Voy a intentar con mis palabras explicar lo que entiendo de ellos y cómo los incorporo dentro de mis objetivos de diseño. Es un tema muy controversial y existen opiniones encontradas. Podría decirte que existe casi similar cantidad de personas que se decanta por un tipo de perfil en sus sistemas, como la cantidad que se decanta por el otro perfil. Yo aún estoy en la fase de experimentación con ellos, tratando de juntar y masticar teoría que trate de explicar el fenómeno físico que se produce.
Si vos inyectás una señal periódica, contínua y de tono fijo a un sistema no lineal, a la salida obtendrás una señal alterada, la cual, por series de Fourier, puede ser descompuesta en una señal de frecuencia coincidente con la de la señal inyectada más una serie de señales de frecuencias múltiplo de la señal inyectada. Si hablamos de amplificadores, los cuales se comportan como no lineales en algún aspecto, la señal fundamental saldrá modificada también en amplitud, como así también la amplitud de cada una de las señales de frecuencia múltiplo de la señal inyectada o fundamental. Uno pretendería que a la salida solo aparezca la señal fundamental alterada solo en amplitud, sin nada más. Como eso no es posible, siempre van a aparecer señales adicionales, productos de la alinealidad del sistema. Las señales adicionales cuya frecuencia es del doble, cuádruple, séxtuple, etc. de la fundamental, son los armónicos pares, mientras que las señales adicionales cuya frecuencia es del triple, quíntuple, etc. de la fundamental son los armónicos impares. Tanto los armónicos pares como los impares, todos juntos a la fundamental, hacen al tono final característico de lo que sale del sistema no lineal. Resulta obvio que cuanto menor amplitud tengan los componentes adicionales en relación a la amplitud de la componente fundamental, más parecida va a ser la componente amplificada a la señal original (solo variando en el factor de amplificación).
Hay que tener presente que tanto a la componente fundamental como a los componentes armónicos se los puede representar como suma de funciones seno o coseno de frecuencias enteras. Incluso, como funciones todas tendrán su fase respectiva.
Aquí me detengo para explicar un fenómeno muy sencillo y que ayuda a entender la influencia de los armónicos: cada instrumento musical posee un timbre característico, el cual está dado principalmente por el contenido de armónicos que acompañan a la fundamental. Habrá instrumentos que tengan muy poco contenido armónico acompañando a la fundamental, tanto en amplitud como en frecuencias, como instrumentos en donde sus armónicos sean casi comparables en amplitud con la de la fundamental o que posean una distribución muy precisa en el espectro.
Sabiendo que la aparición de componentes armónicos es inevitable, existen determinadas cadencias (la forma del escalonamiento de amplitud de los componentes en relación a la fundamental) que da la percepción de una reproducción más natural o más parecida a la señal original. Por ejemplo, si el sistema generara solo el primer armónico par que acompañe a la fundamental, acorde a la amplitud del mismo en relación a la fundamental, ocurriría que se percibiría prácticamente como la señal original, hasta ciertos niveles aún elevados del componente armónico. Podría ser posible que no detectes diferencias entre la original y la salida, aún con niveles del 1 al 2 % del primer armónico par. Muy diferente resulta si tu sistema generara solo el primer armónico impar, el cual, aún sumado en muy poquita proporción a la fundamental podría ser fácilmente detectado (0,1 % o menos).
Por lo general, los armónicos pares son menos perceptibles aún en importante amplitud, mientras que los impares son fácilmente detectables aún en escasa amplitud. La incidencia es más perceptible conforme se trate de múltiplos más altos, siendo válido tanto para pares como impares. Es por ello que se permitiría mayor amplitud de H2, que H4; a su vez H4 mayor que H6 y así sucesivamente. Por otro lado, el H3 resulta menos perceptible que el H5 y así sucesivamente. En relación a todo ésto, hay quienes sostienen que un sistema resulta más parecido al natural si dispone de una cadencia decreciente de amplitud de armónicos con la frecuencia. La percepción que produce tener más amplitud de la necesaria en los armónicos impares en relación a los pares, sería de un mayor grado de detalle en la reproducción, pero a la vez causa fatiga. Acorde al contenido armónico, podrían darse un montón de descripciones al sonido, incluso hay quienes sostienen que da una percepción diferente de la escena sonora en cuanto a ubicación de los instrumentos (yo hasta ahí no llegué, solo pude experimentar que un preciso balance de amplificación entre canales, ayuda al armado de la imágen sonora y su posicionamiento, como así también la influencia del crosstalk en el armado de la imágen => fuente de alimentación).
Hay determinadas configuraciones circuitales que favorecen o intentan cancelar algún tipo de armónicos. Por lo general, las configuraciones simétricas tienden a cancelar los armónicos pares, mientras que las configuraciones asimétricas tienden a resaltarlos. Aquí entra en juego la fase de los componentes armónicos, donde si dispusieras convenientemente dos etapas (una a continuación de la otra) que distorsionen igual en amplitud pero con fase armónica diferente, podría darse que o bien se aumente o bien se disminuya la distorsión total (el caso de poner dos etapas en single ended en cascada, es decir, una a continuación de la otra). Miremos, por ejemplo, dos sistemas en cascada que generen un 1 % de distorsión de orden par cada uno (H2). Si bien van a generar armónicos H3 y H4 a menor nivel, centrémonos en analizar solo el H2 de cada uno. Si la fase de esos H2 en cada etapa es igual, tendremos como salida general una señal distorsionada con H2 del 2 % (se suma la amplitud de los componentes armónicos de cada etapa). Si la fase entre uno y otro difiere en 30°, la distorsión resultante es de H2 del 1,93 %. Si la fase entre uno y otro difiere en 60°, la distorsión resultante es de H2 del 1,73 %. Si la fase entre uno y otro difiere en 90°, la distorsión resultante es de H2 del 1,41 %. Si la fase entre uno y otro difiere en 120°, la distorsión resultante es de H2 del 1 % (coincide con la de una etapa actuando sola). Si la fase entre uno y otro difiere en 150°, la distorsión resultante es de H2 del 0,52 % (la mitad de una etapa actuando sola). Por último, si la fase entre uno y otro difiere en 180°, la distorsión resultante es de 0 %!!! (en condiciones ideales, aunque eso no puede nunca suceder). Todo quiere decir, que podríamos tener similar chance de aumentar como de disminuir la distorsión en determinado punto de amplitud y frecuencia, con lo que solo tendríamos que jugar con la fase.
Es justamente en lo que menciono en el anterior párrafo en lo que vengo experimentando desde hace un tiempo, es decir, jugar con la fase de los armónicos y su incidencia en la distorsión total, pero aplicando a los transductores (que son los que aportan la mayor distorsión de toda la cadena sonora). De qué sirve tener amplificadores que tengan 0,0001 % de THD, si un parlante podría distorsionar tranquilamente en niveles de 2,5 a 3 % mínimo en baja frecuencia. La idea sobre la que estoy trabajando es procurar desarrollar un amplificador que distorsione en forma opuesta a la propia del parlante (por lo menos, en un rango limitado de amplitud y frecuencia), de modo que sea disminuida la distorsión más importante del sistema en un rango sensible. Si la distorsión tiene que aumentarse (por la duplicación antes mencionada), que lo haga en un rango menos sensible del espectro. Aclaro que no es el amplificador de este thread el que se encargaría de eso, ya que debería generar distorsiones más groseras, en frecuencias y amplitudes muy específicas, para lo cual tengo que caracterizar muy precisamente los parlantes que dispongo. Este fenómeno se puede experimentar con transductores que excursionen en forma importante (principalmente, wooferes) y donde se los opere dentro de lo posible en su rango más lineal (de modo que se generen la menor cantidad de armónicos para intentar minimizar). Por lo general, esto podría explicar por qué un single ended podría funcionar mejor con determinado transductor, más si carece de filtro de corte que altere la fase de los armónicos que se intenten minimizar => full range). Una prueba fácil que podría llevarse a cabo para verificar la minimización o maximización de la distorsión acústica en determinada amplitud y frecuencia, sería simplemente invertir la fase del parlante a la salida del amplificador (con esto mismo podríamos esconder determinada distorsión, que solo se podría minimizar con determinada fase del parlante).
Abrazos
Por ejemplo, aquí la respuesta distorsiva de un woofer alimentado con un amplificador de muy baja distorsión (señal acústica recogida con micrófono):
Luego, predistorsiono la señal inyectada al mismo amplificador, de modo de intentar cancelar la distorsión acústica del parlante:
Fijate que la señal predistorsionada se corresponde con la de una etapa en single ended típica.
Luego, verifico la reducción de distorsión acústica:
La distorsión acústica para esa frecuencia y amplitud aplicada se desplomó más de 7,13 veces en relación a la alimentación con la bajísima distorsión del amplificador original!!!. Fijate que alimentando al parlante con una distorsión grosera de 2,66 % (con contenido específico de H2 y H3, solamente), logro una distorsión de 0,23 % en mis oídos (si el mic no miente mucho!!!)