Lección No. 4, Ancho de banda, Respuesta de Frecuencia, Rango Dinámico y Headroom.
Respuesta en Frecuencia: Este es uno de los parámetros con
mayor frecuencia utilizados tanto en sistemas de sonido como en acústica para
hacer referencia al comportamiento que dicho sistema o recinto tiene ante el
espectro o rango de frecuencias audibles. Concisamente, la respuesta en
frecuencia especifica la ganancia con la cual las señales de un determinado
rango de frecuencias cursan o atraviesan el sistema.
En el caso particular de un sistema de audio, la respuesta
en frecuencia podrá ser especificada para dispositivos tales como micrófonos,
consolas de mezcla, amplificadores, tarjetas de audio para computadores,
altavoces, periféricos de procesamiento externo, etc.
La respuesta en frecuencia usualmente se especifica mediante
una gráfica o curva en donde se ilustra la ganancia en función de la
frecuencia. Dicha ganancia indicará la atenuación o realce de un punto o zona
específica del espectro respecto al promedio en todo el rango de operación del
dispositivo.
En una mirada macro, interesará saber si una respuesta en
frecuencia es plana, es decir, presenta igual ganancia para todas las
frecuencias o presenta realces o atenuaciones en el rango agudo, medio o grave
del espectro. Dependiendo la aplicación, se subdividirá el espectro en rangos o
bandas más pequeñas.
En audio es muy importante que los sistemas de procesamiento
y de grabación de señal en sus circuitos electrónicos presenten una respuesta
lo más plana posible. Por este motivo es frecuente que un fabricante pueda
especificar la respuesta en frecuencia indicando, por ejemplo: 20Hz ~ 18.000Hz
+/- 1dB; lo cual significa que el rango de frecuencias que puede procesar el
equipo se encuentra entre los límites inferior y superior mencionados en un margen
de ganancia no superior a 1dB de atenuación o realce respecto al promedio.
Cuanto menor sea dicho margen, significará que el equipo poseerá una respuesta
más uniforme en el rango de frecuencias especificado.La siguiente gráfica
ilustra esta situación:
Ancho de Banda: El ancho de banda es un parámetro que indica
todo el rango de frecuencias que es capaz de procesar un equipo o sistema de
sonido teniendo como referencia dos (2) frecuencias límite, una inferior y otra
superior, puntos en los cuales se registra una caída de 3dB en nivel respecto a
las frecuencias centrales, que como referencia se asumen en promedio un nivel
máximo de 0dB. Las frecuencias inferior y superior también se les denominan
puntos de potencia media. La diferencia entre dichos límites es entonces el
Ancho de Banda (Bandwidth - BW) del sistema.
Rango Dinámico (RD): Este parámetro indica la diferencia
entre el máximo y el mínimo nivel de presión sonora (SPL) existente en un
programa sonoro determinado. En algunas aplicaciones como el sonido en vivo, la
parte más silenciosa del programa sonoro capturado, puede ser enmascarada por
el ruido ambiente. En dicho caso, el rango dinámico estará dado por la
diferencia entre el nivel máximo y el nivel correspondiente al ruido de piso.
Es por ello que el rango dinámico define así el máximo cambio de nivel que
puede ser audible en un programa sonoro.
Si para un caso específico se tiene un nivel de presión
sonora pico de 120 dB SPL y un ruido de piso de 30dB SPL, el Rango dinámico
estará dado por:
RD = [Nivel Pico] - [Piso de Ruido] = 120 dB SPL - 30 dB SPL
= 90 dB
Nótese que la diferencia entre dos niveles absolutos, da
como resultado una unidad relativa.
En lo que respecta al sistema de audio encargado de procesar
o reproducir las señales del programa sonoro capturado, el rango dinámico
estará dado por la diferencia entre el nivel pico y el nivel mínimo que pueda
asumir la señal eléctrica del programa sonoro correspondiente. En los sistemas
de audio es importante destacar la diferencia entre el rango dinámico del
programa procesado y el máximo rango dinámico que es posible obtener en el
sistema; este último queda definido por la calidad y electrónica de los equipos
en su construcción. Este rango máximo dependerá del nivel de salida pico o
punto de saturación de los circuitos antes de generar distorsión, comúnmente
conocido como nivel o punto de "clipeo" (Clipping). El nivel mínimo
por su parte, estará asociado con el ruido electrónico residual inherente en
los sistemas electrónicos.
Si para el caso anterior el programa sonoro cursa una señal
a través de un sistema de audio con un nivel pico de +24 dBu y un ruido de piso
de -66 dBu, el Rango dinámico estará dado por:
RD = [Nivel Pico] - [Piso de Ruido] = +24 dBu - (-66 dBu) =
90 dB Una vez más, el resultado es una unidad relativa.
En sistemas de audio profesional el nivel de línea máximo o
punto de clipping es +24dBu.
Según la aplicación en concreto, no siempre el
máximo nivel en el dominio acústico se hace corresponder con el punto de
clipping del sistema de audio. El nivel mínimo de audio que podrá ser
procesado, variará según la calidad del equipo electrónico.
El siguiente diagrama ilustra los conceptos aquí tratados:
HeadRoom: En todo programa sonoro y sistema de sonido existe
un nivel promedio conocido como nivel nominal de programa. En el dominio
acústico dicho nivel estará expresado como un promedio de presión sonora SPL y
usualmente se hace corresponder con el nivel electrónico de línea promedio, que
en sistemas profesionales es +4dBu. El HeadRoom se define entonces como la diferencia
entre el nivel máximo o pico del programa y el nivel nominal. El HeadRoom
establece así el máximo margen de nivel que es posible alcanzar en un programa
sonoro, por encima del nivel de presión sonora Q potencia promedio.
Si para el caso específico ilustrado en el diagrama se tiene
un nivel de presión sonora promedio de 100 dB SPL, el HeadRoom estará dado por:
HeadRoom = [Nivel Pico] - [Nivel Nominal] = 120 dB SPL - 100
dB SPL = 20 dB
En lo concerniente a la señal de audio, el nivel promedio se
ubica en los +4dBu, por tanto el HeadRoom será:
HeadRoom = [Nivel Pico] - [Nivel Nominal] = +24 dBu - (+ 4
dBu) = 20 dB
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