Compensation of phase distortion in high-performance audio systems

Hi-end manufacturers often make use of some quantitative measures such as spectral flatness, harmonic distortion or maximum power as indicative of the quality of their systems. Such features are optimized with extreme care, and usually boasted in advertising as granting the highest possible fidelity in audio reproduction. The phase response of a system (i.e. the distribution of delays which affect each frequency component) is hardly addressed, thought by many to have absolutely no effect on the listening experience. Nonetheless, the scientific literature from the last decades reports several phenomena of audibility of phase distortion, i.e. the waveform distortion due to a non-ideal phase response. Its consequences on the audio experience might be subtle, but cannot be ignored in an environment where the search for high fidelity is pushed to the limit. The present thesis is meant to analyze the origins of phase distortion in audio systems, together with its perceptual effects. Furthermore, we report some experiments that have been performed in an attempt to correct the phase distortion for higher audio reproduction fidelity, with the use of real-time digital signal processing.

I costruttori di dispositivi Hi-Fi usano spesso delle misure quantitative quali la risposta in frequenza, distorsione armonica o potenza massima, come indici di qualità dei propri prodotti. Queste caratteristiche vengono ottimizzate con cura estrema, e riportate orgogliosamente nelle pubblicità per vantare la miglior fedeltà di riproduzione possibile. La risposta in fase dei sistemi (ovvero la distribuzione dei ritardi a cui è soggetta ciascuna componente spettrale) è pressochè ignorata, poichè molti ritengono che non abbia alcun effetto sull'esperienza di ascolto. Tuttavia, la letteratura scientifica degli ultimi decenni documenta diversi fenomeni di udibilità della distorsione di fase, ossia il cambio nella forma d'onda di un segnale dovuto a una risposta in fase non ideale. Le sue conseguenze sull'ascolto sono marginali, eppure non possono essere ignorate in un ambito dove l'ottimizzazione della fedeltà è portata agli estremi. La presente tesi si propone come un'analisi delle origini della distorsione di fase in sistemi di riproduzione audio, nonchè dei suoi effetti percettivi. Inoltre, riportiamo degli esperimenti che sono stati eseguiti nel tentativo di correggere la distorsione di fase per una migliore fedeltà di riproduzione audio, usando del processamento di segnali digitali in tempo reale.