Medidas de audio sobre PC

Introducción

La enorme potencia de cálculo y el desarrollo de tarjetas de sonido de calidad, permite transformar el PC doméstico en una potente herramienta de medidas de audio. No solo la capacidad de proceso, si no la alta calidad de la representación gráfica, facilidades, archivado, generación de informes, integración con hojas de cálculo y procesadores de textos, etc hacen de estos "inofensivos PC" herramientas muy potentes. Pero siempre en mano de quién sepa utilizarla y conociendo previamente los límites.

Para la realización de medidas "en campo" un PC portatil puede ser una herramienta insustituible. El problema es que los sistemas de audio de los portátiles suele ser especialmente malo, normalmente hay que poner una tarjeta PCMCIA o una capturadora de audio USB.

No penseís en que estas ideas son descabelladas. La tendencia actual de los fabricantes de equipos de medida de audio profesional es precisamente esta: dejar a un PC (portatil o de sobremesa) las tareas de procesado y representación y vender, eso sí, un equipo externo que se dedica solo a la adquisición de audio.

Como referencia en el mundo del audio profesional, se puede citar al fabricante americano Audio Precision. Sus equipos, que valen una fortuna, se suelen usar para realizar las más sofisticadas medidas de audio (electrico). En su web hay unos cuantos artículos sobre cómo caracterizar la calidad de una tarjeta de sonido (usando sus equipos, claro), no en vano los fabricantes de ellas son unos de los mejores clientes de Audio Precision. Para medidas de audio "acústico" la referencia es Bruel&Kjaer, estos daneses fabrican los equipos de electroacústica con más prestigio y glamour. Sus caros micrófonos son referencia absoluta.

Los problemas de un PC como equipo de laboratorio de audio

Desde mi punto de vista, el PC tiene unos poco problemas, algunos de ellos con solución y otros no. Entre ellos se pueden citar:

- Calidad de la tarjeta de adquisición. No todas las tarjetas de sonido tienen la calidad suficiente para llevar a cabo medidas. Sobre este punto se trabajará más adelante.

- El "maldito mezclador de Windows": yo lo llamo "maldito" , por que no me gusta y además no encuentro alternativa (aunque creo que si la hay). El problema es que es un mezclador/selector que no permite un ajuste exacto y numérico y tampoco es posible salvar la configuración actual para recuperarla más tarde. Además cualquier aplicación puede modificar sus ajustes, con los cual dificulta mucho la calibración de los niveles.

- Los drivers de las tarjetas: este factor limita la robustez del sistema. Una actualización de los drivers puede modificar la manera de manejar los mezcladores o puede introducir ecualizaciones no deseadas. En mi opinión, lo ideal es instalar los drivers en su expresión mínima, sin instalar las típicas aplicaciones y efectos 3D que suelen traer todas las tarjetas de sonido de hoy en día. Pero esto tampoco parece sencillo. Por ejemplo, en XP aparece, incluso en el mezclador básico de windows, la posibilidad de controlar graves y agudos, pero al ser una "barra deslizante" no es nada fácil encontrar el punto de ecualización nula y no hay una casilla para deshabilitar esta función. Este tipo de historias son las que más tiempo hacen perder. Casi casi lo mejor es una tarjeta de sonido ultrasimple con un set de drivers mínimo.

- Ruido acústico: los PC de hoy en día siguen siendo muy ruidosos, debido a los múltiples ventiladores. Los niveles superan los 50 dB lo que dificulta las medidas acústicas.

- Ruido eléctrico. Mucho se ha hablado al respecto. Este factor se suele usar siempre para desacreditar estos sistemas domésticos de medida. Pero el problema tiene más que ver con la calidad de la tarjeta de sonido que con el propio PC. Una tarjeta bien diseñada, con múltiples reguladores y filtros no debe tener problemas en conseguir una calidad aceptable. Es cierto que el ruido radiado va a imponer un límite, pero se puede subsanar con tarjetas blindadas o equipos externos conectador por USB o IEEE1394.

- Entrada de micrófono monofónica: es curioso, yo nunca me había dado cuenta, pero la gran mayoría de las tarjetas de sonido tienen entrada de micro monofónica. Parece una chorrada, pero para ciertas aplicaciones es necesario disponer de dos canales, uno para el micrófono (canal izquierdo) y el canal derecho para monitorizar la señal de excitación que se está metiendo al amplificador y los altavoces, por poner un posible ejemplo. La única solución acaban siendo la de poner un previo para micrófono externo y usar la "entrada de línea" de la tarjeta de sonido.

- Robustez y entradas/salidas profesionales. Por 90 ¤ que vale una Sound Blaster Audigy OEM tampoco se puede pedir mucho más. Estas tarjetas no son robustas, una sobretensión puede destruir sus entradas. Tampoco suelen tener un set de entradas/salidas XLR balanceadas profesionales, ni niveles de audio estándars. Aunque hay unas pocas que si tienen todas estas cosas, pero ya se van a los 200 o 300 ¤ .

- Falta de documentación. No es fácil conocer las prestaciones de una tarjeta de sonido, solo algunos fabricantes publican estas cifras ( Creative Labs sí lo hace, pero parecen un poco "infladas"). Por otro lado, es muy conveniente estudiar un poco el chip set de la tarjeta, sobre todo los CODECS y el mezclador, para saber los niveles de referencia, saturación, las cifras de THD, etc.

- La complejidad de la tarjeta. Parece contradictorio, pero las tarjetas de sonido de hoy en día son tan complejas que dificultan mucho su ajuste previo. Se dispone de demasiadas entradas de audio ( tanto internas como externas) y demasiadas salidas ... A veces uno se olvida de deshabilitar determinada entrada que no se está usando y el resultado es un incremento del ruido. O hay activada una función 3D que modifica totalmente el sonido. El mezclador suele ser tambien muy complejo, ya que no solo se permiten atenuaciones si no que también amplificaciones, lo cual puede llevar a saturaciones y resultados indeseados. Y los drivers no suelen tener una casilla que diga "dejar todo en su punto medio sin amplificación ni atenuación". Lo ideal sería una tarjeta ultrasimple, con una entrada y salida estéreo y sin mezclador. Pero esto ya no se vende, al menos a precios razonables.

Como vemos, casi todos los problemas están más relacionados con el software o programación y ajuste que con el hardware, por lo que con un poco de trabajo y cuidado se pueden solventar. Al final, el problema lo podemos resumir en una palabra: Calibración. Antes de realizar cualquier medida deberemos verificar que todo es correcto y de acuerdo a nuestras necesidades.

Es obvio que con todos estos problemas, no se puede considerar a un PC con una Sound Blaster como un "equipo de laboratorio" en el sentido más profesional, falla la "robustez" y la "calibración". Pero con un poco de cuidado y dedicación se pueden obtener medidas de gran calidad. Personalmente, en mi vida profesional, he usado un PC en combinación con equipos de laboratorio. Estos últimos eran muy robustos y fiables pero les faltaba ciertas capacidades que un Pc con una tarjeta de sonido si tiene ( capacidad de grabar cierta longitud de señal y realizar un post proceso).

El equipo básico

Cualquier PC Pentium 350 o superior nos puede valer. Con CPU menos potentes podemos tener problemas con el analisis FFT en tiempo real de alta resolución.

En cuanto a la tarjeta de sonido, existen muchas en el mercado. Realmente lo que nosotros necesitamos es una tarjeta con unos buenos conversores (CODECS) y bajo ruido. Nos dá exactamente igual sus capacidades propias de procesado 3D, aceleración de juegos, y "chorradas" similares. El procesado lo va a realizar siempre la CPU del ordenador. Hace ya varios años que aparecieron en el mercado tarjetas con procesador propio (DSP), pero hasta la fecha no se ha generalizado la realización de programas de análisis que aprovechen estas capacidades. Por tanto, dada la gran potencia de los ordenadores de hoy en día, lo mejor es dejar todo el procesado de señal al PC. Va sobrado por todas partes, no hay ningún problema.

Existen muchas webs que han realizado medidas de prestaciones de audio de tarjetas de sonido. Es increible el nivel de calidad de estos análisis, hechos con equipos de laboratorio muy sofisticados (de Audio Precision). Por lo que yo he visto, las tarjetas comerciales de precio medio - bajo suelen tener prestaciones muy similares. Una Sound Blaster Audigy OEM u otras pueden valer perfectamente. Incluso hay placas base con buenos chips de audio que pueden dar buen resultado. Como lo primero que hay que hacer es caracterizar nuestra tarjeta o placa base, no haremos caso a las opiniones interesadas, y si vemos que las prestaciones son malas, pues ya compraremos una tarjeta de mayor calidad.

Hay mucho bla bla bla sobre las prestaciones o capacidades de algunas tarjetas. La última moda es usar convertidores de datos de 24 bits, en vez de los típicos de 16 bits. Pero hay que fijarse más bien en otro dato: la relación señal / ruido que se alcanza. Hay una famosa fórmula matemática que relaciona el número de bits con la relación señal/ruido: S/N = 6 * N (aproximadamente). Por tanto, 16 bits nos dá un límite teórico de 16 * 6 = 96 dB, mientras que 24 bits nos dá 144 dB. Pues bien, casi todas las tarjetas domésticas están en niveles de 85 o 89 dB como máximo, sea cual sea el número de bits que anuncian en la caja. ¿ Que pasa ? Pues que el ruido intrínseco de los componentes y el PC está limitando la máxima resolución. Las mejores tarjetas profesionales llegan como máximo a los 105 o 110 dB, lo que equivale a 17 o 18 bits de resolución REAL. Si alguién piensa que algún día vamos a aprovechar los 144 dB que nos dan los 24 bits de resolución de los nuevos equipos (tanto tarjetas de sonido como SACD o DVD-audio) es que no tiene ni idea de lo dificil que resulta conseguir , no ya 144 , si no 100 dB. Los equipos profesionales de medida de audio si son capaces de llegar a estos límites de medida, pero con truco: utilizan varios rangos de medida, pero no son capaces de analizar 144 dB en un solo tramo.

Algunas tarjetas tienen un rack frontal de entradas y salidas, incluso las hay con calidad ( XLR balanceadas). Creo que Creative tiene algún modelo así. El problema es el sobreprecio importante. Pero la verdad es que debe resultar comodísimo tener a mano las entradas y salidas. Yo es algo que echo de menos muy mucho.

Además de la Sound Blaster Audigy (que de forma confusa la anuncian como "24/96" cuando su entrada analógica es de tan solo 16/48 ¿?) , están apareciendo muchas tarjetas con CODEC REAL de 24 bits y muestreo a 96Khz, permitiendo medir hasta los 40 Khz en vez de los 20KHz habituales. Esto último puede ser muy útil para hacer medidas de distorsión ya que el primer armónico de una señal de 20Khz está en 40 Khz, con las tarjetas normales no podemos medir THD de tonos por encima de 10Khz. La TERRATEC 6 FIRE LT es una de ellas, hay otras pocas por ahí, son un poco exclusivas y difíciles de localizar ya que están orientadas a músicos y compositores. Hay que fijarse que usen un CODEC AK-4524, uno de los más prestigiosos. La Audigy usa otros CODEC no tan buenos. En fin, si se quiere algo realmente bueno hay que investigar un poco y estar dispuesto a pagar más de 150¤ . Hay que considerar la calidad de la tarjeta, hay varias con el mismo CODEC citado, pero no todas tienen las mismas cifras de ruido y THD ( para colmo, algunas marcas le echan un poco de cara y dan como dato el ruido y THD del CODEC por sí mismo, y no de la tarjeta como un todo, esto lo hacen los de Terratec). Por ejemplo, la EGOSYS Waveterminal 2496 lleva el mismo CODEC pero sus prestaciones son muy superiores, es una tarjeta extremadamente buena.

Para realizar medidas se pueden conectar cables jack con cocodrilos o pinzas por el otro lado. O bien comprar una sonda de osciloscopio barata ( las "pata negra" pueden costar más de 200¤ ). Es una buena opción ya que suelen incluir un atenuador conmutable x10, que puede venir muy bien tanto para atenuar un poco la señal como para proteger la entrada de la tarjeta.

Para medidas acústicas hay que tener un buen micrófono. Por supuesto que los micrófonos que suelen incluir la tarjeta son demasido básicos. Hay que comprar un micro con respuesta lo más plana posible en la banda de audio de 20 a 20Kh. Cuidado con los micrófonos dinámicos ( esos que son tan bonitos y baratos .... ), no son nada lineales, estan pensados para voz ( con un realce en frecuencia para dar "presencia" al sonido). Una buena opción es un micrófono de laboratorio Berhinger ECM8000, que sale en unos 60 ¤. Es, probablemente, el micro de laboratorio más barato del mundo. El problema es que tiene entrada XLR y necesita entre 15 y 48V de alimentación fantasma, hay que hacerse una pequeña caja con 3 pilas de 9V y convertir de XLR a jack. Muchos entusiastas de estos temas se han hecho su propio micro, usando las baratas capsulas electrec de Panasonic WM-60 o WM-61, pero no sé donde las venden en España.

Para calibrar el sistema de media y saber con precisión que niveles tenemos, es preciso tener a mano un voltímetro ( un polímetro). Con él podremos conocer la tensión de salida o de entrada de una señal. Conociendo este datos, podremos calibrar el software de medida para que nos represente las magnitudes ( tensiones) con exactitud. Tambien podremos calibrar el generador. Para medidas acústicas la cosa se complica, ya que un calibrador de micrófonos cuesta una fortuna. Nos tendremos que fiar de la cifra de sensibilidad que nos dé el fabricante del micrófono.

Algunas nociones básicas

Sin pretender emperzar desde 0, ser requiere un cierto nivel de conocimientos previos, nunca está de más recordar algunas cosillas.

- Niveles de audio. Se pueden medir en voltios o milivoltios. Lo normal es usar valores RMS (valor cuadrático medio o valor eficaz), ya que las formas de onda son señales alternas y no contínuas. Fisicamente este valor representa el nivel de tensión que tendría una señal contínua equivalente a la alterna que estamos midiendo. El valor "pico-pico" resulta de medir la tensión entre dos "crestas" de la señal. Normalmente se usan señales de excitación senoidales. Para este caso en concreto, el valor RMS está relacionado con el pico-pico según la expresión Vrms = 2* raiz(Vpp). Repito que esta fórmula solo es válida para señales senoidales, si son formas complejas hay que realizar la integración de la onda (esto lo puede hacer el software de medida o un polímetro que sea "true RMS" ). Cuando usamos un voltímetro o polímetro de alterna, el valor que se nos proporciona es el RMS, cuidado con esto que puede llevar a confusión. Y tened en cuenta que no todos los polímetros calculan bien este valor en todo el rango de frecuencias de audio. Comviene usar frecuencias más bien bajas, de 1 Khz como mucho, para las calibraciones.

- Los decibelios. Como sabemos, nuestros oidos se comporta de manera más logarítmica que lineal. Por eso se suelen usar los decibelios como sistema de representación. Hay un doble uso de los niveles en decibelios: como medida absoluta o como medida relativa. La diferencia es que la media absoluta la referenciamos a un valor establecido. Por ejemplo, los niveles auditivos de presión sonora se referencian al valor de 20uP ( 20 micro pascales de presión sonora). Los nieveles relativos valen para comparar dos magnitudes, tal como la relación señal/ruido.

Para medidas de tensión, se puede pasar de "voltios" a decibelios según la fórmula : Vdb = 20*log( V1 / V2), siendo V1 y V2 las tensiones que queremos comparar. Al resultado le llamaremos "dB" a secas, ya que es una comparación.

Por ejemplo, si una señal es de 1.25 voltios y otra es de 0.12V, la relación entre ambas es de 20*log(1.25/0.12) = 20.35 dB. Como es una medida relativa, no se añade indicativo de unidad, solo se pone "dB". Cuidado con esto que siempre lleva a confusión.

Se pueden hacer medidas de tensión relativas a 1V, al resultado le llamaremos dB(V). Resulta muy útil. Por tanto, una seña de 0.82V, se puede decir que es de 20*log(0.82) = -1.72 dB(V). Las señales menores de 1 V tendrán signo negativo. La señal de 1 V justo sale que es de 0 dBV. O sea, 0 dBV son 1V . Se supone siempre que son voltios RMS ( valor eficaz). Esto ya no se consideran valores relativos, si no absolutos con respecto a una señal acordada internacionalmente. En audio doméstico se considera un buen nivel de referencia -10 dB (V), igual a 0.3 Vrms aprox.

En audio profesional se usa mucho las medidas relativas a 0.775Vrms, y se denomina dBu. El nivel de referencia de audio pro son +4 dBu, igual a 1.23Vrms o 1.8 dBV. Dando un poco la vuelta a los números, tambien sale que 0 dBu = -2.21 dBV y que 0dBV = 2.21 dBu. La AES recomienda el uso del dB (V) en vez del dBu , pero está demasiado extendido como para que realmente se sutituya. El motivo de usar 0.775 mV es histórico y ya no tiene mucho sentido (relacionado con la impedancia supertípica de 600 ohmios, como ahora veremos)

El dBm son medidas relativas a 1 mW de potencia. Si se quiere hacer la conversión a voltage, la impedancia tiene que ser especificada. Para impedancia de 600 ohmios, y solo para 600 ohmios repito, 1 dBm = 1 dBu. Esta unidad está un poco anticuada, viene de los años de la telefonia, siempre (¿?) con impedancias de 600 ohmios.

Para medidas acústicas se usa el dB (Pa) A-wtd SPL (sound presure level) , normalmente se dice simplemente dBA o dB(A). La "A" hace referencia a que la medida se ha ponderado previamente según la curva de ponderación internacional "modelo A". Esta curva trata de compensar el hecho de que el oido es más sensible a las frecuencias medias, y menos a las extremas. La referencia es 20uPa. La medida de la presión se hace en "pascales". El valor de 20uPa (20 millonésimas de Pascal) no es arbitrario, está considerado como el umbral de audición humano. Por tanto, una onda acústica de presion 1 Pascal será de 20*log (1 / 20uPa) = 94 dB(20uPa) o abreviadamente creo que se pone 94 dBPa. Si previamente se ha compensado con la "curva A", se escribe 94dBA. Todo esto es un poco confuso y hay quién lo representa de otras maneras. Seguna la AES, se debe escribir "dB (Pa) A-wtd".

Ojo, la curva de ponderación "A" tambien se usa en medidas eléctricas, se hablará pues de dBV(A) , etc. La curva "A" atenua bastante los bajos y los agudos, es un buen truquillo para quitarse de encima ruido de alimentación ( 50 Hz) o ruido de alta frecuencia, y obtener así unos resultados impresionantes.

En cuanto a audio digital, se puede recordar lo siguiente. Hay par de parámetros muy importantes, son la frecuencia de muestreo y el número de bits de cuantificación. Para nuestros propósitos hay que usar siempre frecuencias de muestro de 41Khz o mejor aún de 48Khz. De esta forma podremos analizar toda la banda de audio de 20 a 20Khz. Ultimamente han salido tarjetas con frecuencias de muestreo 96Khz, lo que posibilita interesantísimas medidas hasta 48 Khz. La frecuencia de muestreo debe ser el doble de la máxima frecuencia que queremos analizar, de lo contrario es imposible su reconstrución fiel ( archifamoso teorema de Nyquist). La inversa tambien es cierto, cosa que algunos se empeñan en poner en duda: dada una señal muestreada al doble de su frecuencia máxima, siempre será posible su perfecta reconstrucción. Todo esto teóricamente, en la practica hay algunos problemillas, pero que se han solventado con técnicas de sobremuestro.

Los niveles en audio digital se pueden especificar en dB FS ( full scale), 0 dB FS es la máxima palabra digital de pico, por encima de ella , empieza el recorte de la señal digital. La equivalencia a tensión depende de cada CODEC.

En cuando al número de bits, tal como ya se ha dicho, estará relacionado con la resolución. La falta de resolución ( por usar 8 bits, por ejemplo) se traduce en que la señal la tenemos representada con "escalones", no de una manera contínua. Estos escalones al final generan ruido de cuantificación, según la fórmula S/R = 6 * N .Con 8 bits se tiene tan solo 48 dB de relación señal / ruido. Por tanto, siempre hay que ajustar el software de medida para que emplee los 16 bits completos de la tarjeta de sonido.

Antes, cuando se disponía de poca potencia de cálculo, era aconsejable jugar un poco con estos parámetros para obtener una buena relación entre prestaciones y velocidad de cálculo. Hoy en día, nos sobra potencia, siempre usaremos 48Khz y 16 bits ( o incluso 24bits a 96Khz).

Conexiones eléctricas.

En audio doméstico la forma más normal de interconexión analógica es la "no-balanceada" que todos conocemos. Se usan los típicos conectores RCA o jack. En audio profesional se suelen usar las conexiónes "balanceadas" tambien llamadas diferenciales. La ventaja de estas últimas es el mayor rechazo del ruido, por ello se usan en conexiónes de mucha longitud. El ejemplo más universal es el teléfono. La conexión de nuestra casa a la central más cercana que tengamos asignada (en torno a 1.5 Km) se realiza con un par diferencial, que además, lleva incluida la alimentación. La idea es que si dicho par se somete por igual a una perturbación de ruido, como afectará igual a ambos cables, se puede realizar una resta de la señal eliminando la señal "común" , que en este caso es el ruido. Obviamente, para no eliminar la señal real, ésta deberá viajar en oposición de fase, por lo que al restar no se elimina, si no que se duplica. El ruido "diferencial" también será duplicado, pero es muy raro que se introduzca un ruido "diferencial". En audio doméstico, yo creo que no tiene especiales ventajas. La gente flipa mucho con las conexiones balanceadas, parecen un marchamo de calidad. En usos domésticos, al final siempre hay un equipo que no es balanceado, y empiezan los problemas de interconexión balanceado - no balanceado. Repito, la única ventaja (que no es poca en grandes longitudes) es el rechazo al ruido en el segmento de cable. Algunos piensan que una entrada balanceada va a mejorar tambien la THD y ruidos intrínsecos, pero esto estará presente de forma diferencial en ambos cables del par por lo que no se cancelarán.

Procesado de señal, software de aplicación

Sobre el tema del procesado de señal, ufff, tan solo unas nociones de recordatorio, ligando la explicación a aquellas cosas que se pueden configurar en los programas de medida y análisis, en concreto, se aplica muy bien a un software de medida llamado SpectraLab. Lo más normal es que queramos ver o analizar el espectro de una señal, es decir, de qué frecuencias y niveles se compone una señal. De este modo podremos medir la respuesta en frecuencia y la distorsión en el sentido amplio de la palabra. Los programas de análisis también permiten ver la señal en el tiempo, tal como hace un osciloscopios. Ambas visualizaciones están disponibles simultáneamente. Para analizar la composición en frecuencias de una señal, se usa el análisis de Fourier. En la práctica se recurre a la "transformada rápida de Fourier" FFT para mejorar el tiempo de cálculo. A la hora de configurar el software de medida, suele haber un ajuste de la precisión que queremos. Se habla pues de FFT de 512, 1024, 2048 .... hasta 65536 o más "puntos" o tamaño de resolución. Con un PC a 800Mhz se trabaja cómodamente con tamaños de 32.768 , lo cual proporciona una resolución menor de 1Hz, que es una pasada. Cuanto mayor es el tamaño de la FFT más lenta es la representación de la gráfica del espectro, pero en este ejemplo de un PC a 800Mhz es casi en tiempo real. Los analizadores de espectro profesionales de hace unos pocos años solo llegaban a 2048 y hoy en día con cualquier PC se llega a 32.768 o más .... Hay otro tema relacionado, las "smoothing windows" de análisis. Este concepto está relacionado con la manera de realizar el análisis FFT. Digamos que lo ideal sería analizar la onda senoidal justo en el momento de paso por 0, pero en la práctica esto es imposible y hay que ponderar la señal con "unas ventanas" que fuerzan este hecho. En fin, este tema es de enorme complejidad y a mí se me escapa. Tan solo citar que si queremos una gran resolución en frecuencia hay que elegir una tipo de ventana "uniforme" ( útil para estudiar la respuesta impulsiva). Si queremos gran resolución en amplitud, se puede seleccionar la ventana Hannig o Flat Top ( para medidas de distorsión). Todo esto se puede ajustar en el SpectraLab.

El procesado de la señal en el PC posibilita estudios complejos es insospechados hasta hace pocos años. Se puede aplicar todo tipo de operaciones matemáticas, curvas de ponderación, medida de THD, IMD, valor de pico, energia total de la señal, se puede hacer una media de varias medidas para rechazar mejor el ruido ... y todo esto simultáneamente y en tiempo real con la adquisición. Se pueden hacer estudios en el dominio del tiempo (forma de onda, tiempo de subida, etc ) e incluso combinados ( espectro en función del tiempo). Se puede, por supuesto, grabar trozos de señal al disco duro y realizar un análisis posterior.

La generación de señal tambien es digital. Con el SpectraLab, por ejemplo, se dispone de generadores de tono, de multitono, de ruido rosa y blanco, de impulsos, de "burst", de tonos especiales para medir la distorsión de intermodulación, tonos DTMF, e incluso se puede generar una forma de onda en fichero WAV que queramos.

La opinión generalizada en la industria de la Alta Fidelidad, es que hoy en día es imposible determinar mediante medidas de laboratorio las características que marcan un buen sonido. Por tanto, las medidas de laboratorio apenas si tienen valor, hay que recurrir al oido. Obviamente, poder decidir a "oido" la bondad de un aparato Hi-Fi abre múltiples puertas en un mundo dominado por el márketing y las revistas especializadas. Por el momento, paso de entrar al trapo en esto, tampoco soy yo nadie como para sentar cátedra, pero a mi me parece que hay algunos que tienen mucha cara y se están forrando con la ignorancia de los demás.

También es verdad que la típica medida de la THD y respuesta en frecuencia es insuficiente para caracterizar algo tan complicado como el sonido o la forma de oir del ser humano. El oido es súmamente selectivo y sensible, que se lo digan a los diseñadores de micrófonos que no logran fabricar uno tan perfecto como nuestro oido. En mi opinión, las fuentes digitales y los amplificadores deberian poder ser caracterizados con un set de tests adecuados. Para las pantallas, reconozco que la cosa se complica enormemente, pero algo se pude hacer.

Los equipos de medida de audio de hoy en día poco tienen que ver con los de hace 15 años. La capacidad de procesado es brutal, asi como la precisión de los convertidores de datos. Hay en el mercado analizadores de espectro para aplicaciones de radio que llegan a 40 Mhz con asombrosa precisión, analizar una "simple" onda de apenas 20Khz no plantea especiales problemas.

Voy a dar un pequeño repaso a las medidas de laboratorio casero que podemos hacer, teniendo a mano un software tal como el SpectraLab y una tarjeta de sonido.

Para la medida de las prestaciones de un reproductor CD , habría que hacerse un disco con las señales de estímulo necesarias. Alan Parsons vende un disco de test, ya en su segunda edición, que puede resultar muy útil. Pero bueno, con programas como el CoolEdit se pueden generar todo tipo de formas de onda.

Los resultados deben siempre incluir las condiciones de la medida, es decir, ancho de banda consideraro, potencia, etc y todo aquello que pueda estar influyendo. A veces, las medidas se ponderan con la curva "A", para tener en cuenta la menor sensibilidad de oido. Pero esto es hacer un poco de trampas, se puede mejorar mucho la cifra, al eliminar ruido de baja y alta frecuencia.

Para realizar estas medidas hay que tener unos conocimientos básicos de electricidad y electrónica.

Muchas de la ideas de esta página están tomadas del informe de Richard C. Cabot "COMPARISON OF NONLINEAR DISTORTION MEASUREMENT METHODS", que se puede encontrar en la web www.audioprecision.com y de un estupendo informe de la web de RANE.

Medida de la respuesta en frecuencia

Esta medida nos valora el ancho de banda del equipo bajo pruebas ( ampli, altavoz, DVD ...), en concreto la variación de la ganancia o respuesta con la frecuencia. Debe ser de 20 Hz o 20.000 Hz o mejor ( pero sin pasarse en exceso, que mucho ancho de banda puede crear inestabilidad). La medida es muy sencilla y básica. Se puede hacer con un tono puro que vaya desplazándose con la frecuencia , metiendo ruido blanco ( ruido con igual potencia en toda la banda) o simplemente metiendo unos multitonos ( 20 o 50 tonos) estratégicamente situados y suponiendo que el resto es lineal ( esto se aplica sobre todo a amplificadores y permite medir el ancho de banda y la distorsión de una tacada). Previamente se mide la salida a 1Khz, y todo lo demás se refencia a este nivel. En amplificadores de potencia puede resultar interesante medir el ancho de banda a diferentes niveles de salida, como mínimo a un 50% de la potencia nominal.

En equipos electrónicos es una medida sencilla, pero en altavoces es mucho más complicada. Ya se verá más adelante.

La banda de 20Hz a 20Khz es un poco "mítica". Hay estudios es USA que revelan que la mayor parte de la población por debajo de 30 años es incapaz de oir más allá de 14Khz ( y los mayores de 30 años ni te cuento). El uso de auriculares y la contaminación acústica están haciendo mella en la población industrializada. Oimos mal y vemos mal. ¿ No te lo crees ? Es muy fácil, coge el generador del SpectraLab y oye un tono de 14 o 15Khz ( de nivel similar a otro de 10Khz que oigas a volumen razonable) a través de unos cascos o tu cadena hi-fi. A lo mejor tú eres un "golden ear" , quien sabe ... A esto hay que sumar que los sonidos naturales (e incluso los sintéticos) no tienen demasiada energia en esta banda y suelen ser enmascarados por otros tonos más bajos.

En amplificadores de potencia, quizás sea buena idea hacerla con los altavoces conectados a él, para analizar también posibles influencias de la variación de la impedancia del altavoz.

En CD y DVD suele ser interesante analizar la parte muy alta del espectro, entre 17Khz y 20 Khz para ver que tal son los filtros analógicos de salida. A veces hay un pequeño "ripple" a esas frecuencias, pero bueno, que levante la mano el que sea capaz de oir un tono de 17 Khz.

Con una tarjeta de sonido de 41Khz solo llegaremos a 20Khz de ancho de banda de medida, que se queda un poco corto. Mucho mejor contar con una tarjeta de 96 o 192Khz de frecuencia de muestreo, que nos permite llegar hasta 48 o 96 Khz de ancho de banda.

Medida de la potencia de salida

Este es un dato clave en cualquier amplificador de potencia. Esta medida está muy relacionada con la de la THD. Podemos considerar la potencia de salida, aquella potencia para la cual la THD está por debajo de un determinado nivel, por ejemplo, 1%.

La potencia se debe medir con las condiciones de carga nominales, con una resistencia de 4 u 8 ohmios. Con 4 ohmios el amplificador es capaz de proporcionar más potencia ( salvo que la fuente de alimentación o las protecciones internas lo limiten).Las resistencias de carga deben poder aguantar la potencia estimada que vamos a medir. Otra opción es usar los altavoces que tengamos, pero SOLO si estamos seguros de que esos altavoces aguantan la potencia del amplificador. La potencia se medirá con ambos canales funcionando a pleno rendimiento, de nuevo para comprobar que la fuente aguanta. Se suele considerar un tiempo de medida de 1 minuto, pero bueno, yo creo que con 10 o 15 segundos puede ser suficiente. El tiempo de 1 minuto está relacionado con el calentamiento del amplificador, que puede limitar la potencia de salida. Siendo excrupulosos, habría que medir la potencia en un tiempo más largo, quizás hasta 15 o 20 minutos, pero puede ser peligroso exponer al amplificador y a las pantallas a semejante prueba. Se debe monitorizar también la distorsión y subir el volumen hasta que ésta empiece a subir de forma notable, con un límite del 1%. Se suele medir a 1Khz de frecuencia. Todas estas medidas están legisladas, se puede encontrar información más precisa.

La entrada de la tarjeta de sonido debe ser protegida. Lo mejor es usar una sonda de osciloscopio con un divisor x10, o bien hacerlo uno mismo, con una resistencia serie de 100K y una paralelo de 10 K. La potencia se estimará de la tensión en bornas del altavoz y la resistencia de carga, según la fórmula P = V2 / R ( potencia igual a tension (RMS) al cuadrado, dividida por la resistencia de carga.

Hay amplificadores cuya salida es en "bridge" y no podemos conectar el negativo de la sonda a la salida (-) del amplificador. Esto es supertípico en autorradios, pero también en cadenas Hi-Fi de bajo coste. Para la medida hay que conectar el negativo de la sonda al chásís o punto de tierra del amplificador, y medir con la sonda cada una de las salidas de altavoces y sumarlas. Otra opción es usar una sonda estéreo y conectar cada una de ellas a una salida del ampli ( con las masas de la sonda conectadas a la tierra o chásis del amplificador). Con el soft SpectraLab es posible hacer medidas "diferenciales" restando ambos canales, para obtener así la salida completa.

En mi opinión, la medida doméstica de la potencia no es especialmente interesante y es peligrosa, salvo que tengamos serias dudas del comportamiento de nuestro amplificador o seamos diseñadores.

Medida del nivel de salida y linealidad

En previos o en fuentes de señal (reproductores de CD, etc), resulta muy útil conocer el máximo nivel de salida. Muchas de las demás medidas se referencian a estos niveles máximos u otros inferiores. La medida es sencilla, se excita la entrada ( ya sea con un generador de señales o con un CD grabado a propósito), con un tono de 1Khz que va creciendo. En el punto en que la THD llega a 1 % se considera que la degradación por recorte ya es intolerable y este es el valor máximo admisible. La salida debe estar cargada con la impedancia de entrada típica de la siguiente etapa (se usan valores de resistencia de 2K o más).

Una medida de cierto interés es la linealidad de la señal de salida, es decir, que si la entrada se va incrementado de forma lineal, la salida tambien lo haga. Se mide inyectando ( o creando un CD) una señal de 1Khz que va aumentando, se observa si la salida sigue la misma curva lineal. La verdad es que los equipos electrónicos suelen ser muy lineales en este aspecto.

Medida del nivel de entrada

En previos o para la entrada de la tarjeta de sonido, es necesario conocer la máxima señal de entrada que podemos meter antes de que ocurra la distorsión. Puede estar muy relacionada con la medida anterior ( caso de previos).

Medidas de distorsion

La distorsión se produce cuando el dispositivo (amplificador o lo que sea) deja de ser lineal, generándose armónicos de la señal original. Se habla de "distorsión harmónica" (THD) , cuando al introducir un tono , el amplificador genera armónicos de el tono introducido. Si se usa un tono de 1Khz, típicamente se pueden generar tonos adiccionales de 2Khz, 3Khz, 4Kz, etc, siendo más molestos aquellos que están más alejados del tono original ( debido a que el oido enmascara menos esos tonos alejados del principal). Este el origen de la popular teoría de que los armónicos pares son menos molestos que los impares ( el primer impar está más alejado que el primer par). Si en vez de introducir un tono se introducen dos tonos, este mismo amplificador puede generar distorsión de intermodulación. Pero el origen de la distorsión es el mismo en ambos casos, solo que solo se observa si se meten dos tonos. Se habla en este caso de IM ( intermodulation distorsion).

Una forma de distorsión que genera bastante polémica y que suele ser la explicación para todo, es la Intermodulación Transitoria (TIM), o intermodulación debida a transitorios , según dicen otros. La palabra "transitorio" tiene algo de místico por lo que esta forma de distorsión es muy usada por la gente que hace los folletos publicitarios de los equipos ....Al fallar los transitorios la música se vuelve "lenta", "confusa" etc ....vamos, que esto da mucho juego ...Lo que normalmente se conoce por TIM es la manifestación temprana de que el tiempo de subida de la señal (slew rate) puede llegar a ser lento, y se asocia a la no linealidad de la circuiteria de realimentación del amplificador. La realimentación es una técnica usada para mejorar casi todos los parámetros de un amplificador: se mejora la respuesta en frecuencia, THD, estabilidad, ruido, ... pero si la realimentación "no llega a tiempo" , el "transitorio" se queda sin sus beneficios y se genera distorsión. Cuando esto salió a la luz, hace ya bastantes años, la "solución mágica" de muchos fabricantes fue la de hacer amplificadores con muy poca realimentación o sin ella ... de este modo cortaban el problema de raiz, pero seguramente que estaban generando otros muchos. Hoy en día parece que se ha hecho la paz, y se considera que un amplificador medianamente bien diseñado no sufre de este tipo de distorsión.

Hay quién prefiere llamar a esta distorsión "SID" (slope induced distorsion), es decir, que la fuerte pendiente de subida de la señal es la que excita este modo de distorsión. Una gran pendiente de subida implica que la frecuencia es alta, por tanto, serán los tonos o armónicos más agudos los responsables de excitar este fallo.

Para las medidas, siempre se usan tonos puros o sumas de tonos puros. Esto simplifica enormemente las medidas y su interpretación. La música no son tonos puros, pero sin son sumas de múltiples tonos, tal como se puede demostrar matemáticamente y practicamente. Por tanto, los resultados de medidas con tonos puros son aplicables al 100% a señales reales. Una señal muy interesante y de moda, es la multitono. Consiste en inyectar un conjunto grande de tonos NO relacionados armónicamente ( no vale inyectar 400 y 800 Hz, ya que los 800 pueden enmascarar la THD del primer armónico del tono de 400 Hz ). Con el SpectraLab se pueden meter hasta 20 tonos diferentes, de frecuencia y nivel a elección nuestra. Esta señal puede resultar muy reveladora, se puede medir de un solo golpe la THD,IM y respuesta en frecuencia. Es muy usada en las cadenas de fabricación , por su rapidez y utilidad. Además, para los que dicen que "la música no son tonos", esta señal se puede asimilar perfectamente a un trozo de cualquier señal musical real.

Algunas formas o fuentes de distorsión son "estáticas" en el sentido de que no varian con el incremento de la frecuencia y se pueden obervar no solo en amplificadores (distorsión de cruce, etc) si no en altavoces ( suspensiones no lineales), cintas magnéticas (saturación), etc. Otras formas de distorsión son dinámicas y varian con la frecuencia. Entres ellas está la TIM ( o SID) antes explicada , posibles inducciones de alta frecuencia de la fuente de alimentación, circuitos que son muy poco estables a alta frecuencia ... Otras veces, cuanto menor es la frecuencia más distorsión hay , tal como pasa en los altavoces debido a la no linealidad del conjunto bobina-iman, o la posible distorsión de un fusible que se caliente mucho más a baja frecuencia, saturación en bobinas de nucleo de ferrita, etc.

THD : La distorsión armónica total es la relación entre el valor del tono puro introducido y los armónicos generados. Su medida es sencilla: se inyecta un tono lo más puro posible y se observa y mide en un analizador de espectro los armónicos generados. Muchas veces se usa el dato de THD+Noise ( THD y ruido) de tal modo que para medir la distorsión simplemente se elimina del espectro el tono introducido y se suma todo lo demás que queda ( posibles armónicos y ruido de fondo). Lo ideal es una medida de la THD en función de la frecuencia, y no tan solo a 1Khz, pero pocos fabricantes de Hi-Fi suelen dar este dato ( y menos de pantallas acústicas).



En la imagen, la THD de una tarjeta de sonido (bucle interno digital), de un tono de 1Khz a -3dB FS. No está mal, pero la muy cachonda mantiene los picos al mismo nivel aún cuando usemos un tono de entrada mucho menor. Como consecuencia, a -60 dB FS la distorsion se dispara a un 15%. Lo asombroso, es que el bucle es interno y ! digital !. Es interesante medir la THD para diferentes niveles de señal. En este caso, los pasajes musicales muy bajos serán reproducidos con muy mala calidad.

Un aspecto a considerar, es el ancho de banda de la medida. Para un tono de 7Khz , el primer armónico estará a 14 Khz, el segundo ya sale fuera de la banda normal de audio. Para 11Khz, ni tan siquiera tenemos el primer armónico, casi casi se podrían usar ondas cuadradas en vez de sinusoides .... Se podría decir que este armónico no es audible y que por tanto no merece la pena su estudio, pero yo creo que siempre es interesante conocer el comportamiento en frecuencia de un equipo, se pueden sacar conclusiones sobre otros aspectos. Con una tarjeta de sonido limitada a 20Khz no podremos estudiar la THD por encima de 10Khz, es deseable contar con una que al menos llegue a 48Khz de ancho de banda ( las que tienen frecuencia de muestreo hasta 96Khz). Los equipos de medida profesionales suelen llegar hasta 80Khz.

El dato de la THD debe ir siempre acompañado de las condiciones de medida tales como la banda de frecuencias consideradas, el nivel de la señal, o la potencia en el caso de amplificadores. Es muy distinto un dato de THD=0.01% a 1Khz / 1W, que el dato de THD=0.01% de 20 a 20Khz / 10W, por poner un ejemplo. En amplificadores de potencia resulta muy revelador medir la THD en función del nivel de salida, para determinar el punto de "recorte", donde el ampli ya no da más de sí y empieza a recortar la señal senoidal, convirtiéndola en un senoide con los topes achatados. Las tasas de THD se disparán. De hecho, este es un método para medir la potencia de salida real.

IM SMPTE y CCIF : Para la medida de la distorsión de intermodulación hay un par de estándares ( SMPTE y CCIF) que usan métodos ligeramente diferentes. La SMPTE (definida en 1930, ya ha llovido), usa un par de tonos de 60Hz y 7Khz, con una relación de nivel 4:1. La ventaja de la medida de la IM sobre la THD es que los componentes de la distorsión si que quedan dentro del espectro normal de análisis ( 20 Khz). Si el dispositivo tiene distorsión se observa que el tono de 7Khz tiene unos tonos adyacentes separados 60Hz. Esta medida viene muy bien para detectar problemas de saturación, distorsión de cruce, distorsión térmica ( el tono de 60Hz calentará un hipotético fusible o mala soldadura), saturación de núcleos magnéticos, etc. En realidad, estamos montando una onda pequeña de 7Khz sobre una onda grande de 60Hz, tal como se puede ver si vemos la señal temporal en la ventana adecuada del software SpectraLab. Normalmente, este método es 12dB más sensible que el método de la THD.

EL método CCIF usa un tono de 14Khz y 15Khz, los armónicos generados en caso de no linealidad, estarán en 1Khz, 2Khz, 3Khz, etc y a 13Khz, 16Khz, 12Khz, 17Khz, etc. Como vemos, puede haber armónicos muy alejados del fundamental por lo que pueden llegar a ser molestos. A veces se dice que este test se correla muy bien con la posible sensación auditiva. Hay además una implicación bastante interesante. Vemos como los tonos de la excitación están relativamente muy próximos y además son de alta frecuencia. Se podrían asimilar a un solo tono de frecuencia 14.5Khz. Pero la medida de la THD (armónica) de un tono tan alto (14.5Khz) ya hemos visto que cae fuera de nuestro espectro de medida. Sin embargo, el método CCIF nos permite analizar no linealidades de tonos muy altos, siendo una ventaja adiccional. Otra ventaja más: al ser señales de alta frecuencia, podría ser un método de hacernos una idea de si la famosa TIM o la SID (que es lo mismo) puede ser alta o no. Repetir otra vez su ventaja principal sobre la medida de la THD: los armónicos resultantes de la no-linealidad quedan dentro de nuestro espectro de medida de 20 a 20Khz.

Con el software SpectraLab podemos meter los pares de tonos ( incluso podemos meter 20 tonos a la vez como ya se verá ....) que queramos, tales como 18 Khz y 19Khz, etc. y activar la medida directa de la IM.

Un detalle importante, antes de medir la IM es mejor medir la THD en todo el margen de frecuencias ( o al menos, la THD de los tonos aislados que forman parte de la medida) , ya que quizás lo que vemos en el espectro no sea realmente la IM si no los armónicos del tono más bajo (sólo veremos esto en el caso de que la THD sea notable).

TIM : Para la medida de la TIM se puede usar el método del "seno sobre una onda cuadrada". Una senoide de 15Khz se suma a una señal cuadrada de 3.18Khz. La senoide va "montada" sobre una onda cuadrada. La subida y bajada abrupta de la onda cuadrada supondrá un reto a la capacidad de actuación de la realimentación y otros circuitos del equipo. La señal resultante se filtra a 30Khz o 100Khz y se obtiene una cifra llamada DIM30 o DIM100, teniendo un tiempo de subida de 0.32V/us en el primer caso y 1V/uS el segundo caso. La DIM100 parece poco realista, demasiado exigente, quedando casi todo el espectro fuera de la banda de audio. Por eso se usa normalmente la DIM30. La composición armónica de la posible señal distorsionada sería similar a la de la IM. ¿ Como medirla con el SpectraLab y cuales son los posibles resultados ? Pues no lo tengo claro.... Pero como ya se ha dicho, quizás "montar" un tono de 15Khz sobre otro de , por ejemplo, 19Khz, podría ser una aproximación al problema (método de IM CCIF). En este caso, el rápido tiempo de subida de la señal de 19Khz actuaría como "señal cuadrada" a la hora de excitar esta no linealidad ( o "lentitud" ) de la realimentación. Parece ser que este método se correla bastante bien con el DIM30. La medida de la THD a 20Khz también puede ser un buen indicativo de este tipo de problemas, como como ya hemos visto, los armónicos quedan fuera del alcande de nuestro sistema de medida, con lo cual no nos es útil. Hay que tener en cuenta que en la práctica, jamás habrá un transitorio con un tiempo de subida superior al de una señal de 20Khz (sobre todo si la señal musical proviene de una fuente digital, fuertemente limitada a 20Khz). Esto es algo que me gusta recordar a menudo. Como ya he dicho, la palabra "transitorio" tiene un poco de misticismo y la gente sin formación técnica puede pensar que un transitorio tiene un tiempo de subida practicamente cero (lo cual significa, ancho de banda infinito ... ejem... ). Se podría, para los más puristas, hacer la medida con "burst" en vez de con señales contínuas en el tiempo, pero esto puede complicar mucho el post-proceso y medida de la distorsión ( vamos, que no sé como se hace).

Medida de ruido

El ruido en sentido amplio, es todo aquello que no estaba presente en la señal original, ni en la señal amplificada con un amplificador ideal. Como ya se ha dicho, a veces se proporciona la medida de THD+ruido. A veces es interesante conocer la cifra de ruido por sí solo, sin que haya señal de excitación.

La medida de ruido precisa, obviamente, de equipos de medida con muy bajo ruido propio. Tendremos problemas para medir el ruido de un CD usando una tarjeta de sonido normal ( la verdad es que esto es aplicable a todo lo que se ha dicho hasta ahora).

Se suele dar la potencia total de ruido en un ancho de banda de 20 a 20Khz. El software SpectraLab es capaz de dar esta cifra directamente. Es muy común la ponderación con la curva "A", ojo con esto, ya que puede estar camuflando problemas de ruido a baja y alta frecuencia. La medida usando la curva "A" puede dar hasta 10dB mejor que si no se usa.

Hay que asegurarse de que los equipos no están en reposo absoluto o en "idle", esto se aplica a los reproductores de CD. Los conversores D/A y A/D pueden entrar por sí mismos en un estado "idle" cuando no están recibiendo datos ( todo a "0" ), dando mejores cifras de ruido. Hay señales digitales especiales que los sacan de este estado de hibernación, sin aumentar el ruido. En audio digital siempre se usa la curva de ponderación "A". Se debe a que los fabricantes de chips lo hacen así, en principio no con la idea de "engañar" si no de eliminar el posible ruido digital por encima de 20Khz debido a las técnicas de "noise shaping" empleadas en los más avanzados diseños.

S/N : es la relación entre el ruido total y una cierta señal de nivel de referencia. Primero se debe medir el ruido sin presencia de señal. La entrada se debe cargar con una resistencia equivalente a la impedancia de salida de la anterior etapa (es decir, con la impedancia que normalmente se usará). El ancho de banda más normal es de 20Khz. Esta medida la proporciona directamente el SpectraLab o cualquier otro programa de análisis de audio.

Para dar el dato, se debe decir el ancho de banda considerado y la señal de referencia. Por ejemplo : S/N = 90dB re 0 dBV / 20Khz . Si no nos dan el nivel de referencia, está claro que no podremos comparar equipos. otro equipo con una S/N = 90 dB pero a +4 dBV será 4 dB peor que el otro del ejemplo. Y por supuesto, cuidado con la curva "A", que dará mejores resultados. Podría dar algo así como 95 dB(A) 0dBV / 20Khz.

En audio digital se suele medir para señales de salida de -0.5 dB FS.

Rango dinámico : muy similar al anterior pero teniendo como señal de referencia la máxima que el aparato puede dar. Primero se mide el ruido, tal como se ha dicho, con la resistencia de entrada adecuada. No vale cortocircuitar la entrada, hay que poner la resistencia de carga usual (quizás 20 o 40 ohmios). Luego se mide la máxima señal de salida. Esta será la maxima señal para una distorsión menor del 1%. Por encima de esta distorsión armónica se considera que el equipo está recortando. Para audio digital , sería una señal de 0 dB FS.

De nuevo, hay que especificar el ancho de banda, la posible ponderación "A" y el nivel máximo de salida que se ha alcanzado. Por ejemplo, Rango Dinámico = 120 dB(A) re +6 dBV 20-20Khz.

En audio digital se referencia a una señal bastante baja, de -60 dB FS..A la medida que se obtiene así se debe sumar los 60 dB que estamos quitando del 0 dB FS. Este dato es muy relevante acerca de las prestaciones de los convertidores. Los mejores de hoy en día pueden llegar a las 110 dB.

Separación entre canales (crosstalk)

Se aplica a equipos estéro o 5.1. La medida es sencilla. Se excita un canal con una señal barrida en frecuencia. El otro canal se deja cargado a su entrada con la resistencia típica de carga ( que se yo, 20 ohmios o así). Se mide la respuesta del ambos canales. El dato se suministra como una relación en dB entre la señal de salida del canal excitado y la señal de salida del canal que no está siendo excitado. Cifras normales en audio digital están en torno a los -80 dB, siempre dependiendo mucho de la fuente analizada. Se suele dar el dato a 1Khz, lo cual no es muy ético, ya que el "crosstalk" suele empeorar con la frecuencia ( el mecanismo de generación del "crosstalk" está muy relacionado a problemas de acoplamiento capacitivo causado por pistas de circuito impreso -o de chips- demasiado próximas)

Como señal de excitación ( o más bien de salida) se usa los valores de referencia de audio , ya sean 0 dBV o +4 dBu. Siendo honestos, se debe expresar el peor dato de los obtenidos en el margen de 20 a 20Khz.

Para probar un reproductor de CD o DVD habría que grabar un disco con señal de 1Khz ( o mejor, barrido en frecuencia) en un solo canal, a un nivel de -3 dB FS ( o incluso a 0 dB FS).

Medidas de compatibilidad electromagnética

Para estas medidas se necesita equipamiento especializado (muy caro). Básicamente, la idea es medir si el equipo en cuestión está "emitiendo" o "conduciendo" componentes ajenos a su función. Los equipos digitales suelen ser una gran fuente de emisiones radiadas y conducidas ( esta últimas se propagan por el propio cable de interconexión entre equipos). Las frecuencias de estas señales son altas, desde 60Khz que puede emitir la fuente de alimentación conmutada (cada vez más presente, por desgracia), hasta 100 o 200 Mhz de "relojes" internos.

También hay que medir si nuestro equipo es muy suceptible a estos fenómenos. Para ello se radia ( o se introduce por las conexiones de entrada) unas ciertas señales de test y se mide a la salida si hay influencia en la banda de audio. Hay que recordar que infinidad de dispositivos tales como diodos o transistores pueden hacer de "rectificadores" o "receptores" de radio, generando señales que sí son audibles.

Por tanto, a un buen equipo se le exige por una parte que "no contamine", que no radie. Y por otro lado, que sea poco suceptible a posibles radiaciones.

Se supone que todos los equipos que compramos han pasado una homologación para obtener el marcado "CE", en los ensayos de aceptación se miden con mucho detalle todos estos aspectos.

Medida de altavoces

Casi todo lo dicho hasta ahora es aplicable a altavoces. Solo que las medidas suelen ser más complicadas ya que normalmente no disponemos de una cámara anecoica que nos aisle del ruido de la habitación y evite la reflexión de las ondas de test en las paredes.

Especialmente difícil puede resultar la medida de la respuesta en frecuencia, que es crucial en altavoces. Son sistemas tan poco lineales y con tantas resonancias propias que la curva es un auténtico churro comparada con la de un amplificador o reproductor de CD. A mi me hace mucha gracia la obsesión, por otro lado muy respetable, de tener amplificadores o reproductores de CD con curvas "ultraplanas" con desviaciones inferiores a 0.1 dB, cuando en un altavoz vamos a tener variaciones de 3 o 4 dB en numerosos puntos de su curva de respuesta.

Para la medida doméstica de la respuesta en frecuencia, además de un buen micrófono, hay que tener un software especializado que sea capaz de rechazar el sonido reflejado y quedarse con la radiación directa. Tenemos por ejemplo el software JustMLS (integrado en el programa LspCAD), o el conocido MLSSA ( que requiere un hardware especifico y caro). El que se decida, deberá seguir paso a paso los tutoriales que explican el uso de estos programas, no es una cosa que se explique en unas pocas líneas. Que nadie intente esta medida con un soft como el SpectraLab, estará muy influenciada por las reflexiones de la habitación.

La respuesta polar, es también muy importante. Se mide haciendo girar el altavoz con respecto al micrófono. Se conoce así la respuesta en frecuencia en función del ángulo. La variación es extremadamente fuerte en casi todos los casos.

La THD, IM o TIM se pueden medir con el SpectraLab. El micro deberá estar bastante próximo, quizás a medio metro o menos, para rechazar mejor el ruido. Y verificar que el micrófono no está siendo saturado.

En un sistema de 2 vías puede ser interesante medir las prestaciones por separado, bien desconectando el altavoz que no se quiera medir, o bien usando señales de test que sepamos que caen dentro del margen del altavoz bajo análisis.

Podemos medir, por ejemplo, la IM a 60 y 1000 Hz, para verificar el woofer. Y la IM a 14 y 15Khz para medir el tweeter. Obviamente, la IM a 60Hz / 7000 Hz tambien es interesante. O cualquier otra combinación de tonos.

En altavoces no hay que presuponer la "linealidad de la medida", tal como se hace en dispositivos electrónicos. Es decir, la ausencia de THD a 500 y 900 Hz no nos garantiza que a 760 Hz tampoco haya mucha THD. Quizás justo en ese entorno de frecuencias haya un fenómeno de resonancia mecánica .... Por tanto, más que nunca son importantes las gráficas extendidas en frecuencia de la THD o la IM. Para la IM se puede jugar con diferentes tonos. O bien usar la señal multitono de la que ya se ha hablado, que puede manifestar diversos problemas. De nuevo, más que nunca, la amplitud de la señal es muy importante. No es lo mismo medir a 1W de potencia de entrada que a 15W. La verdad es que no sé cúal puede ser un nivel adecuado. Quizás el equivalente a 94 dBPa a 1, por poner un número bastante conocido, sea un nivel adecuado. Debe ser representativo del nivel acústico medio que se usa normalmente, más un 20 o 30% más para tener en cuenta los transitorios de más energía ( de nuevo tenemos aquí a los misteriosos transitorios). Otra medida de importancia es la distorsión en función del nivel de entrada para diversas frecuencia.

Una medida curiosa puede ser la linealidad del nivel sonoro en función de la potencia de entrada, nos podemos encontrar con sorpresas. Quizás sea la causa de la "falta de dinámica" de algunos altavoces.

Otra medida muy importante es el rendimiento. Para ello se inyecta un tono de 1Khz con 1 watio de potencia. El micro se coloca a 1 m exactamente. Se mide el nivel de presión sonora. . El problema es que hay que tener un micrófono de sensibilidad conocida. ¿ Y como sabemos que estamos inyectando 1 W ? Esto es más espinoso de lo que parece, ya que quizás no conozcamos la impedancia a esa frecuencia. Se puede presuponer que es la impedancia nominal, o bien medir tension y corriente con un polímetro ( P = V * I ). Para evitar este problema, ultimamente se está manejando el concepto de sensibilidad. Lo que se hace es inyectar un tono de 1Khz y 2.83Vrms (que "casualmente" corresponde a 1W de potencia cuando la impedancia es exactamente 8 ohmios). La cifra de sensibilidad se expresa como dBPa/2.83V/1m. De esta forma, la impedancia nos dá igual para la medida, tan solo hay que medir con el voltímetro de alterna que hay 2.83Vrms en bornas del altavoz. Los valores más habituales están en torno a 88 dBPa / 2.83V/1m.

Una medida que está de moda en los círculos más avanzados, es la "acumulación de energía". Se aplica más que nada a woofers, los tweeters suelen ser todos muy rápidos. La idea es analizar el decaimiento de la señal una vez que ha cesado la excitación. Para ello se emplean trenes de pulsos ( o burts) que normalmente son tonos envueltos en una envolvente "coseno". Estoy investigando este asunto, en un futuro pondré más información. El software SpectraLab es capaz de generar burts de tonos, se puede emplear esta señal y analizar la forma de decaimiento de la seña ( usando la representación temporal en vez de la espacial). Algunos fabricantes dan un dato más o menos similar, la conocida "Waterfall", representación tridimensional del espectro de frecuencia/tiempo. A mí me resulta un poco dificil de interpretar. Los altavoces con mucha acumulación de energia pueden sonar "lentos" o con "falta de dinámica", dando un sonido confuso. Esta medida se puede complementar con la respuesta impulsiva, que sirve también para ver la posible acumulación de energía.

Por último, la medida de la impedancia. Es bastante revelador ver cómo varía la impedancia con la frecuencia. El famoso valor "nominal" que dan los fabricantes apenas si aporta información. Es un nivel medio que se sacan un poco de la manga. Es un dato "digital", ya que, o es 4 o es 8 ohmios. En el mundo real, esto no es así y la impedancia varía dramáticamente con la frecuencia. En toda pantalla bass reflex hay un par de máximos, que pueden llegar a 20 o 30 ohmios (debidos al agujero del bass reflex y al woofer). Además, puede aparecer un pico a 2 o 3Khz debido al tweeter, de valor en torno a los 20 ohmios. El mínimo puede llegar a tan solo 2.5 ohmios, se suele dar sobre los 200 Hz. Esto depende muchísmo del filtro y de los altavoces. Es interesante conocer la fase de esta impedancia, va a representar un esfuerzo adiccional para el amplificador. Se habla así de "altavoces con impedancia y fase benigna" o "altavoces muy difíciles de controlar". Lo que hay detrás de todo esto llevaría bastante tiempo explicarlo. Puede justificar la famosa teoría de que ciertas pantallas solo se llevan bien con ciertos amplificadores.

La medida de la impedancia se puede hacer tambien con el software LspCAD , incluso con el SpectraLab, en el "help" del programa hay una nota de aplicación que lo explica.

Conclusiones

Hay una buena pléyade de medidas a considerar. El dato de la THD y respuesta en frecuencia por sí solo es muy poco revelador de las prestaciones de un equipo, máxime si no están debidamente explicadas las condiciones de la medida. Sería deseable tener gráficas en función de la frecuencia y el nivel de todas estas formas de distorsión.

El método CCIF IM parece un indicador muy bueno para muchos tipos de distorsion. La IM SMPT tambien puede ser muy reveladora en otros tipo de no-linealidades.

La medida de altavoces es mucho más difícil, no recomendable para neófitos en este campo.

Son pocos los fabricantes de Hi - End ( incluso de equipos Pro) que dan las medidas adecuadas y explican las condiciones. Muchos abusan de la curva de ponderación "A".

Hay en estudio otros tipos de test que pueden ayudar a exclarecer algunos aspectos de especial dificultad en la medida de altavoces. La respuesta impulsiva, la distribución polar de la señal, las gráficas de waterfall y de acumulación de energía son métodos que ayudan a conocer mejor el comportamiento real de las pantallas. Según Dunlavy, el sonido de unas pantallas que tienen muy buenas medidas de laboratorio (entendiendo un amplio abanico de pruebas) se correla muy bien con el sonido real que se trata de reproducir. Al menos hay uno en esta Industria de locos que dice algo coherente.

NOTA: Artículo sacado de la página web www.imagendv.com