (3): 906–931. doi:10.1137/0149053. ISSN 0036-1399.
- ↑ "एकॉन डिजिटल डीक्लिप". Acon Digital (in English). Retrieved 2022-12-13.
- ↑ "गिरावट". CEDAR Audio. Retrieved 2018-09-13.
- ↑ US 5430409, "Amplifier clipping distortion indicator with adjustable supply dependence"
