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TDAT 11-12, Tema 11 1. La señal de audio 2. Parámetros característicos: tiempo y frecuencia 3. La cadena de audio profesional y de consumo 1. La señal.

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1 TDAT 11-12, Tema La señal de audio 2. Parámetros característicos: tiempo y frecuencia 3. La cadena de audio profesional y de consumo 1. La señal de audio 2. Parámetros característicos: tiempo y frecuencia 3. La cadena de audio profesional y de consumo Tema 1: Introducción a la señal de audio

2 TDAT 11-12, Tema 12 Definición Audio analógico vs. digital Clasificación Según calidad Según características de digitalización Definición Audio analógico vs. digital Clasificación Según calidad Según características de digitalización La señal de audio 1.1. La señal de audio

3 TDAT 11-12, Tema 13 Definición Onda electrónica en banda base, la cual representa las variaciones de presión sonora recogidas por un micrófono Sistemas analógicos Onda continua de resolución infinita Sistemas digitales Representación numérica (binaria) de una señal discreta (muestreo) de resolución finita (cuantificación) Onda electrónica en banda base, la cual representa las variaciones de presión sonora recogidas por un micrófono Sistemas analógicos Onda continua de resolución infinita Sistemas digitales Representación numérica (binaria) de una señal discreta (muestreo) de resolución finita (cuantificación) 1.1. La señal de audio

4 TDAT 11-12, Tema La señal de audio Analógico vs. Digital Desde el punto de vista del ruido La señal analógica se degrada durante el paso por los equipos y el medio de transmisión, ruido que no puede ser limpiado si está dentro de la banda de audio Los datos binarios son prácticamente inmunes frente al ruido, ya que, aún con perturbaciones, es posible recibir correctamente el símbolo Desde el punto de vista del ruido La señal analógica se degrada durante el paso por los equipos y el medio de transmisión, ruido que no puede ser limpiado si está dentro de la banda de audio Los datos binarios son prácticamente inmunes frente al ruido, ya que, aún con perturbaciones, es posible recibir correctamente el símbolo

5 TDAT 11-12, Tema La señal de audio Analógico vs. Digital Desde el punto de vista del procesado Una señal digital permite grandes oportunidades que le son negadas a la señal analógica Fusión audio digital con informática Desde el punto de vista del coste Los equipos digitales son más baratos de diseñar y de fabricar, más fiables y apenas envejecen La compresión de los datos digitales permite reducir la capacidad de almacenamiento Desde el punto de vista del procesado Una señal digital permite grandes oportunidades que le son negadas a la señal analógica Fusión audio digital con informática Desde el punto de vista del coste Los equipos digitales son más baratos de diseñar y de fabricar, más fiables y apenas envejecen La compresión de los datos digitales permite reducir la capacidad de almacenamiento

6 TDAT 11-12, Tema La señal de audio Clasificación Banda vocal estrecha: 4 KHz (telefonía de banda estrecha) Banda vocal ancha: 7 KHz (telefonía de banda ancha) Banda ancha monoaural: 7 KHz (AM), 15 KHz (FM) Banda ancha estéreo (2 canales): 2x15 KHz (FM), 2x20 KHz (CD) Banda ancha multicanal de hasta 6 canales: MPEG-2 Banda vocal estrecha: 4 KHz (telefonía de banda estrecha) Banda vocal ancha: 7 KHz (telefonía de banda ancha) Banda ancha monoaural: 7 KHz (AM), 15 KHz (FM) Banda ancha estéreo (2 canales): 2x15 KHz (FM), 2x20 KHz (CD) Banda ancha multicanal de hasta 6 canales: MPEG-2

7 TDAT 11-12, Tema La señal de audio Clasificación Audio digital sin compresión: –CD o DAT: Rbin = 1,41 Mbits/s (44,1 Kmuestras/s, 16 bits/muestra con cuantificación uniforme y estéreo) Audio digital con compresión: –Minidisc: 292 Kbits/s (ATRAC, Adaptive Transform Acoustic Coding) –DCC (Digital Compact Cassette): Rbin = 384 Kbits/s (PASC, Precission Adaptive Sub-band Coding) –DVD (Digital Versatile Disk): Rbin = 384 kbits/s (MPEG-1 estéreo), Rbin = 912 kbits/s (MPEG-2 multicanal) –Transmisión: MPEG-1 Layer III (MP3): 64 Rbin 128 kbits/s Audio digital con compresión sin pérdidas –AudioPack, MPEG-4 ALS (Audio Lossless Coding), … Audio digital sin compresión: –CD o DAT: Rbin = 1,41 Mbits/s (44,1 Kmuestras/s, 16 bits/muestra con cuantificación uniforme y estéreo) Audio digital con compresión: –Minidisc: 292 Kbits/s (ATRAC, Adaptive Transform Acoustic Coding) –DCC (Digital Compact Cassette): Rbin = 384 Kbits/s (PASC, Precission Adaptive Sub-band Coding) –DVD (Digital Versatile Disk): Rbin = 384 kbits/s (MPEG-1 estéreo), Rbin = 912 kbits/s (MPEG-2 multicanal) –Transmisión: MPEG-1 Layer III (MP3): 64 Rbin 128 kbits/s Audio digital con compresión sin pérdidas –AudioPack, MPEG-4 ALS (Audio Lossless Coding), …

8 TDAT 11-12, Tema Parámetros característicos Parámetros característicos Señales asimétrica y balanceada Niveles de señal Respuesta en frecuencia Medidas de ruido de un equipo Distorsiones lineal y no lineal Diafonía Señales asimétrica y balanceada Niveles de señal Respuesta en frecuencia Medidas de ruido de un equipo Distorsiones lineal y no lineal Diafonía

9 TDAT 11-12, Tema 19 La señal asimétrica Muy sensible a interferencias Por ello, se utiliza en distancias cortas, ambientes poco ruidosos y siempre que la señal a transmitir sea de alto nivel: Típicamente en equipos de consumo (Hi-Fi) Generalmente se usa cable coaxial, donde la pantalla se utiliza como masa Muy sensible a interferencias Por ello, se utiliza en distancias cortas, ambientes poco ruidosos y siempre que la señal a transmitir sea de alto nivel: Típicamente en equipos de consumo (Hi-Fi) Generalmente se usa cable coaxial, donde la pantalla se utiliza como masa 1.2. Parámetros característicos

10 TDAT 11-12, Tema 110 La señal balanceada Rechazo del ruido e interferencias (modo común) La información de audio está en el modo diferencial, donde los dos conductores presentan amplitudes iguales, pero de polaridad opuesta Se utiliza en instalaciones profesionales para lograr conexiones con las menores interferencias posibles Rechazo del ruido e interferencias (modo común) La información de audio está en el modo diferencial, donde los dos conductores presentan amplitudes iguales, pero de polaridad opuesta Se utiliza en instalaciones profesionales para lograr conexiones con las menores interferencias posibles 1.2. Parámetros característicos

11 TDAT 11-12, Tema 111 Niveles de señal: unidades dBm y dBW, unidades de Potencia Eléctrica dBu y dBV, unidades referidas a Tensión voltios = nivel de tensión que aplicada sobre una carga R = 600 Ω, genera una potencia de 1 mW dBm = dBu sobre 600 Ω, si no: dBm y dBW, unidades de Potencia Eléctrica dBu y dBV, unidades referidas a Tensión voltios = nivel de tensión que aplicada sobre una carga R = 600 Ω, genera una potencia de 1 mW dBm = dBu sobre 600 Ω, si no: 1.2. Parámetros característicos

12 TDAT 11-12, Tema 112 Niveles de señal: definiciones Nivel de micro o de bajo nivel -80 dBu (77 μV) y –20 dBu (77 mV) Generalmente balanceado Requieren amplificación Micrófonos, cabezas magnéticas y cápsulas Nivel de línea o de alto nivel -20 dBu (77 mV) y +30 dBu (24,5 V) Balanceado o asimétrico Niveles próximos al nominal de los equipos Procesadores, magnetófonos, mesas, teclados, entrada de amplificadores Nivel de micro o de bajo nivel -80 dBu (77 μV) y –20 dBu (77 mV) Generalmente balanceado Requieren amplificación Micrófonos, cabezas magnéticas y cápsulas Nivel de línea o de alto nivel -20 dBu (77 mV) y +30 dBu (24,5 V) Balanceado o asimétrico Niveles próximos al nominal de los equipos Procesadores, magnetófonos, mesas, teclados, entrada de amplificadores 1.2. Parámetros característicos

13 TDAT 11-12, Tema 113 Niveles de señal: definiciones Nivel de potencia Salida de los amplificadores de potencia: >30 dBm Nivel máximo Aquel para el cual el fabricante especifica que el equipo alcanza una distorsión (generalmente THD) inaceptable Suele estar entre 20 y 30 dB por encima del nivel nominal Nivel nominal Aquel correspondiente a la sensibilidad del equipo Equipos profesionales: +4 dBu (1.23 V) Equipos de consumo: -10 dBV (0.316 V) Nivel de potencia Salida de los amplificadores de potencia: >30 dBm Nivel máximo Aquel para el cual el fabricante especifica que el equipo alcanza una distorsión (generalmente THD) inaceptable Suele estar entre 20 y 30 dB por encima del nivel nominal Nivel nominal Aquel correspondiente a la sensibilidad del equipo Equipos profesionales: +4 dBu (1.23 V) Equipos de consumo: -10 dBV (0.316 V) 1.2. Parámetros característicos

14 TDAT 11-12, Tema 114 Niveles de señal: definiciones Nivel de ruido Aquel donde encontramos el ruido de línea, ruidos eléctricos, de cinta, etc. Relación señal a ruido (SNR) Distancia (ΔdB) entre el nivel nominal y el nivel de ruido a la salida del equipo Nivel de ruido Aquel donde encontramos el ruido de línea, ruidos eléctricos, de cinta, etc. Relación señal a ruido (SNR) Distancia (ΔdB) entre el nivel nominal y el nivel de ruido a la salida del equipo 1.2. Parámetros característicos Lo normal es especificar la SNR para un 1 KHz referida al ruido total, o al ruido en su banda de 1/3 octava, o al ruido filtrado con un filtro de ponderación Cualquier equipo electrónico introduce ruido: ruido interno Lo normal es especificar la SNR para un 1 KHz referida al ruido total, o al ruido en su banda de 1/3 octava, o al ruido filtrado con un filtro de ponderación Cualquier equipo electrónico introduce ruido: ruido interno

15 TDAT 11-12, Tema 115 Niveles de señal: definiciones Margen o rango dinámico Distancia (ΔdB) entre el nivel máximo y el nivel de ruido Margen de sobrecarga (headroom) Distancia (ΔdB) entre el nivel máximo y el nivel nominal Zona de recorte Cualquier nivel superior al nivel máximo Ruido de fondo Cualquier nivel inferior al nivel de ruido Margen o rango dinámico Distancia (ΔdB) entre el nivel máximo y el nivel de ruido Margen de sobrecarga (headroom) Distancia (ΔdB) entre el nivel máximo y el nivel nominal Zona de recorte Cualquier nivel superior al nivel máximo Ruido de fondo Cualquier nivel inferior al nivel de ruido 1.2. Parámetros característicos

16 TDAT 11-12, Tema 116 Respuesta en frecuencia Rango de frecuencias: f1, f2 Ancho de banda: Δf Tolerancia: ±dB Rango de frecuencias: f1, f2 Ancho de banda: Δf Tolerancia: ±dB 1.2. Parámetros característicos Comportamiento de un dispositivo en función de la frecuencia dB ± dB f1f1 f2f2 Δ f f

17 TDAT 11-12, Tema Parámetros característicos Generador de ruido Analizador (RTA, FFT) Equipo ¿Cómo medimos la respuesta en frecuencia? Respuesta en frecuencia Barrido de tonos AnalizadorEquipo

18 TDAT 11-12, Tema 118 Respuesta en frecuencia Analizador RTA (Real Time Analyzer) 1.2. Parámetros característicos Banco de filtros de octava o 1/3 octava Ruido ROSA: d.e.p = k/f Banco de filtros de octava o 1/3 octava Ruido ROSA: d.e.p = k/f

19 TDAT 11-12, Tema 119 Respuesta en frecuencia Analizador FFT (Fast Fourier Transform) 1.2. Parámetros característicos Equivale a un banco de filtros de anchura f S /N Ruido BLANCO: d.e.p = cte Equivale a un banco de filtros de anchura f S /N Ruido BLANCO: d.e.p = cte

20 TDAT 11-12, Tema 120 Respuesta en frecuencia Respuesta en frecuencia de un sistema Idealmente los equipos deben tener Bajo ruido interno Respuesta plana en el margen de audio El elemento de peor respuesta en frecuencia pondrá el límite en la respuesta total del sistema Respuesta en frecuencia de un sistema Idealmente los equipos deben tener Bajo ruido interno Respuesta plana en el margen de audio El elemento de peor respuesta en frecuencia pondrá el límite en la respuesta total del sistema 1.2. Parámetros característicos

21 TDAT 11-12, Tema 121 Medidas de ruido de un equipo Queremos conocer el ruido a la salida de un equipo El ruido equivalente a la entrada (E ni 2 ) es el cociente entre el ruido total a la salida y la función de transferencia del sistema También se suele caracterizar el ruido a través de la SNR a la salida del equipo, o directamente indicando el nivel de ruido a la salida Queremos conocer el ruido a la salida de un equipo El ruido equivalente a la entrada (E ni 2 ) es el cociente entre el ruido total a la salida y la función de transferencia del sistema También se suele caracterizar el ruido a través de la SNR a la salida del equipo, o directamente indicando el nivel de ruido a la salida 1.2. Parámetros característicos

22 TDAT 11-12, Tema 122 Medidas de ruido de un equipo: método del generador sinusoidal para E ni Parámetros característicos Medir g: aplicar un tono (normalmente 1KHz) con un generador sinusoidal. Conocemos el valor de entrada y medimos la salida con un voltímetro de verdadero valor eficaz Medir E no : sustituir el generador por una impedancia igual a la de salida del equipo al cual normalmente se conecta el equipo. Si la misma es baja se puede sustituir por un cortocircuito Medir g: aplicar un tono (normalmente 1KHz) con un generador sinusoidal. Conocemos el valor de entrada y medimos la salida con un voltímetro de verdadero valor eficaz Medir E no : sustituir el generador por una impedancia igual a la de salida del equipo al cual normalmente se conecta el equipo. Si la misma es baja se puede sustituir por un cortocircuito Generador sinusoidal EquipoVoltímetro EquipoVoltímetro

23 TDAT 11-12, Tema 123 Medidas de ruido de un equipo: método del generador de ruido para E ni Parámetros característicos Conectar el generador intercalando un atenuador de 3 dB entre el equipo y el voltímetro Aumentar el nivel del generador hasta que el voltímetro marque E no1 Conectar el generador intercalando un atenuador de 3 dB entre el equipo y el voltímetro Aumentar el nivel del generador hasta que el voltímetro marque E no1 EquipoVoltímetro Fuente de ruido blanco Equipo-3 dBVoltímetro Medir el ruido a la salida E no1 sin el generador de ruido, y con una impedancia igual a la de salida del equipo al cual normalmente se conecta el equipo, o un cortocircuito si la misma es baja

24 TDAT 11-12, Tema 124 Medidas de ruido de un equipo: filtros ponderadores de ruido 1.2. Parámetros característicos Proporcionan medidas de ruido más adecuadas a la respuesta no uniforme que tiene el oído humano con la frecuencia y el nivel (curvas de Fletcher – Munson)

25 TDAT 11-12, Tema 125 Medidas de ruido de un equipo: filtros ponderadores de ruido 1.2. Parámetros característicos Curvas ANSI A: Inversa de la curva Phon-40 de Fletcher – Munson. Muy usado en audio y ruido medioambiental e industrial B: Niveles sonoros medios. Se usa raramente C: Niveles sonoros elevados. Ambientes muy ruidosos (tráfico) D: Niveles sonoros muy elevados. Ruido de avión CCIR 468 (ITU-R 468) Las componentes de ruido entre 1 y 9 kHz son más molestas C Message Incluye la respuesta de un auricular telefónico junto con la curva de sensibilidad del oído humano Curvas ANSI A: Inversa de la curva Phon-40 de Fletcher – Munson. Muy usado en audio y ruido medioambiental e industrial B: Niveles sonoros medios. Se usa raramente C: Niveles sonoros elevados. Ambientes muy ruidosos (tráfico) D: Niveles sonoros muy elevados. Ruido de avión CCIR 468 (ITU-R 468) Las componentes de ruido entre 1 y 9 kHz son más molestas C Message Incluye la respuesta de un auricular telefónico junto con la curva de sensibilidad del oído humano

26 TDAT 11-12, Tema 126 Distorsiones no lineales 1.2. Parámetros característicos Distorsión armónica total (THD) THD+N Igual que THD pero se mide también el ruido entre armónicos Método más común Distorsión armónica total (THD) THD+N Igual que THD pero se mide también el ruido entre armónicos Método más común 1KHz

27 TDAT 11-12, Tema 127 Distorsiones no lineales 1.2. Parámetros característicos Distorsión por intermodulación (IMD) Método SMPTE: f 1 =60 Hz y f 2 =7 KHz a 1/4 de amplitud de f 1. Considerar 7 KHz como la componente fundamental y los armónicos los de su alrededor 60Hz 7KHz14KHz

28 TDAT 11-12, Tema 128 Distorsiones no lineales 1.2. Parámetros característicos Distorsión por intermodulación (II) Método CCIF: f 1 =19 KHz y f 2 =20 KHz. Considerar únicamente producto de intermodulación de mayor energía: f 2 – f 1 = 1 KHz Las medidas de distorsión no lineal se realizan con... distorsiómetros (audio profesional) o con... analizadores de espectro (más didáctico) Distorsión por intermodulación (II) Método CCIF: f 1 =19 KHz y f 2 =20 KHz. Considerar únicamente producto de intermodulación de mayor energía: f 2 – f 1 = 1 KHz Las medidas de distorsión no lineal se realizan con... distorsiómetros (audio profesional) o con... analizadores de espectro (más didáctico) 1KHz19KHz20KHz

29 TDAT 11-12, Tema 129 Distorsiones lineales 1.2. Parámetros característicos Distorsión de amplitud La respuesta de amplitud del equipo no es plana dentro del margen de frecuencias de interés Se puede ver a través de la respuesta en frecuencia Distorsión de fase La respuesta de fase del equipo no es lineal dentro del margen de frecuencias de interés Se da en todos los aparatos electrónicos y es muy difícil eliminarla No es relevante en audio (el oído humano tiene dificultad para detectar la fase) Distorsión de amplitud La respuesta de amplitud del equipo no es plana dentro del margen de frecuencias de interés Se puede ver a través de la respuesta en frecuencia Distorsión de fase La respuesta de fase del equipo no es lineal dentro del margen de frecuencias de interés Se da en todos los aparatos electrónicos y es muy difícil eliminarla No es relevante en audio (el oído humano tiene dificultad para detectar la fase)

30 TDAT 11-12, Tema 130 Diafonía 1.2. Parámetros característicos En los equipos estéreo, la separación entre canales (crosstalk) indica la influencia o la separación de la señal de un canal sobre el otro Generador sinusoidal Canal LVoltímetro Canal RVoltímetro Cortocircuitar un canal y excitar el otro con 1 KHz Condición: V L >V R Medir con un voltímetro V L y V R Cortocircuitar un canal y excitar el otro con 1 KHz Condición: V L >V R Medir con un voltímetro V L y V R

31 TDAT 11-12, Tema 131 La cadena de audio profesional y de consumo 1.3. La cadena de audio profesional y de consumo La cadena de audio será distinta en función de la aplicación, tanto profesional como de consumo Audio de consumo Reproducción y grabación de un soporte Recepción Audio de consumo Reproducción y grabación de un soporte Recepción Audio profesional Grabación multipista Conciertos Difusión... Audio profesional Grabación multipista Conciertos Difusión...

32 TDAT 11-12, Tema 132 Grabación multipista 1.3. La cadena de audio profesional y de consumo

33 TDAT 11-12, Tema 133 Grabación multipista 1.3. La cadena de audio profesional y de consumo Elementos Mesa de mezclas, magnetófono multipista, ecualizadores, compresores, unidades de efectos,... Actualmente: Mesa de mezclas y PC Fase de toma de sonido y overdub Toma de sonido: grabación, a través de la consola, en pistas independientes de las bases rítmicas (platillos, bombo, bajo,...), junto con una claqueta que fije el ritmo de la canción Overdub: nuevos instrumentos se van añadiendo. El músico escucha lo ya grabado para que haya sincronización Fase de mezcla Masterización: procesado, mezcla y grabación del master Elementos Mesa de mezclas, magnetófono multipista, ecualizadores, compresores, unidades de efectos,... Actualmente: Mesa de mezclas y PC Fase de toma de sonido y overdub Toma de sonido: grabación, a través de la consola, en pistas independientes de las bases rítmicas (platillos, bombo, bajo,...), junto con una claqueta que fije el ritmo de la canción Overdub: nuevos instrumentos se van añadiendo. El músico escucha lo ya grabado para que haya sincronización Fase de mezcla Masterización: procesado, mezcla y grabación del master

34 TDAT 11-12, Tema 134 Conciertos 1.3. La cadena de audio profesional y de consumo

35 TDAT 11-12, Tema 135 Conciertos 1.3. La cadena de audio profesional y de consumo Elementos Mesas de mezclas, etapas de potencia (filtros de cruce y amplificadores), compresores, ecualizadores, unidades de efectos, RTA Funciones de las consolas Mesa de monitorado (mesa 1): mezcla del audio de referencia de cada músico en las proporciones deseadas y su envío a los altavoces de monitorado Mesa de Public Address (mesa 2): mezcla del par estereofónico y su envío a los altavoces de público Elementos Mesas de mezclas, etapas de potencia (filtros de cruce y amplificadores), compresores, ecualizadores, unidades de efectos, RTA Funciones de las consolas Mesa de monitorado (mesa 1): mezcla del audio de referencia de cada músico en las proporciones deseadas y su envío a los altavoces de monitorado Mesa de Public Address (mesa 2): mezcla del par estereofónico y su envío a los altavoces de público

36 TDAT 11-12, Tema 136 Difusión y recepción 1.3. La cadena de audio profesional y de consumo

37 TDAT 11-12, Tema 137 Difusión y recepción 1.3. La cadena de audio profesional y de consumo Elementos en el transmisor Mesa de mezclas: masterización del servicio de audio Codificador de fuente: reducción del régimen binario Multiplexor: división en paquetes de los datos y multiplexación de los diferentes tipos de paquetes en un único flujo Codificador de canal: desordenación de los datos para evitar errores de ráfaga, e introducción de redundancia para corrección de errores Modulador: conversión a analógico y modulación de la portadora de RF Elementos en el transmisor Mesa de mezclas: masterización del servicio de audio Codificador de fuente: reducción del régimen binario Multiplexor: división en paquetes de los datos y multiplexación de los diferentes tipos de paquetes en un único flujo Codificador de canal: desordenación de los datos para evitar errores de ráfaga, e introducción de redundancia para corrección de errores Modulador: conversión a analógico y modulación de la portadora de RF

38 TDAT 11-12, Tema 138 Difusión y recepción 1.3. La cadena de audio profesional y de consumo Elementos en el receptor Demodulador: demodulación de la portadora de RF, conversión a digital y extracción de los paquetes de control Corrección de errores: reordenación de los datos y corrección de errores Demultiplexor: entresacado del servicio de audio Decodificador de fuente: proceso inverso al codificador de fuente Control y sincronización del flujo con el reloj local Interface de usuario: selección del servicio y otras opciones Elementos en el receptor Demodulador: demodulación de la portadora de RF, conversión a digital y extracción de los paquetes de control Corrección de errores: reordenación de los datos y corrección de errores Demultiplexor: entresacado del servicio de audio Decodificador de fuente: proceso inverso al codificador de fuente Control y sincronización del flujo con el reloj local Interface de usuario: selección del servicio y otras opciones


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