Audio 1. Audio analógico

Señal de audio Una señal de audio es una señal electrónica Representación eléctrica exacta de una señal sonora Normalmente acotada al rango de frecuencias audibles por los seres humanos Entre los 20 y los 20 000 Hz, aproximadamente El equivalente, casi exacto a 10 octavas

(Señal) Una señal es un símbolo, un gesto u otro tipo de signo que informa o avisa de algo. La señal sustituye por lo tanto a la palabra escrita o al lenguaje. Ellas obedecen a convenciones, por lo que son fácilmente interpretadas. Cuando se trata de símbolos, las señales están colocadas en lugares visibles y están realizadas normalmente en diversos colores y formas. En el caso de los gestos, son hechas por las personas mediante las manos y los brazos. También hay indicaciones consistentes en banderas, utilizadas sobre todo en la navegación marítima, y señales luminosas, como las de los faros en las costas. Así mismo, una señal puede ser también la variación de una corriente eléctrica u otra magnitud física que se utiliza para transmitir información. Por ejemplo, en telefonía existen diferentes señales, que consisten en un tono continuo o intermitente, en una frecuencia característica, que permite conocer al usuario en qué situación se encuentra la llamada.

…señal de audio… 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, que convierte las señales eléctricas en ondas de presión de aire.

(Transductor) Es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente de salida. El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza, aunque no necesariamente la dirección de la misma. Es un dispositivo usado principalmente en las ciencias eléctricas para obtener la información de entornos físicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa.

Micrófono El micrófono es un transductor electroacústico. Su función es la de transformar (traducir) las vibraciones debidas a la presión acústica ejercida sobre su cápsula por las ondas sonoras en energía eléctrica. Los micrófonos se pueden dividir según varias clasificaciones: según su directividad. según el transductor. según su utilidad.

Micrófono: directividad Omnidireccional Bidireccional Unidireccional

Micrófono omnidireccional Diagrama polar de 360º (la circunferencia completa) Captan tanto lo que queremos como lo que no: ruido del entorno, reflexiones acústicas, etc. Posibilita situar a varias personas alrededor de un solo micrófono Recomendable para radio, pero no para video Responden mejor a frecuencias bajas y medias La omnidireccionalidad no es cierta en frecuencias altas Menos sensibles al viento y a la manipulación

Micrófono bidireccional Diagrama polar en forma de 8 Pueden tener cancelaciones por los contrafases Respuesta polar pierde eficiencia encima de los 10kHz Eficaz para entrevistas radiofónicas Algunos micrófonos “bidireccionales” son en realidad dos micrófonos cardioides

Micrófono direccional o unidireccional Muy sensibles en una dirección Más direccionables en bajas frecuencias que altas Tipos: Cardioides Hipercardioides Supercardioides

Micrófono direccional: cardioide Diagrama polar en forma de corazón Diafragma libre al frente Laberintos acústicos atrás Puede alcanzar 160° de ángulo preferente Pueden cubrir los sonidos de todo un escenario Apropiados para micrófono de mano

Micrófono direccional: hipercardioide Respuesta hipercardioide modificado Lóbulo frontal más estrecho Mejor equilibrio entre sonido incidente y ambiental

Micrófono direccional: de interferencia o de línea Es un tubo largo de aproximadamente 60 cm de longitud y 1,9 cm de diámetro. Esta forma que recuerda al cañón de una escopeta es la responsable de que se llame también micrófono de cañón, semicañón o rifle. Diseñado como un micrófono supercardioide normal, al que se han practicado una serie de ranuras. El sonido ha tenido que atravesar las ranuras que han generado interferencias destructivas. Diagrama polar tiene una peculiar forma de trébol.

Micrófono direccional: parabólico El reflector paraboloide del micro tiene un diámetro de entre 0,5 y 1 metro y es en su foco donde se coloca un micrófono direccional (generalmente, un cardioide de gran sensibilidad). El sonido llega a la cápsula microfónica tras reflejarse en la parábola. Ineficaces ante frecuencias inferiores a 300 Hz. Ganancias de 15 dB Mayor direccionadad, estando su ángulo preferente entre los 10º a 40º. Muy útiles para captar sonidos a larga distancia: Eventos deportivos Documentales Espionaje Etc.

Micrófono: transductor Electrostático De condensador Electret Dinámico Bobina Cinta Piezo eléctrico Magneto estrictivo Magnético De carbón

Micrófono electrostático: de condensador Cápsula microfónica formada por dos placas de condensador, una fija y la otra móvil, separadas por un material aislante. La placa móvil se acerca o se aleja de la fija, provocando una variación en el voltaje almacenado (se ganan o pierden electrones en el material aislante situado entre ambas placas) Necesitan de corriente eléctrica para poder funcionar: no son autónomos

Micrófono electrostático: electret Utiliza un electrodo laminal de plástico polarizado: no necesita alimentación Placas polarizadas: cargadas a perpetuidad desde el mismo momento de su fabricación: 220 grados, 4000 volts.

Micrófono electrostático: de condensador de radiofrecuencia Similar al de condensador, en el que tanto la placa móvil (diafragma) como la placa fija forman parte de un circuito sintonizador (situado dentro de la propia cápsula). El circuito sintonizador genera una portadora cuya frecuencia es modulada en función del movimiento del diafragma. Será esta señal modulada la que se envíe a la salida.

Micrófono dinámico: de bobina móvil Consta de un diafragma rígido suspendido frente a un imán permanente potente, que cuenta con una hendidura en la que va acoplada una bobina móvil solidaria Cuando las ondas sonoras excitan el diafragma, la bobina solidaria se mueve a su vez (hacia delante y hacia atrás) dentro de la ranura del imán, con lo que se genera un campo magnético cuyas fluctuaciones se transformarán en corriente alterna Robustos, baratos, autónomos (no requieren alimentación) Calidad no óptima: respuesta en frecuencia limitada e irregular, más direccional para los graves que para los agudos

Micrófono dinámico: de cinta La membrana del micrófono de cinta es una cinta corrugada (tira lara y fina de metal conductor plegada en zig-zag), que está tensada por dos abrazaderas. Los polos de un potente imán permanente inducen el magnetismo en la cinta cuando la presión ejercida por las ondas sonoras hacen que la membrana (la cinta) vibre (se mueva hacia adelante y hacia atrás). Las fluctuaciones del campo magnético generado por el movimiento de la cinta, producen una tensión de salida con de idéntico valor a la onda sonora incidente. Respuesta en frecuencia 40 a 14.000 Hz Muy utilizado en los estudios de grabación, sensibles a la manipulación

Micrófono piezoeléctrico: de carbón Inventado por David Edward Hughes en 1878 Compartimento cerrado con carbón (antracita o grafito), cubierto por la membrana. Las partículas de carbón actúan como una resistencia. Los cambios en la presión modifican la superficie de contacto entre las partículas de carbón cambiando la resistencia a la corriente Muy utilizados en telefonía, porque su respuesta en frecuencia, entre 200 y 3.000 Hz, es ideal para captar la voz humana.

Micrófono piezoeléctrico: de cristal El diafragma está formado por dos placas de cristal de cuarzo que cuando actúa una onda sonora hace que se doblen y generen tensión eléctrica. El micrófono de cristal es un micrófono electrostático de respuesta en frecuencia muy limitada, pero ideal para captar la voz humana (600 Hz a 5 kHz). El diagrama polar del micrófono de cristal es omnidireccional Es muy frágil, se ve afectado por los cambios de humedad y temperatura

Micrófono piezoeléctrico: de cerámica Semejante al de cristal, pero con piezas de cerámica

Micrófonos, clasificación por su utilidad Micrófono de mano o de bastón: Diseñado para utilizarse sujeto con la mano. Está diseñado de forma que amortigua los golpes y ruidos de manipulación. Micrófono de estudio: No tienen protección contra la manipulación, pero están situados en una posición fija y protegido con gomas de las vibraciones. Micrófono de contacto: Toman el sonido estando en contacto físico con el instrumento. Se utiliza también para disparar un sonido de un módulo o sampler a través de un MIDI trigger. Micrófono de corbata, de solapa o Lavalier. Micrófono en miniatura que poseen filtros para evitar las altas frecuencias que produce el rozo del micro con la ropa. Micrófono inalámbrico: La particularidad de este micro es la posibilidad de utilizarlo sin cable. Pueden ser de solapa o de bastón (de mano). No necesitan el cable porque poseen un transmisor de FM (también AM, pero es más habitual el FM).

…señal de audio… Una señal de audio se caracteriza por: Voz humana Su dinámica valor de pico rango dinámico Potencia relación señal-ruido Su espectro de potencia ancho de banda frecuencia fundamental Armónicos distorsión armónica Voz humana No tiene información relevante más allá de los 10 kHz En telefonía fija se toman sólo los primeros 4 kHz Con 2 kHz basta para que la voz sea comprensible, pero no para reconocer al hablante.

Altavoz Es un transductor un transductor electroacústico Doble procedimiento: eléctrico-mecánico-acústico Las principales características de un altavoz son: Respuesta en frecuencia Impedancia Potencia Sensibilidad Rendimiento Distorsión Directividad

Altavoces: respuesta en frecuencia Los altavoces de alta calidad son los que tienen un margen de variación de 6 dB para el margen audible de los 20 Hz - 20 kHz. Fuera de los sistemas de alta calidad, también son aceptables la variaciones de 3 dB en un margen de 100 Hz a 15 KHz. La banda conflictiva es la de los graves, por ello, no se empieza la medición en los 20-30 Hz, sino que se eleva esta cifra hasta los 80 Hz. En las especificaciones técnicas también suele venir la curva de respuesta en frecuencia

Altavoces: potencia Potencia eléctrica que entra en el altavoz, no a la potencia acústica. Es la cantidad de energía (en vatios) que se puede introducir en el altavoz antes de que distorsione en exceso o de que pueda sufrir desperfectos. Dentro de la potencia se diferencia entre potencia nominal y potencia admisible.

Altavoces: impedancia La impedancia es la oposición que presenta cualquier dispositivo al paso de pulsos suministrados por una fuente de audio (esta corriente no es ni alterna, ni directa. Es una combinación de las dos la cual no tiene ciclos definidos. Se mide en ohmios El valor de la impedancia varía en función de la frecuencia, con lo que en las especificaciones técnicas de cada modelo de altavoz nos vendrá una curva con esta relación impedancia-frecuencia Se indica la resistencia (impedancia) para una frecuencia concreta que sirva de referencia, generalmente, los 0 Hz, aunque también hay muchos fabricantes que optan por los 50 Hz). Las impedancias normalizadas de los altavoces son 2, 3.2, 4, 6, 8, 16 y 32 ohmios Las más utilizadas son: 4 en audio car 6 para sistemas mini componentes 8 para los sistemas de alta fidelidad 16 para sistemas de surround y auriculares.

Sensibilidad Es el grado de eficiencia en la transducción electroacústica Mide la relación entre el nivel eléctrico de entrada al altavoz y la presión sonora obtenida. Los altavoces son transductores electroacústicos con una sensibilidad muy pobre La mayor parte de la potencia nominal introducida en un altavoz se disipa en forma de calor.

Rendimiento El rendimiento mide el grado de sensibilidad del altavoz Es el tanto por cien que indica la relación entre la Potencia acústica radiada y la Potencia eléctrica de entrada Potencia acústica / potencia eléctrica x 100

Distorsión La distorsión tiene causas muy variadas flujo del entrehierro vibraciones parciales modulación de frecuencia sobre el diafragma alinealidad de las suspensiones La mayor parte de la distorsión se concentra en el segundo y tercer armónico, por lo que afectará en mayor medida a los tonos graves. Se trata de una distorsión en torno al 10%. En las medias y altas frecuencias esta distorsión es proporcionalmente mucho menor y no llega al 1%, aunque en las gargantas de bocinas de alta frecuencia esta distorsión se dispara hasta un margen del 10-15%

Directividad Indica la dirección del sonido a la salida del sistema, es decir, el modo en el que el sonido se disipa en el entorno Siempre son más direccionales cuando se trata de altas frecuencias (agudos) que cuando se trata de bajas frecuencias (graves). Dependiendo de su directividad podemos decir que un cono de altavoz es: Omnidireccional Bidireccional Cardioide

2. Grabación y reproducción analógica de audio

Grabación analógica de audio Registro de un sonido en un lapso mediante la modificación duradera de un material en alguna de sus propiedades (forma física o propiedades magnéticas) La modificación debe durar un tiempo suficiente para tener utilidad

Grabación analógica de audio Ventajas Medio más barato (por ahora) Circuitos más simples Se registra toda la señal, no hay pérdidas por muestreo Desventajas La degeneración de la señal es acumulativa, en la transmisión, la grabación y la reproducción El registro se degrada fácilmente, con cada reproducción o con su manejo

Audio analógico: grabación mecánica analógica Se registra la presión del sonido en un material mediante una presión mecánica que produce un zurco cuya profundidad o forma representan las variaciones en el sonido La transducción de sonido a presión sobre el medio puede ser: Directa: Captador de sonido que transmite la presión al medio Indirecta: Micrófono que convierte la señal a electricidad y un sistema mecánico que convierte la electricidad en presión sobre el medio Multietapas: Se pueden efectuar registros múltiples en diferentes medios, para finalmente imprimir la señal en el medio destino

Audio analógico: grabación mecánica analógica Dispositivos Fonógrafo Gramófono Discos de vinilo

Fonógrafo El fonógrafo fue el primer aparato capaz de grabar y reproducir sonido Thomas Alva Edison 1877 Ondas sonoras → vibraciones mecánicas Vibraciones mueven un estilete que labra un surco helicoidal sobre un cilindro de fonógrafo Materiales: Cartón con estaño Cartón parafinado Cera sólida

Gramófono Utilización de disco plano 1888 por Emile Berliner Consta de: Plato giratorio Brazo Aguja o púa Amplificador Un motor eléctrico o de cuerda hace girar el plato a una velocidad constante de 33, 45 o 78 revoluciones por minuto Un único molde original podía realizar miles de copias Los usuarios no podían hacer sus propias grabaciones (el fonógrafo sí lo permitía)

Disco de vinilo Grabación inicial en cintas magnéticas: producción de master Se corta el disco: se registra en disco de aluminio con superficie de laca Se aplica una capa de plata y nickel Se retira la capa de plata y nickel obteniendo un negativo: disco padre Se produce 8 copias positiva: discos madre De cada disco madre se producen dos estampadores Cada estampador se utiliza para estampar el disco en una pastilla de vinilo La reproducción se realiza mediante una aguja que transmite la vibración a un transductor mecánico-eléctrico

Audio analógico: grabación magnética analógica La información se graba sobre el soporte cuando éste pasa delante del electroimán. El soporte puede ser un carrete de hilo, cinta de papel o cinta magnética. El electroimán actúa reorientando las partículas del material ferromagnético (óxidos de hierro o de cromo) que recubren el soporte

Audio analógico: grabación magnética analógica Factores de calidad Tipo de emulsión: óxido de hierro, metal, cromo Velocidad de arrastre: mayor velocidad, mayor calidad Ancho de cinta Factores de pérdida Fricción repetida Desmagnetización Límite de multigeneración: 4ta o 5ta Altos niveles: saturación y distorción Bajos niveles: ruido Técnicas de calidad Dolby: Se amplifican los sonidos más débiles antes de grabar. Se debe efectuar el proceso inverso al reproducir

Audio analógico: grabación magnética analógica Magnetófonos De bobina abierta De cassette (o platina) De cartucho Requisitos de operación Precisión de la marcha: Compatibilidad entre la velocidad de grabación y reproducción. Estabilidad de la marcha. Velocidad uniforme. Si está es alterada, se produce el efecto de lloro. Minimización de la Diafonía. Cuando se lee, parte de sonido de otra pista adyacente. Asegurar la respuesta en frecuencia. Al finadle su vida útil u otros motivos no son capaces de grabar/reproducir todo el espectro de frecuencias. Cuando esto ocurre la cabeza correspondiente ha de ser reemplazada.

Audio analógico: grabación magnética analógica Cabezales Transductor: electricidad→flujo magnético y viceversa Tipos: Borrado Grabación Lectura Los equipos económicos tienen un cabezal para grabación y reproducción

Audio analógico: grabación magnética analógica Cabezal de borrado Por imantación uniforme: introducen ruido Por establecer estado neutro: campo magnético oscilando en frecuencia alta: 50khz-120khz Cabezal de grabado Campo magnético inducido por el cabezal sobre la cinta Cabezal de lectura Campos magnéticos de la cinta en movimiento inducen electricidad en bobina del lector