Estudio de grabación


CURSO BÁSICO DE TÉCNICO DE SONIDO.

En este curso vamos a abordar los conceptos primordiales que todo técnico de sonido debería tener claros. Asimismo, este tutorial también servirá para todas aquellas personas que quieran saber qué es el sonido y sus características fundamentales. Daremos, también, un pequeño repaso a los entresijos de los altavoces y las etapas de potencia.


DEFINICIÓN DE SONIDO.

El sonido es una vibración mecánica de las partículas del aire, que tras el contacto con el tímpano, se transmite al oído. Gracias al oído interno y el nervio auditivo, el cerebro interpreta estas vibraciones.

La vibración de una partícula significa que esta se mueve en las proximidades de su posición original y pasada la vibración volverá a su posición original. Una vibración es (por ejemplo) lo que ocurre en la superficie de agua en reposo, si se arroja una piedra: esta crea una vibración que avanza y hace que las partículas de la superficie suban y bajen, pero pasada la onda, las partículas siguen donde estaban.

La diferencia con el ejemplo del agua, es que en el aire los movimientos de las partículas son longitudinales, en la dirección de avance del sonido. Si tenemos una superficie que vibra, como puede ser el cono de un altavoz, la vibración se transmite a las partículas de aire que están en contacto con la superficie, empujándolas hacia adelante y hacia atrás, éstas a su vez empujan a las siguientes y cuando las primeras se retraen (se vuelven hacia atrás) las segundas también y así se va propagando la onda por aire.

 

El oído humano puede percibir entre 20 y 20.000 Hz (Hertzios = ciclos completos en un segundo). De este modo se llamarían infrasonidos a las vibraciones cuya frecuencia fuese menor de 20 Hz y ultrasonidos a las que oscilan por encima de los 20 KHz (kilo hertzios).

 

CÓMO SE MIDE.

Las perturbaciones creadas por las vibraciones sobre el estado de reposo inicial de las partículas de aire, se traducen en variaciones muy pequeñas de presión. Las partículas de aire se acercan y alejan con las vibraciones, se comprimen y "descomprimen".

Esta variación de presión es lo que se mide. La unidad de medida de la presión es el Pascal (Pa). Sin embargo esto obligaría a tratar con unidades muy pequeñas, por eso se usa otra medida relativa: el "Nivel de Presión Sonora" (NPS), que se mide en decibelios (dB). El NPS en decibelios es el resultado de la siguiente operación matemática: 20·Log10 (presión/Pref), siendo "Pref" la presión de referencia = 20·10-6 Pa ( = 0,00002 Pa). La presión de referencia es la mínima que puede detectar el oído humano medio. Con lo que si tenemos un Nivel de Presión Sonora (NPS) = 0 dB, diremos que hay silencio (Ojo: no confundir con el dBfs). En términos de habla inglesa, las referencias NPS se encuentran como SPL (Sound Pressure Level), y por influencia, también en documentación de habla hispana se suelen encontrar datos en dB SPL.

 

Unos valores medios en dB son los siguientes:

25 dB NPS en un dormitorio urbano 57 dB NPS en conversación normal

64 dB NPS en conversación de tono elevado 85 dB NPS durante un grito

115 dB NPS en una discoteca 130 dB NPS de umbral de dolor

Tabla orientativa sobre los niveles de presión sonora en diferentes ambientes.

 

COMO SE PROPAGA.

El sonido es una vibración, que, como tal, se puede dar en cualquier medio material, sólido, líquido o gaseoso (como el aire). En cada medio, se propaga a una velocidad diferente, principalmente en función de la densidad. Cuanto más denso sea el medio, mayor será la velocidad de propagación del sonido. En el vacío, el sonido no se propaga, al no existir partículas que puedan vibrar. En este caso tenemos una muestra del clásico error de las películas de ciencia ficción: el sonido de las explosiones en el espacio. Dado que el sonido no se propaga en el vacío.........quita tus propias conclusiones........

En el aire, el sonido se propaga a una velocidad aproximada de 343 m/s (metros por segundo). Esta velocidad puede variar con la densidad del aire, afectada por factores como la temperatura o la humedad relativa. En cualquier caso, para distancias de decenas de metros las variaciones son mínimas.

En el agua, un valor típico de velocidad del sonido son 1500 m/s (el agua es más densa que el aire). En el agua, la densidad varía mucho en función de factores como la profundidad, la temperatura o la salinidad.

La propagación del sonido en el agua, es el fundamento de los sistemas de sonar utilizados en barcos y submarinos para detectar obstáculos u objetivos y para enviar datos codificados. Para aplicaciones sonar las frecuencias que se utilizan corresponden a los ultrasonidos.

En materiales metálicos, el sonido se propaga a velocidades superiores a las anteriores, por ejemplo, en el acero el sonido se propaga a una velocidad en torno a 5000 m/s. En materiales sólidos se utiliza el sonido y las propiedades de reflexión para detectar fallas estructurales y grietas, sin necesidad de tener acceso a toda la estructura. Por ejemplo en una viga, bastará con acceder a una de sus terminaciones para poder conocer su estado, empleando ultrasonidos y ecogramas.

Divergencia esférica: el nivel de presión disminuye conforme el sonido se propaga. Cuando el frente de onda es esférico, en la mayoría de los casos, el nivel de presión cae 6 dB por cada vez que se duplica la distancia. Estas se llaman pérdidas por divergencia esférica. Si por ejemplo se mide el NPS que produce una excavadora a cinco metros y este es de 100 dB, podremos decir que a 20 m el NPS será de 88 dB, y a 40 m serán 82 dB. Cuando el frente de onda es plano, no hay pérdidas por divergencia. Un ejemplo de este tipo de propagación se da en la propagación del sonido por el interior de una tubería.

 

REFLEXIÓN, TRANSMISIÓN, ABSORCIÓN Y DIFRACCIÓN.

 Reflexión y transmisión.

Cuando una onda acústica incide sobre una superficie plana que separa dos medios, se producen dos ondas: una de reflexión y otra de transmisión. Cuando la inclinación de la onda incidente es superior a una ángulo dado (ángulo crítico), sólo se produce onda reflejada. Cuanta energía pasa a formar parte de la onda reflejada y cuanta pasa ser parte de la onda transmitida, es función de la relación de impedancias acústicas entre el primer y el segundo medio. La impedancia es la oposición que hace el medio al avance de la onda, algo así como la "dureza" del medio. Cuando se pasa del medio aéreo al acuático, casi toda la energía se refleja, debido a que las impedancias son muy dispares. En cambio, entre una capa de aire frío y otra de aire caliente, casi toda la energía de la onda acústica pasa a formar la onda transmitida, ya que la impedancia acústica es parecida.

 

Absorción.

Una onda acústica implica el movimiento de partículas, las cuales rozan entre sí. Este roce consume parte de la energía, que se convierte en calor, disminuyendo la energía acústica total. La pérdida de energía, o absorción, depende de cada frecuencia, siendo generalmente mayor a altas frecuencias que a bajas frecuencias.

En medios fluidos como el aire o el agua se pueden dar los datos de absorción en función del camino recorrido por la onda acústica. La siguiente tabla muestra la absorción del aire a 20º centígrados y humedad del 70% para distintas frecuencias, en dB por kilómetro.

 La absorción es mucho mayor en las altas frecuencias que en las bajas. Por ejemplo, una onda acústica de frecuencia 500 Hz que recorre dos kilómetros sufre unas pérdidas por absorción del aire de 5.2 dB. Para calcular el nivel real, habría que tener en cuenta las pérdidas por divergencia esférica. También existe otro parámetro de la absorción, y es el que se usa en las especificaciones de materiales acústicos. Se suele llamar "coeficiente de absorción a:", es adimensional y sus valores van de 0 a 1, siendo cero equivalente a mínima absorción y uno máxima absorción. Este valor se usa principalmente para calcular los tiempos de reverberación de salas. El coeficiente "a:" de un panel acústico depende principalmente del espesor, porosidad y de la forma que tenga.

 

Difracción.

Se entiende por difracción cualquier desviación de la propagación en línea recta debida a la presencia de algún obstáculo en el medio homogéneo. Por ejemplo, un muro que separa una zona residencial y una carretera, ya que no se interrumpe el medio de propagación: el aire. De forma parecida a como actúa la luz cuando se encuentra con un obstáculo, actúan las ondas acústicas. También se puede hablar de sombra acústica creada por un obstáculo. La sombra creada es distinta según la frecuencia de la que se trate.

Así las altas frecuencias "proyectan" una sombra más definida que las bajas frecuencias. Es decir, si entre el oyente y una fuente sonora que están en campo abierto, se sitúa un obstáculo (por ejemplo se levanta una pared de dos metros), el oyente percibirá una reducción de la intensidad del sonido total. Sin embargo, esta reducción será poca a las frecuencias próximas a 20 Hz (bajas frecuencias) y mucha a las frecuencias próximas a los 20 KHz (altas frecuencias), alrededor de 10 dB. En este caso se podrá decir que las bajas frecuencias sufren más difracción que las altas, en otras palabras: su trayectoria se ha curvado más, rodeando el obstáculo.

 

FRECUENCIA, MÓDULO Y FASE.

La frecuencia de oscilación de una partícula (o de cualquier magnitud, como por ejemplo el voltaje de una señal eléctrica) es la cantidad de ciclos completos en un tiempo dado. La frecuencia se mide en hertzios (Hz.), e indica el número de ciclos completos en un segundo. Un ciclo es el recorrido completo que efectúa una partícula desde su posición central, hasta otra vez esa misma posición, habiendo pasado por su posición de desplazamiento máximo y mínimo.

Los sonidos de una única frecuencia, se llaman tonos puros. Un tono puro se escucha como un "pitido", el timbre dependerá de la frecuencia que lo genere. El sonido que se escucha en el teléfono antes de marcar, por ejemplo, corresponde a un tono puro de frecuencia cercana a 400 Hz. El tono de la "carta de ajuste" de la televisión, corresponde a una frecuencia de 1000 Hz.

La posición de una partícula en un instante de tiempo concreto, dependerá de tres factores: frecuencia, módulo y fase. La frecuencia ya se ha definido. El módulo indica la amplitud de la oscilación, si se trata de partículas que se mueven, el módulo estará definido en metros (m), si se trata de una señal eléctrica, el módulo estará definido en voltios (V). En el siguiente ejemplo se tienen dos partículas que realizan ciclos completos (hacen un ciclo y paran). Las dos oscilan con igual frecuencia, pero varía la amplitud, ya que el módulo de la partícula II es mayor que el módulo de la partícula I.

La fase indica la posición de la partícula que oscila en el momento de empezar a contar el tiempo, es decir en T = 0 s. La fase se mide en radianes (rad) o en grados (º). 360º = 2Õ rad. Si calculamos el coseno de la fase, nos da un valor entre 1 y -1. Viendo las partículas I y II, "1" significaría que la partícula estaba a la derecha del todo, "-1" a la izquierda del todo.

Se habla de fase relativa cuando lo que interesa es la diferencia que existe entre dos movimientos de la misma frecuencia. Si dos partículas u ondas se mueven con igual frecuencia, pero cuando una pasa por cero, la otra no lo hace o lo hace en dirección contraria, tendrán una fase relativa distinta de cero. Exactamente si cuando una pasa por cero, la otra lo hace en dirección contraria, tendrán una fase relativa de 180º (grados) o de Õ radianes. En este caso, si las dos ondas tienen igual módulo, se cancelarán una a la otra, siendo el resultado total cero. Si dos manos tratan de mover con igual fuerza una hoja de papel, cada una desde un lado, con fase relativa cero, el desplazamiento de la hoja será máximo. Es decir, cuando una empuja la otra recoge (las dos pasan por cero en el mismo momento y misma dirección). Si lo hacen con fase relativa 180º, el desplazamiento será nulo.

El "periodo" (T) es el inverso de la frecuencia (T=1/f). El periodo se mide en segundos (s). Según esta definición, en el ejemplo de las tres partículas en movimiento. la primera tiene un periodo de 4 segundos, en la segunda T=2 s. y en la tercera T=1 s.

Cualquier sonido (voz, música, ruido...) está compuesto por múltiples frecuencias. Se puede descomponer el sonido en múltiples tonos puros. Si un sonido cambia con el tiempo, la amplitud y fase de cada tono puro o frecuencia en que se descompone ese sonido, también variará con el tiempo.

 

ESPECTRO

El espectro es la representación de las frecuencias que componen una señal de audio. El espectro se obtiene calculando la energía que aporta cada frecuencia al sonido total. Normalmente la representación no se hace en términos de energía directamente, sino que se calcula el nivel (10Log) respecto a la energía de referencia. Con esto se obtiene el "Nivel espectral" expresado en dB. Aunque el proceso de cálculo es bastante tedioso, la electrónica e informática actuales, con hardware o software que trabajan con procesos TFT y FFT, simplifica enormemente el trámite, por lo que no se dará más información en este sentido.

Como curiosidad, comentar que hace escasos 10 años, para calcular el nivel espectral de una señal de audio de escasa duración se requerían varios minutos o incluso horas y potentes ordenadores. Actualmente todos estos cálculos se implementan en procesadores y plugins capaces de mostrar los resultados en tiempo real.

De cara a emplear menos recursos y menos tiempo de cálculo, no se calcula en nivel espectral para cada frecuencia (cerca de 20.000) sino que éstas se agrupan en bandas, dando lugar a la representación en "bandas de frecuencia".

Las siguientes figuras muestran representaciones espectrales de un sonido indeterminado (en un instante concreto) cuyo espectro completo está representado en la figura de abajo. La figura central muestra el espectro representado en bandas de media octava y la figura de arriba en bandas de una octava. Las representaciones en octavas suelen contar con 10 bandas y las de media octava con 20. También se utilizan las de tercio de octava (30 o 31 bandas).

 

TIMBRE

El oído humano percibe el timbre en función de las frecuencias que componen la señal escuchada. Los humanos tenemos buena agudeza auditiva cuando se trata de distinguir frecuencias. En cambio, tenemos una agudeza pobre para localizar la fuente del sonido. Se pueden diferenciar dos tonos, uno de 100 Hz de otro de 101 Hz, pero no uno de 1000 Hz de otro de 1001 Hz. Sin embargo sí se percibe la diferencia entre de uno de 1000 Hz y otro de 1010 Hz; esto es debido a la audición logarítmica. La agudeza frecuencial del oído se sitúa en torno al 1%, puede distinguir tonos cuyas frecuencias varían en sólo un 1%.

El oído humano se comporta, en lo que a sonoridad se refiere, como un conjunto de 24 filtros de 1/3 de octava. Este hecho se puso de manifiesto al hacer medidas de sonoridad y comparar las sonoridades de ruidos de banda estrecha, manteniendo constante la presión media total, pero aumentando el ancho de banda por pasos. Se descubrió que para distintos anchos de banda menores de 1/3 de octava, todas las señales se percibieron con igual sonoridad. Cuando se superaba el ancho de banda de 1/3 de octava, la sonoridad percibida aumentaba. Esto es debido a que se comienzan a excitar los nervios de las zonas filtrantes vecinas, en el oído interno. Por este motivo las representaciones en tercio de octava son tan usadas y útiles.

 

ENMASCARAMIENTO

El enmascaramiento de un tono o de un ruido de banda estrecha sobre otro, es una experiencia diaria. Cuando se encuentra dificultad o imposibilidad para escuchar algún sonido (música, habla...) porque otro sonido (considerado ruido) está presente en el mismo momento, estamos sufriendo enmascaramiento.

Los procesos de enmascaramiento cumplen siempre:

Una banda estrecha de ruido, produce más enmascaramiento que un tono puro de igual frecuencia central y misma intensidad.

Cuando el ruido es de bajo nivel, el enmascaramiento se produce en una banda de frecuencia estrecha alrededor de la frecuencia central del ruido.

El efecto de enmascaramiento no es simétrico en torno a la frecuencia central del ruido enmascarante. Las frecuencias superiores sufren más los efectos de enmascaramiento.

En la gráfica que se muestra a continuación, se pueden ver los efectos b) y c). La línea curva inferior delimita el umbral medio de audición.

 

RESPUESTA EN FRECUENCIA

Se llama respuesta en frecuencia al comportamiento de un dispositivo de audio frente a las distintas frecuencias que componen el espectro de audio (20 a 20.000 Hz).

Todos los dispositivos de audio cumplen una función determinada, los micrófonos recogen vibraciones acústicas y las convierten en señales eléctricas (que igualmente tendrán módulo, fase y frecuencia). Los altavoces convierten señales eléctricas en vibraciones acústicas. Todos los dispositivos manejan frecuencias de audio, pero no reaccionan igual ante todas las frecuencias.

De igual forma que el oído humano no escucha igual todas las frecuencias, los micrófonos tampoco, ni los amplificadores trabajan igual con todas igual, ni los altavoces son capaces de reproducir todas las frecuencias por igual. Esta última es la razón por la que en la mayoría de los equipos domésticos, hay por lo menos dos altavoces distintos por caja. Uno para reproducir las frecuencias graves y otro para reproducir las frecuencias altas.

 

DISTORSIÓN

En el sentido más general existe distorsión cuando la señal que sale de un equipo no es la misma que entró. La distorsión es otra medida de calidad de uso generalizado y suele ser dada por el fabricante.

Hay diferentes tipos de distorsión: distorsión lineal (de amplitud y de fase) y distorsión no lineal (THD y IMD).

1.- Distorsión lineal de amplitud o distorsión de amplitud.

Se da cuando la señal a la salida del equipo no guarda la misma relación de amplitud entre las distintas frecuencias que la señal de entrada. Por ejemplo, a la entrada la señal tiene 10 dB de diferencia entre la banda de octava de 1000 Hz. y la de 2000 Hz, pero a la salida la diferencia es de 20 dB. Se ha producido distorsión de amplitud. La respuesta en frecuencia es una representación de la distorsión de amplitud. Un amplificador, por el hecho de elevar el nivel de la señal, no produce distorsión de amplitud, ya que eleva el nivel de todas las bandas de frecuencia en un número de decibelios para todas igual.

Existe un tipo concreto de distorsión, relacionada con la amplitud, que se llama distorsión por recorte. Se da en los equipos que amplifican la señal cuando trabajan por encima de sus posibilidades y consiste en un "recorte" de la forma de onda.

 

RELACIÓN SEÑAL RUIDO


La relación señal ruido (S/N) es la diferencia entre el nivel de la señal y el nivel de ruido. Se entiende como ruido cualquier señal no deseada, en este caso, la señal eléctrica no deseada que circula por el interior de un equipo electrónico. El ruido se mide sin ninguna señal a la entrada del equipo.

Se habla de relación señal ruido (S/N) porque el nivel de ruido es más o menos perjudicial en función de cual sea el nivel de la señal. La S/N se calcula como la diferencia entre el nivel de la señal cuando el aparato funciona a nivel nominal de trabajo y el nivel de ruido cuando, a ese mismo nivel de trabajo, no se introduce señal. En un amplificador, cuanto más se gire el mando de potencia, más se amplificará la señal y en la misma medida se amplificará el ruido.

 

DIAFONÍA

También se habla de "separación entre canales". Este efecto perjudicial se da únicamente en los equipos estéreo. Consiste en que la salida de un canal, se obtiene parte de la señal que está entrando al otro.

Debido a la cercanía de la electrónica que compone cada canal, las inducciones magnéticas y otros fenómenos magnetoeléctricos (podemos incluir "duendecillos"), si a la entrada del canal R de un equipo se introduce una señal, parte de esa señal también aparecerá a la salida del canal L, al que no se le introdujo ninguna. La diafonía suele aumentar conforme aumenta la frecuencia, a mayor frecuencia, menor separación entre canales. Este es un parámetro típico a tener en cuenta cuando se habla de amplificadores o etapas de potencia, ya que estos equipos manejan elevadas tensiones e intensidades que provocan fuertes inducciones. En el resto de equipos estéreo, la diafonía no suele alcanzar valores relevantes. La diafonía o separación entre canales, se mide en dB (decibelios). Se suelen dar los valores (si se proporcionan) para unas frecuencias concretas significativas, típicamente 250 Hz, 1 KHz. y 10 KHz. También se suele especificar "diafonía inferior a "n" dB, lo que significa que para cada las frecuencias la separación entre canales es mayor o igual a "n" decibelios.

 

FUENTES DE SONIDO

Por "fuentes de sonido" se entienden aquellos aparatos a cuya salida se obtiene una señal eléctrica, de amplitud directamente proporcional a la amplitud de la señal de audio. Esta señal eléctrica sólo ha de ser amplificada convenientemente y conectada a unos altavoces para poder ser escuchada.

Las fuentes de sonido más comunes en una casa son: reproductor de discos de vinilo, reproductor de cintas de casete, reproductor de discos compactos (CD) y otros formatos de almacenamiento digital como DVD (Digital Versatile Disc) o MiniDisc. Además está el sintonizador de radio de bandas comerciales: AM y FM. Otras fuentes de sonido pueden ser el televisor, el vídeo o la cámara de vídeo, en aquellos que incorporan una salida de audio tradicional.

 

AMPLIFICADORES

Los amplificadores domésticos son los equipos a los que se conectan todas las fuentes de sonido en sus distintas entradas, y los altavoces en su salida estéreo. Por lo general no se requiere ningún aparato "previo" entre fuente de sonido y amplificador. En este caso, el "previo" o "preamplificador" está integrado en el amplificador, por lo que éste se llamará amplificador integrado. Actualmente todos los amplificadores domésticos son "amplificadores integrados", y se denominan simplemente "amplificadores".

El preamplificador (integrado o no), es el sistema encargado de proporcionar al amplificador la señal en óptimas condiciones (nivel, impedancia, dinámica, ecualización). Cada fuente de sonido requiere un previo específico. Por este motivo, en los amplificadores integrados, las entradas de señal están marcadas: PHONO (giradiscos), TAPE (reproductor de casete), CD, AUX (equipos auxiliares), MIC (micrófono)... algunas son conmutables, como CD y TAPE, y a veces también AUX.

 

Niveles de tensión de una señal antes y después de pasar por un amplificador.

La función del amplificador es suministrar potencia eléctrica a los altavoces. La señal eléctrica a la salida tiene igual forma de onda que a la entrada (tras pasar el previo), pero varían las magnitudes. En lugar de tensiones de decenas de milivoltios (mV), alimenta a los altavoces con tensiones de decenas de voltios (V) y corrientes que pueden llegar a varios amperios (A). Las señales de línea, (las que entran al amplificador) no alcanzan los miliamperios. Toda esta tensión y corriente que se emplea en mover los altavoces, sale de la fuente de alimentación interna que a su vez la toma de la red eléctrica general. La figura anterior representa cómo el amplificador aumenta la tensión (V) de la señal sin perturbar la forma de onda, suministrando gran cantidad de corriente (I). El producto del voltaje por la intensidad es la potencia (P) en vatios (W), I · V = P.

La principal característica que define un a amplificador es su potencia. Existen dos medidas de potencia definidas:

1.- Potencia Nominal, RMS, Eficaz o Continua:

Se define como la potencia que el amplificador es capaz de proporcionar a la carga nominal (normalmente 8 ohmios), con ambos canales excitados simultáneamente en un margen de frecuencias de 20 Hz. a 20 KHz. y con una distorsión armónica THD menor que la determinada. La señal que se utiliza para esta medida es un tono sinusoidal puro de 1.000 Hz. Esto significa que se excitan ambos canales con 1 KHz, a la salida se conecta la carga correspondiente según el fabricante y se sube la potencia hasta que la THD llega a la indicada por el fabricante; entonces se ha alcanzado la Potencia Nominal.

Debido a que la señal musical que suele excitar los amplificadores tiene poco que ver con la señal sinusoidal usada para medir la Potencia Nominal, se recurre a la Potencia Musical.

 

2.- Potencia Musical o de Pico (PMPO):

Es la máxima potencia que puede dar el amplificador a intervalos cortos de tiempo. Una de las señales propuestas como señal utilizada es una sinusoide de 1 KHz pero con picos de 20 ms. donde el nivel pasa a ser diez veces mayor. Al contrario que ocurre con la Potencia Nominal, no hay un procedimiento estándar de medida con lo que los valores resultantes tienen que venir acompañados del método de medida usado para tener validez.

Para concluir este punto, sólo decir que la reproducción de señal musical (o palabra), requiere un poco más de potencia que la reproducción de señal sinusoidal (el factor de cresta de la señal musical es mayor). Si se quieren tener 100 W musicales, habrá que instalar unos 120 W nominales.

 

FILTROS Y ECUALIZADORES

Los filtros fijos son aquellos que sólo permiten al usuario actuar para conectarlos o desconectarlos. Asociados a los reproductores de vinilo existían muchos tipos de filtros que han caído en desuso.

Tenemos varios ejemplos de estos filtros. El filtro MPX es un filtro paso bajo que evita la introducción de la subportadora piloto de FM en las grabaciones de esta fuente. La frecuencia de corte suele estar en 18KHz y la atenuación mínima es de 18dB. Otro tipo de filtro fijo del que a veces se dispone es un filtro paso alto que introduce una atenuación de más de 18dB a la frecuencia de red (50Hz) para que no se escuche el típico zumbido que se produce cuando la fuente de alimentación no aísla bien esta frecuencia.

 

ALTAVOCES

Los altavoces se encargan de transformar la energía eléctrica proveniente del amplificador en energía acústica radiada al aire, esto es, en variaciones de presión. Se dicen que son transductores electro-mecánico-acústicos, porque transforman la energía eléctrica en mecánica y la mecánica en acústica.

Se pueden clasificar de diversas maneras. Atendiendo al tipo de transductor electro- mecánico: magnéticos, electrodinámicos, electrostáticos, piezoeléctricos, de cinta, magnetoestrictivos, neumáticos, iónicos...

Atendiendo al tipo de transductor mecánico-acústico: conos (radiación directa) o bocinas (radiación indirecta).

Atendiendo al margen de frecuencias que cubren: woofers y sub-woofers (bajas frecuencias), mid-range (medias frecuencias), tweeters (alta frecuencia) o banda ancha. Cuando se trata de altavoces para uso doméstico se suelen emplear configuraciones de varias vías (normalmente dos) y con bass-reflex montado todo en una caja cerrada.

 

CADENAS DE MÚSICA

Este es un concepto principalmente comercial. Se entiende por cadena de música el conjunto fuentes de sonido + amplificador + altavoces, procedentes de la misma fábrica y con el mismo diseño. Las cadenas de música se sirven por módulos (aparatos físicamente independientes) o por bloques, donde lo único separable son los altavoces. La gran proliferación de las cadenas de música es debida principalmente a la comodidad que representan para el consumidor a la hora de la elección, ya que se escogen de una vez todos los equipos y las conexiones están hechas (si son compactas) o vienen indicadas y con los cables precisos (si son modulares).

La mayoría de los consumidores no tienen los conocimientos ni el tiempo necesario para "construir" su propia cadena de música, comprando cada componente por separado.

Además no hay que olvidar el factor estético, que en las cadenas de música está muy cuidado y comprando aparatos por separado lo tiene que cuidar el comprador. Atendiendo a su tamaño, se pueden clasificar en tres tipos: 1) cadenas, 2) mini-cadenas y 3) micro-cadenas. Las últimas siempre son compactas, las segundas suelen ser compactas y las primeras suelen ser modulares.

Las cadenas de música suelen ofrecer, además de las funciones ya explicadas, muchas opciones de cara a hacerlas más atractivas y útiles: pantallas luminosas en muchos colores, varios tipos de ecualización, efectos de tres dimensiones, karaoke, reloj, despertador, alarma, programador...

 

DEFINICIÓN Y TIPOS DE TRANSDUCTOR

Un micrófono es un dispositivo capaz de convertir la energía acústica en energía eléctrica. El valor de la tensión de la energía eléctrica es proporcional a la presión ejercida en el micrófono en forma de energía acústica. Es decir, se mantiene una proporcionalidad entre las magnitudes de las energías, la que actúa (acústica) y la que resulta (eléctrica).

Al dispositivo capaz de convertir una energía en otra, se le llama transductor. Existen diferentes tipos de transductor. La primera clasificación y más importante que se hace de los micrófonos es según el tipo de transductor en el que se basan.

Existen dos principios de transducción sobre los que se basan los micrófonos: la inducción magnética y la variación de capacidad.

1.- Micrófonos de inducción magnética.

Son conocidos como micrófonos dinámicos o de bobina móvil. Se basan en una pieza magnética que crea un campo magnético permanente y un diafragma pequeño y ligero en el que va montado o acoplado una bobina de cable. La energía acústica, manifestada como presión cambiante, mueve el diafragma y en la bobina adosada, que esta inmersa en un campo magnético, se crea una diferencia de potencia eléctrico (voltaje) en sus extremos. El movimiento de la bobina, en el interior de un campo magnético hace que en los bornes de la misma, se produzca una variación de la tensión proporcional a la aceleración, si el diafragma se desplaza lentamente la tensión generada será pequeña, si el diafragma se desplaza rápidamente la tensión será mayor.

Otros tipos de micrófonos basados en la inducción magnética son los micrófonos de cinta. En este caso no se trata de una bobina sino de una cinta o membrana metálica, sujeta en el interior de una campo magnético. Los movimientos de la membrana producidos por la presión acústica, hacen que se genere tensión en los extremos del conductor.

2.- Micrófonos de capacidad variable.

Conocidos comúnmente como micrófonos de condensador. Consisten en dos placas metálicas paralelas separadas por un pequeño espacio. La placa frontal suele ser de plástico metalizado y hace de diafragma, es ligera para poder ser movida por la presión acústica. La placa trasera está fija. Estas dos placas juntas forman un condensador. Un condensador es un componente capaz de almacenar energía eléctrica. Al ser movida la placa frontal por acción de la energía acústica, la capacidad del condensador varía, produciendo una variación de la tensión en función de la señal acústica. La señal de salida es muy pequeña y la salida del condensador es de muy alta impedancia por lo que necesitan de un pre- amplificador.

El pre-amplificador es un circuito electrónico que aumenta los valores de la señal eléctrica que produce el condensador (amplifica) y que adapta la impedancia de salida del condensador a valores más manejables. Debido a que los condensadores de estos micrófonos necesitan una tensión de polarización y que los pre-amplificadores necesitan una tensión de alimentación, los micrófonos de condensador tienen una fuente de alimentación llamada fantasma o "phantom". En otros casos, el cuerpo del micrófono incorpora las baterías o es la mesa de mezclas a la que va conectado la que proporciona esta tensión. La tensión de alimentación es una tensión continua que se transmite por el mismo cable por el que el micrófono transmite la señal de audio. La señal de audio es variante y la de alimentación continua, por lo que no interfieren y se separan mediante un simple transformador.

Algunos micrófonos de condensador tienen un diafragma electret cuyo material le permite mantener constante la tensión de polarización, lo que elimina la necesidad de una tensión de polarización externa. De este modo una pequeña batería que alimente el pre- amplificador es todo lo necesario, haciendo estos micrófonos más compactos y pequeños. Los micrófonos de los ordenadores personales son electret.

 

ETAPAS DE POTENCIA

La etapa de potencia es la encargada de suministrar la potencia a los altavoces al ritmo de la señal de entrada. Los altavoces transforman la potencia eléctrica en potencia acústica. Se habla de etapa de potencia, o amplificador de potencia, en el ámbito del audio profesional, fuera de éste, se habla de amplificador.

Un amplificador doméstico y una etapa de potencia tienen como principal tarea la misma: amplificar la señal, si bien tienen diferencias importantes. La señal eléctrica a la salida de la etapa de potencia tiene igual forma de onda que a la entrada, pero varían las magnitudes. En lugar de tensiones de decenas de milivoltios (mV), alimenta a los altavoces con tensiones de decenas de voltios (V) y corrientes de varios amperios (A). La señal de línea que entra al amplificador se mide en milivatios, es decir, tiene una potencia más de 1000 veces menor que la que tendrá a la salida. El producto del voltaje por la intensidad de corriente, es la potencia (P) en vatios (W), I · V = P. Toda esta tensión y corriente que se empleará en mover los altavoces, sale de la fuente de alimentación interna que a su vez la toma de la red eléctrica general.

 

Control de entrada: es el punto a donde llega la señal de entrada. Esta sección define la impedancia de entrada del aparato y es donde se selecciona el nivel de amplificación deseado. Aumenta un poco la tensión de la señal de entrada antes de pasarla al driver. Los mandos que controlan la potencia de salida trabajan sobre esta etapa.

Driver o excitador: es la encargada de "excitar" la etapa de potencia. Para ello amplifica mucho la señal que recibe del control de entrada para elevar mucho su voltaje antes de pasarla a la etapa de potencia.

Etapa de potencia o de salida: por su importancia da nombre a todo el conjunto. Es la encargada de dotar de potencia a la señal. La señal que recibe tiene mucho voltaje, pero muy poca intensidad. Esta etapa es la que proporciona varios amperios de intensidad de corriente eléctrica a la señal, sin embargo, apenas aumenta el voltaje que traía desde driver. Maneja tensiones y corrientes muy elevadas y es la que más recursos energéticos demanda de la fuente de alimentación, es decir la etapa que más consume. Esta es la etapa que "ataca" al altavoz, donde se consume la energía eléctrica, transformándose en movimiento que genera ondas acústicas y calor.

Fuente de alimentación: es un dispositivo que adapta la electricidad de la red eléctrica general (la del enchufe), para que pueda ser usada por las distintas etapas. Como la de la figura, estas fuentes de alimentación suelen ser simétricas. Tiene que ser suficientemente grande para poder abastecer a la etapa de salida de toda la energía que necesita en el caso de estar empleándose el aparato a plena potencia. Un punto débil de las etapas de potencia suele ser la fuente de alimentación, que no puede abastecer correctamente a la etapa de salida. Una etapa de potencia estéreo tiene que duplicar las tres etapas (entrada, driver y salida) y puede usar una fuente de alimentación para todos. Los equipos de calidad estéreo incorporan dos fuentes de alimentación, una por canal.

Protecciones: las etapas de potencia actuales incorporan diversas medidas de protección contra avería, que son más o menos sofisticados en función de la calidad y coste del equipo. Pueden ir desde el típico fusible a dispositivos activos de control de potencia. Las protecciones que se pueden encontrar normalmente son:

Protección electrónica frente a cortocircuito y circuito abierto. Protección térmica para transistores de salida y transformador. Protección contra tensión continua.

Protección contra sobrecarga.

Protección contra transitorio de encendido.

Además suelen incorporar una luz de aviso de protección activada y otra de clipping, que se enciende en los picos de señal cuando la etapa de potencia está empezando a saturarse y corre peligro de avería o de que salte alguna protección que la deje fuera de funcionamiento por un tiempo; normalmente hasta que se refrigera lo suficiente.

 

CARACTERÍSTICAS

Potencia entregada a la carga (altavoz). Existen dos medidas de potencia definidas: 1.- Potencia Nominal, RMS, Eficaz o Continua: se define como la potencia que el

amplificador es capaz de proporcionar a la carga nominal (normalmente 8 ohmios), con ambos canales excitados simultáneamente en un margen de frecuencias de 20 Hz a 20 KHz y con una distorsión armónica THD menor que la determinada. La señal que se utiliza para esta medida es un tono sinusoidal puro de 1.000 Hz. Esto significa que se excitan ambos canales con 1 KHz, a la salida se conecta la carga correspondiente según el fabricante y se sube la potencia hasta que la THD llega a la indicada por el fabricante; entonces se ha alcanzado la Potencia Nominal.

Debido a que la señal musical que suele excitar los amplificadores tiene poco que ver con la señal sinusoidal usada para medir la Potencia Nominal, se recurre a la Potencia Musical.

2.- Potencia Musical o de Pico: es la máxima potencia que puede dar el amplificador a intervalos cortos de tiempo. Una de las señales propuestas como señal utilizada es una sinusoide de 1 KHz pero con picos de 20 ms donde el nivel pasa a ser diez veces mayor. Al contrario que ocurre con la Potencia Nominal, no hay un procedimiento estándar de medida con lo que los valores resultantes tienen que venir acompañados del método de medida usado para tener validez. Por este motivo, a la hora de decidir entre dos amplificadores, es mejor contar con la información de la potencia nominal.

En las especificaciones técnicas de una etapa o amplificador de potencia, se habla de Potencia sin más. Ésta es potencia nominal o eficaz. Los sufijos (nominal, musical, RMS) se usan más, curiosamente en amplificadores domésticos, a veces, para "estirar" la potencia real del aparato y otras para complicar su comprensión.

Respuesta en frecuencia. El concepto está explicado en el capítulo 4.1. Únicamente hay que decir que en general la respuesta en frecuencia será peor que en amplificadores HI-FI domésticos. Además la respuesta en frecuencia de las etapas de potencia es mejor cuando trabaja a baja potencia que cuando trabaja a máxima potencia. Esto es debido a que en el segundo caso, tiene que manejar grandes tensiones e intensidades.

Slew rate. Es una medida de la rapidez con la que la etapa puede variar la tensión a la salida. Las unidades de esta medida son voltios partido unidad de tiempo (V/s), aunque se suele expresar en V/µs (voltios / microsegundo). Esta medida nos dice exactamente cuantos voltios puede aumentar la tensión de salida en un microsegundo (0,000001 segundos). Cuanto mayor sea el valor del Slew-rate del equipo, mejor será éste. El problema que se da cuando el equipo tiene un slew rate insuficiente, es que no puede seguir las variaciones grandes de señal, provocando el efecto de triangulación, es decir, deformando la señal y generando distorsión. Este efecto de triangulación, se producirá cuando el equipo trabaje a alta potencia, ya que es ahí donde se le exigen grandes variaciones de la tensión de salida.

 

TIPOS DE ETAPA DE POTENCIA

Los amplificadores de potencia se clasifican en función del tipo de elemento modulador que llevan en la etapa de potencia o de salida. Este elemento es el encargado de dejar pasar la corriente eléctrica procedente de la fuente de alimentación, en función de la tensión que recibe de la etapa anterior (driver). Es una especie de grifo que se abre y cierra al ritmo de la señal de entrada, dejando pasar más o menos corriente a la carga.

A su vez, el dispositivo modulador, puede ser de varios tipos en función de su configuración. Los dispositivos moduladores son el corazón del amplificador de potencia y están basados en uno o varios transistores. Estos transistores pueden estar asociados de distintos modos: normal (un único transistor), paralelo (se consigue mayor corriente máxima de salida), serie (se consigue mayor tensión máxima de salida) y darlington (se consigue mayor ganancia).

Independientemente de como esté configurado el dispositivo modulador, las etapas se clasifican según el número y disposición de dispositivos moduladores. La clasificación es la siguiente:

Clase A: un solo dispositivo modulador. Sólo produce distorsión por la alinealidad del dispositivo. Esta clase es más teórica que práctica porque no se implementa en etapas reales porque dan poca potencia y bajo rendimiento.

Clase B: dos dispositivos moduladores en modo push-pull, uno conduce los ciclos positivos y otro los ciclos negativos. Produce la distorsión anterior más distorsión de cruce, cuando se pasa de un ciclo positivo a uno negativo. Mejora la potencia pero empeora el rendimiento. Esta clase tampoco se implementa.

Clase AB: es una clase B pero mejora la polarización de los moduladores para disminuir la distorsión de cruce, a costa de aumentar el consumo energético. Consumen aproximadamente el doble de lo que suministra.

Existen otros tipos de clases A, que se basan en mejoras de la red de polarización para mejorar la distorsión de cruce.

Clase C: uno, dos o cuatro dispositivos moduladores, cada uno conduciendo en una parte del ciclo. Si tiene n dispositivos moduladores, cada uno conduce 1/n de ciclo. Elevada distorsión pero gran rendimiento. Se usa para señales de banda estrecha. Era típico en radiofrecuencia, pero ahora usan del tipo AB.

Clase D: dos o cuatro dispositivos moduladores que amplifican señal PWM (señal cuadrada). Después se filtra paso bajo la señal amplificada. Destacan por la mejora del rendimiento y la nueva filosofía de trabajo. Su forma de trabajo consiste en modular el ancho de los pulsos (ciclo de trabajo) de una onda cuadrada (portadora), con la señal de entrada (hace de moduladora); a continuación se amplifica la señal modulada resultante y finalmente se filtra paso bajo para volver a obtener una señal banda base. También se la conoce como amplificación digital.

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