Mediciones del sistema de audio
Analog electricalEdit
Respuesta de frecuencia (FR) Esta medición le indica en qué rango de frecuencia el nivel de salida de un componente de audio permanecerá razonablemente constante (ya sea dentro de un rango de decibelios especificado, o no más de un cierto número de dB de la amplitud a 1 kHz). Algunos componentes de audio, como los controles de tono, están diseñados para ajustar el volumen del contenido de la señal a frecuencias particulares, p. ej., un control de graves permite la atenuación o acentuación del contenido de la señal de baja frecuencia, en cuyo caso la especificación puede especificar que la respuesta de frecuencia se toma con controles de tono «planos» o desactivados. Los preamplificadores también pueden contener ecualizadores, filtros, por ejemplo, para reproducir LPs que requieren corrección de respuesta de frecuencia RIAA, en cuyo caso la especificación puede describir qué tan cerca coincide la respuesta con el estándar. En comparación, Rango de frecuencia es un término que a veces se usa para designar altavoces y otros transductores para indicar las frecuencias que son utilizables, sin especificar normalmente un rango de decibelios. El ancho de banda de potencia también está relacionado con la respuesta de frecuencia, que indica el rango de frecuencias utilizables a alta potencia (ya que las mediciones de respuesta de frecuencia se toman normalmente a niveles de señal bajos, donde las limitaciones de velocidad de giro o la saturación del transformador no serían un problema. Un componente que tenga una respuesta de frecuencia «plana» no cambiará la ponderación (p. ej., intensidad) del contenido de la señal en el rango de frecuencias especificado. El rango de frecuencia especificado a menudo para los componentes de audio es de entre 20 Hz y 20 kHz, lo que refleja ampliamente el rango auditivo humano (la frecuencia audible más alta para la mayoría de las personas es inferior a 20 kHz, siendo 16 kHz más típico). Los componentes con respuestas de frecuencia «planas» a menudo se describen como lineales. La mayoría de los componentes de audio están diseñados para ser lineales en todo su rango de operación. Los amplificadores de estado sólido y reproductores de CD bien diseñados pueden tener una respuesta de frecuencia que varía solo en 0.2 dB entre 20 Hz y 20 kHz. Los altavoces tienden a tener respuestas de frecuencia considerablemente menos planas que esto. El material musical de distorsión armónica total (THD) contiene tonos distintos, y algunos tipos de distorsión involucran tonos espurios al doble o triple de las frecuencias de esos tonos. Tal distorsión armónicamente relacionada se llama distorsión armónica. Para alta fidelidad, normalmente se espera que sea < 1% para dispositivos electrónicos; los elementos mecánicos como los altavoces suelen tener niveles más altos ineludibles. La baja distorsión es relativamente fácil de lograr en electrónica con el uso de retroalimentación negativa, pero el uso de altos niveles de retroalimentación de esta manera ha sido el tema de mucha controversia entre los audiófilos. Esencialmente, todos los altavoces producen más distorsión que la electrónica, y la distorsión del 1-5% no es desconocida a niveles de escucha moderadamente altos. Los oídos humanos son menos sensibles a la distorsión en las frecuencias bajas, y se espera que los niveles estén por debajo del 10% en la reproducción en voz alta. La distorsión que solo crea armónicos de orden par para una entrada de onda sinusoidal a veces se considera menos molesta que la distorsión de orden impar. Potencia de salida La potencia de salida para amplificadores se mide idealmente y se cita como potencia de salida cuadrada Media máxima (RMS) por canal, a un nivel de distorsión especificado a una carga particular, que, por convención y regulación gubernamental, se considera la medida más significativa de potencia disponible en señales musicales, aunque la música real, sin recortes, tiene una alta relación pico-promedio, y generalmente promedia muy por debajo del máximo posible. La medición comúnmente dada de PMPO (pico de potencia de la música) no tiene mucho sentido y se usa a menudo en la literatura de marketing; a finales de la década de 1960 hubo mucha controversia sobre este punto y el Gobierno de los Estados Unidos (TLC) requirió que se citaran las cifras de RMS para todos los equipos de alta fidelidad. El poder de la música ha vuelto en los últimos años. Véase también Potencia de audio. Las especificaciones de potencia requieren que se especifique la impedancia de carga, y en algunos casos se darán dos cifras (por ejemplo, la potencia de salida de un amplificador de potencia para altavoces se medirá típicamente a 4 y 8 ohmios). Para entregar la máxima potencia a la carga, la impedancia del controlador debe ser el conjugado complejo de la impedancia de la carga. En el caso de una carga puramente resistiva, la resistencia del conductor debe ser igual a la resistencia de la carga para lograr la máxima potencia de salida. Esto se conoce como coincidencia de impedancia. La distorsión de intermodulación (IMD) que no está relacionada armónicamente con la señal que se amplifica es la distorsión de intermodulación. Es una medida del nivel de señales espurias resultantes de una combinación no deseada de señales de entrada de diferentes frecuencias. Este efecto es el resultado de no linealidades en el sistema. Niveles suficientemente altos de retroalimentación negativa pueden reducir este efecto en un amplificador. Muchos creen que es mejor diseñar la electrónica de una manera que minimice los niveles de retroalimentación, aunque esto es difícil de lograr al mismo tiempo que cumple con otros requisitos de alta precisión. La intermodulación en los controladores de altavoces es, al igual que con la distorsión armónica, casi siempre mayor que en la mayoría de los dispositivos electrónicos. IMD aumenta con la excursión del cono. Reducir el ancho de banda de un controlador reduce directamente el IMD. Esto se logra dividiendo el rango de frecuencia deseado en bandas separadas y empleando controladores separados para cada banda de frecuencias, y alimentándolos a través de una red de filtro cruzado. Los filtros de cruce de pendiente pronunciada son más efectivos en la reducción de IMD, pero pueden ser demasiado costosos de implementar utilizando componentes de alta corriente y pueden introducir distorsión de timbre. La distorsión de intermodulación en altavoces de varios conductores se puede reducir en gran medida con el uso de crossover activo, aunque aumenta significativamente el costo y la complejidad del sistema. Ruido El nivel de ruido no deseado generado por el propio sistema, o por interferencia de fuentes externas agregadas a la señal. El zumbido generalmente se refiere al ruido solo en las frecuencias de la línea de alimentación (a diferencia del ruido blanco de banda ancha), que se introduce a través de la inducción de señales de la línea de alimentación en las entradas de las etapas de ganancia. O de fuentes de alimentación inadecuadamente reguladas. Diafonía La introducción de ruido (de otro canal de señal) causado por corrientes de tierra, inductancia dispersa o capacitancia entre componentes o líneas. La diafonía reduce, a veces notablemente, la separación entre canales (p. ej. en un sistema estéreo). Una medición de diafonía produce una cifra en dB en relación con un nivel nominal de señal en la interferencia de recepción de ruta. La diafonía normalmente es solo un problema en equipos que procesan múltiples canales de audio en el mismo chasis. Relación de rechazo de modo común (CMRR) En los sistemas de audio balanceados, hay señales iguales y opuestas (modo de diferencia) en las entradas, y cualquier interferencia impuesta en ambos cables se restará, cancelando esa interferencia (es decir, el modo común). CMRR es una medida de la capacidad de un sistema para ignorar tal interferencia y especialmente tararear en su entrada. Generalmente solo es significativo con líneas largas en una entrada, o cuando existen algunos tipos de problemas de bucle de tierra. Las entradas desequilibradas no tienen resistencia de modo común; el ruido inducido en sus entradas aparece directamente como ruido o zumbido. Rango dinámico y relación señal-ruido (SNR) La diferencia entre el nivel máximo que puede acomodar un componente y el nivel de ruido que produce. El ruido de entrada no se cuenta en esta medición. Se mide en dB. El rango dinámico se refiere a la relación de volumen máximo a mínimo en una fuente de señal dada (por ejemplo, música o material de programa), y esta medición también cuantifica el rango dinámico máximo que puede llevar un sistema de audio. Esta es la relación (generalmente expresada en dB) entre el piso de ruido del dispositivo sin señal y la señal máxima (generalmente una onda sinusoidal) que se puede emitir a un nivel de distorsión (bajo) especificado. Desde principios de la década de 1990, varias autoridades, incluida la Sociedad de Ingeniería de Audio, han recomendado que las mediciones del rango dinámico se realicen con una señal de audio presente. Esto evita mediciones cuestionables basadas en el uso de medios en blanco o circuitos de silenciamiento. Sin embargo, la relación señal-ruido (SNR) es la relación entre el piso de ruido y un nivel de referencia arbitrario o nivel de alineación. En los equipos de grabación «profesionales», este nivel de referencia suele ser de +4 dBu (IEC 60268-17), aunque a veces 0 dBu (nivel de alineación estándar del Reino Unido y Europa – UER). «Nivel de prueba», «nivel de medición» y «nivel de alineación» significan cosas diferentes, que a menudo conducen a confusión. En los equipos de «consumo», no existe un estándar, aunque -10 dBV y -6 dBu son comunes. Los diferentes medios exhiben de manera característica diferentes cantidades de ruido y espacio para la cabeza. Aunque los valores varían ampliamente entre unidades, un casete analógico típico podría dar 60 dB, un CD casi 100 dB. La mayoría de los amplificadores de calidad modernos tienen un rango dinámico >110 dB, que se aproxima al del oído humano, generalmente tomado como alrededor de 130 dB. Consulte los niveles del programa. Distorsión de fase, retardo de grupo y retardo de fase Un componente de audio perfecto mantendrá la coherencia de fase de una señal en todo el rango de frecuencias. La distorsión de fase puede ser extremadamente difícil de reducir o eliminar. El oído humano es en gran medida insensible a la distorsión de fase, aunque es exquisitamente sensible a las relaciones de fase relativas dentro de los sonidos escuchados. La naturaleza compleja de nuestra sensibilidad a los errores de fase, junto con la falta de una prueba conveniente que ofrezca una calificación de calidad fácilmente comprensible, es la razón por la que no forma parte de las especificaciones de audio convencionales. Los sistemas de altavoces de varios conductores pueden tener distorsiones de fase complejas, causadas o corregidas por cruces, la colocación del conductor y el comportamiento de fase del conductor específico. Respuesta transitoria Un sistema puede tener baja distorsión para una señal de estado estacionario, pero no en transitorios repentinos. En los amplificadores, este problema puede atribuirse a las fuentes de alimentación en algunos casos, a un rendimiento insuficiente de alta frecuencia o a una retroalimentación negativa excesiva. Las mediciones relacionadas son la velocidad de giro y el tiempo de subida. La distorsión en la respuesta transitoria puede ser difícil de medir. Se ha encontrado que muchos diseños de amplificadores de potencia, por lo demás buenos, tienen tasas de giro inadecuadas, según los estándares modernos. En los altavoces, el rendimiento de la respuesta transitoria se ve afectado por la masa y las resonancias de los controladores y cajas y por el retardo de grupo y de fase introducido por el filtrado cruzado o la alineación de tiempo inadecuada de los controladores del altavoz. La mayoría de los altavoces generan cantidades significativas de distorsión transitoria, aunque algunos diseños son menos propensos a esto (por ejemplo, altavoces electrostáticos, tweeter de arco de plasma, tweeter de cinta y cajas de bocina con múltiples puntos de entrada). Factor de amortiguación Un número más alto generalmente se cree que es mejor. Esta es una medida de lo bien que un amplificador de potencia controla el movimiento no deseado de un controlador de altavoz. Un amplificador debe ser capaz de suprimir las resonancias causadas por el movimiento mecánico (por ejemplo, inercia) de un cono de altavoz, especialmente un controlador de baja frecuencia con mayor masa. Para los controladores de altavoces convencionales, esto implica esencialmente garantizar que la impedancia de salida del amplificador sea cercana a cero y que los cables de los altavoces sean lo suficientemente cortos y tengan un diámetro suficientemente grande. El factor de amortiguación es la relación entre la impedancia de salida de un amplificador y los cables de conexión a la resistencia de CC de una bobina de voz, lo que significa que los cables de altavoz largos y de alta resistencia reducirán el factor de amortiguación. Un factor de amortiguación de 20 o superior se considera adecuado para sistemas de refuerzo de sonido en vivo, ya que el SPL del movimiento del conductor relacionado con la inercia es 26 dB menor que el nivel de señal y no se escuchará. La retroalimentación negativa en un amplificador reduce su impedancia de salida efectiva y, por lo tanto, aumenta su factor de amortiguación.
MecánicaedItar
Wow y flutter Estas mediciones están relacionadas con el movimiento físico en un componente, en gran medida el mecanismo de accionamiento de medios analógicos, como discos de vinilo y cinta magnética. «Wow «es una variación de velocidad lenta (unos pocos Hz), causada por la deriva a largo plazo de la velocidad del motor de accionamiento, mientras que» flutter » es una variación de velocidad más rápida (unas pocas decenas de Hz), generalmente causada por defectos mecánicos como la falta de redondez del cabrestante de un mecanismo de transporte de cinta. La medición se da en % y un número menor es mejor. Retumbar La medida del ruido de baja frecuencia (muchas decenas de Hz) aportado por el plato giratorio de un sistema de reproducción analógica. Es causada por cojinetes imperfectos, devanados desiguales del motor, vibraciones en bandas de conducción en algunos platos giratorios, vibraciones de la habitación (por ejemplo, del tráfico) que se transmiten por el montaje de la mesa giratoria y, por lo tanto, al cartucho de fono. Un número menor es mejor.
DigitalEdit
Tenga en cuenta que los sistemas digitales no sufren muchos de estos efectos a nivel de señal, aunque los mismos procesos ocurren en los circuitos ya que los datos que se manejan son simbólicos. Mientras el símbolo sobreviva a la transferencia entre componentes y pueda regenerarse perfectamente (por ejemplo, mediante técnicas de modelado de pulsos), los datos en sí se mantienen perfectamente. Los datos suelen almacenarse en búfer en una memoria, y se sincronizan con un oscilador de cristal muy preciso. Los datos generalmente no se degeneran a medida que pasan por muchas etapas, porque cada etapa regenera nuevos símbolos para la transmisión.
Los sistemas digitales tienen sus propios problemas. La digitalización añade ruido, que es medible y depende de la profundidad de bits de audio del sistema, independientemente de otros problemas de calidad. Los errores de temporización en los relojes de muestreo (jitter) dan lugar a una distorsión no lineal (modulación FM) de la señal. Una medición de calidad para un sistema digital (Tasa de error de bits) se refiere a la probabilidad de un error en la transmisión o recepción. Otras métricas sobre la calidad del sistema se definen por la frecuencia de muestreo y la profundidad de bits. En general, los sistemas digitales son mucho menos propensos a errores que los sistemas analógicos; sin embargo, casi todos los sistemas digitales tienen entradas y/o salidas analógicas, y ciertamente todos los que interactúan con el mundo analógico lo hacen. Estos componentes analógicos del sistema digital pueden sufrir efectos analógicos y comprometer potencialmente la integridad de un sistema digital bien diseñado.
Jitter Medición de la variación en el período (jitter periódico) y el tiempo absoluto (jitter aleatorio) entre el tiempo medido del reloj y un reloj ideal. Por lo general, es mejor reducir el jitter para los sistemas de muestreo. Frecuencia de muestreo Especificación de la velocidad a la que se toman las mediciones de la señal analógica. Esto se mide en muestras por segundo, o hertz. Una frecuencia de muestreo más alta permite un mayor ancho de banda total o una respuesta de frecuencia de banda de paso y permite que se utilicen filtros antialiasing/antiimágenes menos pronunciados en la banda de parada, lo que a su vez puede mejorar la linealidad de fase general en la banda de paso. Profundidad de bits En el audio de modulación de código de pulso, la profundidad de bits es el número de bits de información en cada muestra. La cuantización, un proceso utilizado en el muestreo de audio digital, crea un error en la señal reconstruida. La relación Señal-cuantización-ruido es un múltiplo de la profundidad de bits. Los CD de audio usan una profundidad de bits de 16 bits, mientras que los discos DVD-Video y Blu-ray pueden usar audio de 24 bits. El rango dinámico máximo de un sistema de 16 bits es de aproximadamente 96 dB, mientras que para 24 bits es de aproximadamente 144 dB. El tramado se puede utilizar en la masterización de audio para aleatorizar el error de cuantización, y algunos sistemas de tramado utilizan el modelado de ruido para la forma espectral del piso de ruido de cuantización. El uso de tramado en forma puede aumentar el rango dinámico efectivo del audio de 16 bits a alrededor de 120 dB. Para calcular el rango dinámico teórico máximo de un sistema digital (Relación Señal-cuantización-ruido (SQNR)), utilice el siguiente algoritmo para la profundidad de bits Q: S Q N R = 20 log 10 ( 2 Q ) ≈ 6.02 ⋅ Q d B {\displaystyle \mathrm {SQNR} =20\log _{10}(2^{Q})\approx 6.02\cdot Q\ \mathrm {dB} \,\!}
Ejemplo: Un sistema de 16 bits tiene 216 posibilidades diferentes, de 0 a 65.535. La señal más pequeña sin tramar es 1, por lo que el número de niveles diferentes es uno menos, 216 − 1. Así que para un sistema digital de 16 bits, el Rango dinámico es de 20 * log (216-1) ≈ 96 dB. Precisión/sincronización de muestras No es tanto una especificación como una capacidad. Dado que los dispositivos de audio digital independientes funcionan con su propio oscilador de cristal, y no hay dos cristales exactamente iguales, la frecuencia de muestreo será ligeramente diferente. Esto hará que los dispositivos se separen con el tiempo. Los efectos de esto pueden variar. Si se utiliza un dispositivo digital para monitorear otro dispositivo digital, esto causará interrupciones o distorsión en el audio, ya que un dispositivo producirá más o menos datos que el otro por unidad de tiempo. Si dos dispositivos independientes graban al mismo tiempo, uno se retrasará más y más con el tiempo. Este efecto se puede eludir con una sincronización de reloj de palabras. También se puede corregir en el dominio digital utilizando un algoritmo de corrección de deriva. Dicho algoritmo compara las tasas relativas de dos o más dispositivos y suelta o agrega muestras de los flujos de cualquier dispositivo que se aleje demasiado del dispositivo maestro. La frecuencia de muestreo también variará ligeramente con el tiempo, a medida que los cristales cambien de temperatura, etc. Véase también Linealidad de recuperación de reloj La no linealidad diferencial y la no linealidad integral son dos medidas de la precisión de un convertidor analógico a digital. Básicamente, miden qué tan cerca están los niveles de umbral para cada bit de los niveles teóricos equidistantes.