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SONIDO Y AUDIO

SISTEMAS DE AUDIO Y SONIDO Sonido El sonido, en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo. El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras que producen oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión. En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.

La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal. Audio. Un audio es una señal analógica eléctricamente exacta a una señal sonora; normalmente está acotada al rango de frecuencias audibles por los seres humanos que está entre los 20 y los 20.000 Hz, aproximadamente (el equivalente, casi exacto a 10 octavas). Dado que el sonido es una onda de presión se requiere un transductor de presión (un micrófono) que convierte las ondas de presión de aire (ondas sonoras) en señales eléctricas (señales analógicas). La conversión contraria se realiza mediante un altavoz —también llamado altoparlante en algunos países latinoamericanos, por traducción directa del inglés loudspeaker—, que convierte las señales eléctricas en ondas de presión de aire. Un sólo micrófono puede captar adecuadamente todo el rango audible de frecuencias, en cambio para reproducir fidedignamente ese mismo rango de frecuencias suelen requerirse dos altavoces (de agudos y graves) o más. Una señal de audio se puede caracterizar, someramente, por su dinámica (valor de pico, rango dinámico, potencia, relación señal-ruido) o por su composición espectral (ancho de banda, frecuencia fundamental, armónicos, distorsión armónica, etc.).

Así, por ejemplo, una señal que represente voz humana (señal vocal) no suele tener información relevante más allá de los 10 kHz, y de hecho en telefonía fija se toman sólo los primeros 3.8 kHz. Con 2 kHz basta para que la voz sea comprensible, pero no para reconocer al hablante.

SISTEMAS DE REPRODUCCION DE SONIDO

Los sistemas de reproducción de sonido se clasifican en varios tipos: monoaural, monofónico, binaural, estereofónico, cuadrafónico y más recientemente el sistema llamado "surround". Cualquiera que sea el sistema de reproducción escogido, cuatro condiciones fundamentales deben ser satisfechas: 1. El rango de frecuencias debe ser tal que contenga sin discriminación de frecuencias, todos los componentes audibles de los diferentes sonidos a reproducir. 2. El rango de volumen debe ser tal que permita sin ruido ni distorsión, la reproducción de todo el rango de intensidad asociado con los sonidos. 3. Las características de reverberación del sonido original deben ser aproximadas en el sonido reproducido. 4. El patrón espacial del sonido original, debe ser preservado en el sonido reproducido. Sistema monoaural: Este sistema es del tipo de circuito cerrado, consiste en uno o más micrófonos que recogen el sonido, conectados a un solo canal de un amplificador el cual esta acoplado a uno o dos auriculares utilizados por el escucha. Nótese que no hay altavoces Involucrados. Este sistema satisface las condiciones 1 y 2 y parcialmente con la condición 3, no así con la condición 4. Sistema monofónico: El sistema es del tipo abierto, en el cual uno o más micrófonos utilizados para recoger el sonido, están conectados a un solo canal de un amplificador, el cual está acoplado a un solo canal de un amplificador, el cual a su vez está acoplado a uno o más altavoces. Al igual que el sistema monoaural, este sistema satisface las condiciones 1 y 2, parcialmente la 3 y no así con la 4. Sistema binaural o biaural: Es del tipo de circuito cerrado, en el cual dos micrófonos utilizados para recoger el sonido son conectados cada uno a un amplificador con dos canales independientes y estos colectados a sus correspondientes auriculares, utilizados por el escucha. Nótese, nuevamente que no hay altavoces involucrados en el sistema. Este sistema está considerado por muchos lo más cercano a la perfección. El verdadero sonido binaural, no se puede conseguir con altavoces, solo con auriculares. (Al utilizar altavoces se convierte en sonido estereofónico de dos canales). Este sistema satisface las cuatro condiciones. Sistema estereofónico: Utiliza dos o más micrófonos con amplificadores y altavoces separados para cada amplificador. Este sistema es referido como de "perspectiva en auditorio". Con este arreglo, el sonido viaja de un altavoz a otro con los ejecutantes lo hacen de un lado al otro del escenario. Este sistema permite la reproducción de una orquesta, lo más cercano a su perspectiva. El número de canales puede ser de dos o más y satisface las condiciones 1, 2 y 4 y parcialmente con la 3. Sistema cuadrafónico: Utiliza cuatro micrófonos acoplados a sus respectivos amplificadores y altavoces colocados en forma geométrica en correspondencia a los micrófonos. La disposición de los altavoces era : Izquierdo-frontal, Derecho-frontal, Izquierdo-trasero y Derecho-trasero. Los altavoces frontales, tenían la señal directa y los traseros la señal envolvente. Este sistema alcanzo mucho éxito en los 70 y luego desapareció; sin embargo es el predecesor del sistema Surround. Este sistema satisface las cuatro condiciones de reproducción del sonido. Sistema surround: Es un sistema con la misma idea del sistema cuadrafónico pero con otra técnica y disposición de los altavoces. La variedad que está tomando más fuerza, es la de 5.1, que utiliza un altavoz izquierdo delantero, un altavoz central delantero, un

altavoz derecho delantero, dos traseros a la izquierda y a la derecha y un sub-bajo. Es utilizado principalmente en DVD. Satisface las condiciones 1, 2, 3 y 4. Elementos que componen un sistema de audio 1.- La fuente 2.- Transducción de la entrada 3.- Procesamiento de señales de entrada 4.-Procesamiento de señales de salida 5.- Etapa de potencia 6.-Transducciòn de la salida 7.- Zona de percepción sonora La fuente: En la naturaleza existen muchos tipos de fuentes de sonido, las naturales propiamente dichas y las creadas por el hombre mediante instrumentos, todas tienen diferentes rangos de frecuencia, rangos de percusión, etc.

Transducción de entrada

Un transductor es un dispositivo tal, capaz de recibir un determinado tipo de energía y transformarla en otra forma diferente de energía, en virtud de una relación fija entre las energías de entrada y salida. El nombre del transductor indica cual es la transformación que realiza (p.e. electromecánica, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa), aunque no necesariamente la dirección de la misma.

La base para la transducción parte de obtener la misma información de cualquier secuencia similar de oscilaciones, ya sean ondas sonoras (aire vibrando), vibraciones mecánicas de un sólido, corrientes y voltajes alternos en circuitos eléctricos, vibraciones de ondas electromagnéticas radiadas en el espacio en forma de ondas de radio o las marcas permanentes grabadas en un disco o una cinta magnética. RECIPROCIDAD DE LOS TRANSDUCTORES DIRECTOS Para una transformación de energía de A a B, la conversión inversa, de B a A, se consigue con el mismo transductor operando en sentido opuesto. Ejm: “Transformación de energía sonora a energía eléctrica y viceversa”

Sonido

Micrófono ==> Señal Eléctrica ⇐ Altavoz

Los micrófonos y altavoces constituyen una única familia de transductores, los transductores electro acústicos. Y son operados de forma inversa. Para cada tipo particular de micrófono existe un altavoz que funciona, en sentido inverso, con los mismos principios físicos; en otras palabras, un micrófono sería un altavoz en miniatura, si fuera operado en sentido inverso. TRANSDUCTORES ELECTROACÚSTICOS

El modelo teórico de un transductor electro acústico, se basa en un transductor electromecánico y un transductor mecánico-acústico. Esto significa, que se estudia por un lado la transformación de la energía eléctrica en mecánica, ya que se genera un movimiento, y por otro lado se estudia la transformación de la energía mecánica en acústica, ya que el movimiento genera energía acústica.

Existen diferentes tipos de transductores electroacústicos que se basan en leyes y propiedades físicas diferentes. A continuación vamos a describir los más importantes. ELECTROSTÁTICO O DE CONDENSADOR: Cuando la separación entre las placas del condensador varia, también varía su capacidad, lo que a su vez provoca una variación en voltaje entre las placas (micrófono). A la inversa, cuando una de las placas recibe una cantidad variable de carga eléctrica, la fuerza con la que atrae a la otra palca cambia, y como consecuencia se genera una vibración (altavoz). PIEZOELÉCTRICO: Un transductor piezoeléctrico puede estar unido a un sólido o inmerso en un líquido no conductor para captar señales sonoras. Además, el transductor piezoeléctrico se puede usar fácilmente a frecuencias ultrasónicas, algunos tipos se pueden usar hasta la región alta de los MHz. Todos los transductores piezoeléctricos requieren un material cristalino en el cual los iones del cristal estén desplazados de un modo asimétrico cuando el cristal se deforma. La linealidad puede variar considerablemente según el tipo de material que se use. Cuando un material piezoeléctrico se comba, aparece una cierta cantidad de carga positiva en uno de sus lados, y la misma cantidad de carga negativa en lado opuesto. Esta polarización puede ser recogida por un circuito eléctrico (micrófono). A la inversa, cuando el material piezoeléctrico es polarizado por un circuito externo, se deforma (altavoz). DINÁMICO: El micrófono de bobina móvil usa un circuito de flujo magnético constante en el cual la salida eléctrica esta generada por el movimiento de una bobina de alambre pequeña en el circuito magnético. La bobina es enganchada a un diafragma y la disposición es normalmente en forma de cápsula. La salida máxima ocurre cuando la bobina alcanza la máxima velocidad entre los picos de la onda de sonido así que la salida eléctrica está a 90 grados en fase a la onda de sonido. La bobina es normalmente pequeña y su rango de movimiento muy pequeño, así que la linealidad es excelente para este tipo de micrófonos. La bobina tiene una impedancia baja y la salida es correspondientemente baja, pero no tan baja como para competir con

el nivel de ruido de un amplificador. La inductancia baja de la bobina hace mucho menos susceptible a zumbidos desde el campo magnético y es posible el uso de bobinas compensadoras de zumbidos conocidas como “Humbuckers” (escudos de zumbidos) en la estructura del micrófono reduciendo el zumbido, sumándole una señal de zumbido contra fase a la Salida de la bobina. Cuando una corriente alterna recorre una bobina, un campo magnético externo ejerce sobre ella una fuerza, que también es alterna (micrófono). Cuando una espira conductora se mueve en el seno de un campo magnético externo, de forma que el flujo del campo magnético varíe con el tiempo, en la espira se induce una fuerza electromotriz (altavoz). MAGNÉTICO Es similar al dinámico; existe una pieza de material magnético (armadura) que se mueve mientras que la espira o arrollamiento permanece en reposo. Un imán potente contiene una armadura de hierro maleable en su circuito magnético y esta armadura es sujetada a un diafragma. La reluctancia magnética del circuito se altera cuando la armadura se mueve y esto altera el flujo magnético total en el circuito magnético. Una bobina enrollada alrededor del circuito magnético proporciona una Fuerza Electromotriz Autoinducida en cada variación de la intensidad de corriente, así que la onda eléctrica desde el micrófono estará 90 grados desfasada con relación a la amplitud de la onda de sonido proporcional a la aceleración del diafragma. La linealidad de la conversión puede ser razonable para amplitudes pequeñas del mecanismo de la armadura, muy pobre para grandes amplitudes. El nivel de salida desde un micrófono de hierro móvil puede ser alto del orden de 50 mV y la impedancia de salida es también alta, típicamente de muchos cientos de ohmios. Como el camino del flujo en el transductor está casi cerrado los cambios externos en el campo magnético serán muy eficientemente capturados y el resultado es que la componente magnética del zumbido principal esta superpuesto en la salida. Esto puede ser reducido por protección del circuito magnético, usando mu-metal ó aleaciones similares. DE CARBÓN Se utiliza un recipiente lleno de gránulos de carbón. Cuando se aplica una presión en una de las paredes del recipiente, el área de contacto entre los gránulos de carbón y sus vecinos también aumenta, favoreciendo el paso de corriente eléctrica de uno a otro (micrófono). El tipo de micrófono de carbón granulado fue el primer tipo de micrófono que se utilizó para el uso del teléfono, pero hoy en día se ha remplazado por el tipo capacitor. El principio usa gránulos sueltos de carbón sujetados entre un diafragma y una lámina. Cuando los gránulos se comprimen, la resistencia entre el diafragma y la lámina cae considerablemente y la vibración del diafragma puede por lo tanto convertirse en

variaciones de resistencia de los gránulos. El micrófono por lo tanto no genera un voltaje y requiere de una fuente externa para ser usada. La única ventaja del micrófono de carbón granulado es que proporciona una salida la cual es colosal para micrófonos estándar, con salidas de 1V de pico a pico. La linealidad es muy pobre, la estructura causa múltiples resonancias en el rango audible y la resistencia de los gránulos altera en un camino aleatorio cada uno sin presencia de sonido, causando un alto nivel de ruido. La predominación del micrófono de carbón en los inicios de telefonía, era debido a su alta salida, dado que no era posible la amplificación; más tarde los amplificadores de transistor generaron la rápida desaparición del micrófono de carbón para usos en audio.