В аудио- и видеосистемах в выходной сигнал часто вносятся дополнительные нелинейные искажения. На первый взгляд этот прием может показаться неразумным, однако именно таким способом добиваются увеличения средней выходной мощности и ограничения пиков.

В цифровых системах искажения сигнала проявляются как насыщение цифровой выборки. То есть при чрезмерном усилении старший значащий разряд (СЗР) превосходит максимально возможное значение. Например, если 24-разрядная выборка имеет значение 0х900000, то при усилении сигнала на 12 дБ происходит переполнение, и старший бит оцифрованного звукового сигнала теряется (см. рис. 1).

Задача заключается в том, чтобы произвести обратное понижающее преобразование и получить требуемый аудиосигнал.

Рис. 1. При обрезании амплитуды сигнала искажения увеличиваются. При уменьшении выходного сигнала средняя мощность при заданном размахе напряжения увеличивается

Во многих аудиопроцессорах максимальное значение выборки меньше полного размаха звукового сигнала. Например, в процессорах TI используется формат 9.23 (см. рис. 2).

Рис. 2. Отображение стандартной 16- или 24-разрядной выборки в 32- или 48-разрядной памяти

К цифровой выборке с обоих концов добавляются биты. Со стороны младшего разряда – для сохранения информации при ослаблении сигнала, а старшие 9 разрядов используются для защиты аудиосигнала от непредвиденного ограничения.

При ограничении амплитуды возникают амплитудные потери в выходном сигнале. При обрезании сигнала на 10% потери на выходе составят примерно -1 дБ.

Пример

Рассмотрим пример. Пусть требуется увеличить коэффициент искажений (THD) на 10%. Мощность выходного сигнала -12 дБ, среднее значение входного сигнала равно -10 dBFS (каждый разряд соответствует уровню -10 дБ). Формат данных 9.23.

Сигнал необходимо усилить до полной шкалы плюс 9 добавочных битов. Соответственно, в функции усиления к исходному источнику добавляем 10 дБ, чтобы получить значение полной шкалы и еще 27 дБ для добавочных битов. Последняя добавка 3 дБ для срезания амплитуды. Всего добавляется 40 дБ.

Для получения выходного сигнала -12 дБ его нужно ослабить на 39 дБ. Искажение полученного сигнала составляют 10% искажений. При увеличении искажений увеличивается средняя мощность и одновременно упрощаются требования к источнику питания и колонкам.

Приведенная методика позволяет за счет уменьшения достоверности аудиосигнала увеличить его среднюю выходную мощность. Раньше это достигалось путем установки коэффициента усиления системы больше, чем может позволить источник питания. 

Хотя рассмотренная методика не подходит для высокопроизводительных систем с высоким качеством звука, она является достаточно распространенной практикой в дешевых аудиосистемах, когда потребители оценивают качество системы по средней мощности, а не точности и чистоте звучания.