La electrónica de audio es una industria que se refiere al diseño de circuitos que convierte el sonido en señales eléctricas o las señales eléctricas nuevamente en sonido. En conjunto, varios circuitos forman un sistema de audio.
Un sistema de audio tiene varias funciones y normalmente puede:
- Recibir señales de audio (a través de un micrófono)
- Grabar y guardar audio
- Transmitir audio (a través de canales de comunicación inalámbricos o por cable)
- Reproducir señales de audio (a través de altavoces)
Los circuitos de audio son aquellos que procesan la señal sonora en forma de señales eléctricas. Estos circuitos también pueden manipular señales eléctricas (audio) filtrando, mezclando, amplificando o reproduciendo el sonido de las señales. Dichos procesos son ejecutados por diferentes circuitos o dispositivos.
En esta serie, diseñaremos tres circuitos de audio de la siguiente manera:
1. Cruce de audio
2. Ecualizador de audio
3. Mezclador de audio
El crossover y el ecualizador de audio son dos tipos diferentes de filtros de audio, que son uno de los componentes básicos de un sistema de audio.
Sistema de audio típico
Antes de analizar los componentes básicos de un sistema de audio, es importante comprender la física detrás del sonido. Después de todo, los circuitos diseñados para este proyecto manipulan técnicamente señales eléctricas para representar audio.
Suenan como olas
Un sonido es una forma de energía, del mismo modo que el calor, la luz y la electricidad son formas de energía. Los sonidos se producen, propagan y detectan como vibraciones. Como tal, se concluye que para la producción de ondas sonoras es necesaria una fuente que produzca la vibración. Una vez producida, una vibración perturbará cualquier partícula que esté presente en el entorno circundante, y estas partículas perturbarán aún más a cualquier otra que esté cerca.
Puede resultar más fácil visualizar estas vibraciones como una onda. Una onda analógica se produce por la compresión y rarefacción de partículas. Técnicamente, es esta compresión y rarefacción lo que crea una onda de presión, que es sonido. En otras palabras, un sonido es una onda de presión caracterizada por propiedades similares a las de una onda de amplitud, frecuencia y período de tiempo.
Suena como una onda de presión.
El sentido del oído es la capacidad de detectar y reconocer ondas sonoras. La percepción del sonido por parte de humanos y animales está determinada por el rango de frecuencias al que están sintonizados. Cada ser vivo tiene una percepción sonora diferente. Por ejemplo, los humanos pueden escuchar frecuencias de sonido en el rango de 20 Hz a 20 kHz.
Nivel de presión de sonido
Las propiedades físicas del sonido se cuantifican mediante un nivel de presión sonora. Es la medida de la presión sonora en referencia al nivel mínimo que los humanos podemos oír. La presión sonora se expresa en micropascales (μPa) o pascales (Pa), mientras que el nivel de presión sonora se expresa en decibelios (dB).
Presión sonora
La presión sonora es la fuerza (en Newtons) sobre una superficie (m2) perpendicular a la dirección del sonido. La unidad de presión sonora es N/m2 o Pa (pascal). La presión sonora más baja audible por los humanos es de 20 µPa y la presión sonora máxima percibida por los humanos (que también se llama umbral de dolor) es de 20 Pa.
El nivel de presión sonora se expresa generalmente en Db y se calcula de la siguiente manera:
Lp = 10log(P2/P2ref)
Dónde…
Lp= nivel de presión sonora
P = presión sonora (Pa)
Pref = presión sonora de referencia, 20 micro Pa
La recepción de ondas sonoras por el oído humano.
Características de una onda sonora.
Una onda sonora tiene tres propiedades básicas:
1. Tom
2. Volumen
3. Tom
1. Argumento
El tono es la percepción individual del sonido, que no puede medirse mediante ninguna ecuación matemática. En cambio, está determinado por la rapidez con la que una onda sonora hace vibrar las partículas de aire. Se expresa como la frecuencia de una onda sonora y se representa por la compresión y rarefacción de las partículas de aire. Por tanto, la frecuencia de una onda de presión representa físicamente la rapidez con la que se produce la compresión y rarefacción de estas partículas. están sucediendo.
Aunque un tono normalmente se describe por la frecuencia de una onda sonora específica, no está directamente relacionado con la frecuencia. La frecuencia es simplemente la propiedad física de la vibración del audio que se utiliza para determinar el tono de un sonido.
La frecuencia de una onda se puede determinar mediante esta ecuación:
Frecuencia = 1/Tiempo
La frecuencia y el período de tiempo de una onda tienen una relación inversa. Por ejemplo, a medida que aumenta el período de tiempo, la frecuencia disminuye y viceversa.
Esto significa que la frecuencia de la onda sonora expresa indirectamente su altura. La frecuencia es el número de ondas en un período de tiempo determinado. El período puede ser un segundo, un minuto o una hora.
La unidad de frecuencia estándar (ISI) es Hertz (Hz). Hertz se define como el número de ciclos por segundo. Si hay 50 ciclos en un segundo, por ejemplo, la frecuencia será de 50 Hz.
Como los humanos pueden oír sonidos de 20 Hz a 20 kHz, este espectro de frecuencia se divide en diferentes bandas de frecuencia:
- Subgraves: 20 a 60 Hz
- Bajos: 60 a 250 Hz
- Medio-bajo: 250 a 500 Hz
- Rango medio: 500 a 2 kHz
- Rango medio superior: 2 a 4 kHz
- Presencia: 4 a 6 kHz
- Brillo: 6 a 20 kHz
Una onda de alta frecuencia tiene un tono más alto y una onda de baja frecuencia tiene un tono más bajo. Considere el sonido de los pájaros cantando (tono alto) en comparación con el sonido de un perro ladrando (tono bajo).
La frecuencia sonora de un tono.
2. Volumen
El volumen es la sensación auditiva que se refiere al orden de una onda sonora de bajo a fuerte. El volumen es una propiedad de las ondas sonoras y está relacionada con su amplitud. Cuanto mayor sea la amplitud, más fuerte será el sonido y viceversa.
La amplitud de una onda sonora está definida por la vibración de la fuente. La fuente transfiere energía a un medio mediante vibración. Una mayor vibración energética genera una mayor amplitud.
Volumen representado por la amplitud de una onda sonora.
Para los humanos, la intensidad de un sonido también depende de la sensibilidad de sus oídos. Debido a que los humanos son sensibles a ciertas frecuencias, el volumen depende de la amplitud de la onda de sonido y la frecuencia dentro de un rango de percepción de audio percibido.
La energía de una onda sonora es proporcional al cuadrado de la amplitud. Por tanto, cuanto mayor es la amplitud, más fuerte será el sonido y más energía transportará.
Representación del volumen basada en amplitudes de ondas sonoras.
3. Calidad
Un tono puro es un sonido generado por una sola frecuencia. En una onda sonora hay varios tonos o notas de frecuencia, pero la nota fundamental (fo) tiene la amplitud más alta, por lo que se puede escuchar fácilmente. La nota fundamental es la frecuencia a la que vibra una onda completa.
Las notas de frecuencia, que son múltiplos enteros perfectos de una nota fundamental, se denominan armónicos o armónicos. La onda sonora es una combinación de notas fundamentales y armónicos.
La presencia de sobretonos o armónicos distorsiona el sonido y su percepción, y esto se llama distorsión armónica. La nota fundamental y los armónicos tienen diferentes amplitudes y niveles de energía. Cuanto menor sea la amplitud de los armónicos y menor la energía de todos los armónicos combinados, mayor será la calidad del sonido.
Por lo tanto, la amplitud o energía de las frecuencias armónicas, como 2fo, 3fo, 4fo, etc. — en comparación con la energía de la frecuencia fundamental, determina la calidad de la onda sonora.
En el próximo tutorial, cubriremos las ondas acústicas, que son un tipo de onda sonora.