Realizar mediciones, tanto acústicas como electrónicas, muchas veces involucra el uso de señales de prueba. En este post se describen las señales más típicas usadas a la hora de caracterizar un sistema.
Vamos a separarlas en dos grandes grupos: ruidos de banda ancha y tonos puros. Dentro de los primeros se encuentran los conocidos ruidos blanco y rosa. El ruido blanco es una secuencia aleatoria de valores, es decir, el nivel instantáneo de la señal en cualquier punto no tiene ninguna relación con el nivel anterior ni el siguiente (ver fig. 1). La distribución aleatoria de los valores responde a una curva de probabilidad llamada «Campana de Gauss», de aquí que este ruido también es conocido como «ruido gaussiano».
Fig. 1: Ruido Blanco o Gaussiano
Este ruido tiene la característica de tener su energía distribuida equitativamente en todo el espectro de frecuencia, por lo cual resulta muy útil a la hora de analizar un sistema. Pero, ¿en qué difiere con el ruido rosa?
El ruido rosa es ruido blanco, pero filtrado. Cuando al ruido blanco se le aplica un filtro pasa bajos de -3dB por octava, entonces se obtiene ruido rosa.
La diferencia radica en que el ruido blanco tiene igual energía por frecuencia mientras que el rosa mantiene igual energía por banda de octava. Entonces, ¿cuál es el plano?
Eso depende del análisis que se realice. Tal como se explicó en un post anterior, si se realiza una medición de RTA, en donde se observa el valor energético de fracciones de octavas, el rosa se verá plano y el blanco se verá con una pendiente de +3dB por octava. Pero, si se analiza con FFT, en donde se ve la amplitud de cada frecuencia, entonces el blanco será plano y el rosa mostrará una pendiente de -3dB.
El ruido rosa es más popular en acústica porque se correlaciona mejor con la audición humana. Para nuestro oído el ruido blanco suena cargado en altas frecuencias mientras que el rosa se percibe mejor balanceado.
Otro ruido utilizado es el MLS (Maximum Length Sequence o Secuencia de Longitud Máxima). Este ruido es auditivamente similar al ruido blanco, pero tiene la diferencia de ser absolutamente determinístico y repetible. Es decir, es una secuencia conocida que se repite. Esto permite, mediante procesamiento de señales, diferenciarlo del ruido de fondo y obtener una mejor relación señal/ruido en una medición.
Por otro lado, los tonos puros son sonidos de una única frecuencia con parámetros absolutamente conocidos, no tienen componentes aleatorios de ningún tipo. Esto permite literalmente ver las deformaciones que genera un sistema a una señal. Por ejemplo, si se ingresa un tono puro a un sistema y se observa la salida en un osciloscopio, con un ojo entrenado se pueden ver los cambios de amplitud (atenuación o ganancia), cambio de forma (distorsión) e incluso cambios de fase, pero siempre en una única frecuencia (ver fig. 2). Con analizadores más complejos que el ojo humano se pueden cuantificar todas estas variables y así caracterizar un equipo.
Fig. 2: Osciloscopio con sinusoide en pantalla.
Los tonos puros son muy utilizados para medir componentes electrónicos, pero no son muy populares en acústica, puesto que tienen escasa relación con lo que habitualmente reproduce un parlante.
Existen muchas más señales de prueba que las expuestas aquí. Este es sólo un punto de partida.
Hay señales diseñadas para mediciones específicas que optimizan, por ejemplo, la relacion señal ruido o concentran su energía en un rango de frecuencia de interés, pero por lo general requieren post-procesos complejos (convolucoines, FFT, etc) y son útiles sólo para mediciones específicas.
Facundo Ramón
Investigación & Desarrollo – Equaphon