Publicado el22 octubre, 2018porJose Francisco|Comentarios desactivados en Amplificación (3): amplificadores de varias etapas
En la gran mayoría de los amplificadores, sobre todo en audio, nos encontramos que no conseguimos amplificar las señales de entrada con un sólo dispositivo o etapa amplificadora, necesitamos colocar varias etapas una detrás de otra, para conseguir finalmente una señal lo suficientemente grande en tensión y con la suficiente intensidad de suministro de intensidad, como para "atacar" los altavoces con la potencia requerida.
En esta entrada veremos cómo se realiza el planteamiento de las sucesivas etapas para conseguir una correcta amplificación. También nos ocuparemos de los principales problemas que surgen al unir unas etapas con otras: ¿Qué pasa con la transferencia de tensión? Y ¿Cómo afecta la Impedancia de una etapa sobre la siguiente?
Echaremos mano, como en otras ocasiones, del Canal de Youtube Electrónica FP, con ese profesor tan enrollado que nos hace entretenido el aprendizaje de los conceptos de electrónica.
Publicado el19 octubre, 2018porJose Francisco|Comentarios desactivados en Star Wars y los decibelios, «El despertar de los logaritmos”
¡¡Bendito Viernes!!, te dices a ti mismo al llegar a casa después de una semana de órdago. El plan que tienes para el fin de semana promete. De momento, la tarde de hoy la vas a dedicar a echarte una buena siestecita. Has tomado esta decisión, ya que estás solo y la intensidad del sonido no supera los 10 decibelios. La verdad es que así da gusto. El sofá te espera y lo único que queda por hacer es echar al gato.
Después de este ratito de descanso llega el momento de hacer planes para esta noche. Mantienes una conversación telefónica que no supera los 30 decibelios. Sin embargo la persona con la que hablas está en medio de un grupo de gente en el que hay conversaciones cruzadas y está soportando una intensidad sonora de 50 decibelios.
Has quedado en una hora, por lo tanto hay que darse una duchita y acicalarse. La noche promete, ya que hay prevista sesión de cine y después concierto. El plan tiene muy buena pinta. Mientras te preparas, qué mejor que coger el móvil, abrir Spotify y elegir una de tus listas preferidas. 80 decibelios directos a tus tímpanos; ahí es nada. Pero bueno, hay que poner el pabellón auditivo a tono.
Sales a la calle y el tráfico por la avenida es complicado al caer la noche, como siempre a esas horas. Y ya para colmo aparece de la nada la moto a toda pastilla, con sus 100 decibelios dándolo todo. Menos mal que la situación no dura mucho, ya que empieza a ser realmente molesta.
Estás superando con creces la medida de 55 decibelios que recomienda como máximo la Organización Mundial de la Salud. ¡Anda!, pero si eso ya lo habías superado antes con Spotify a pleno funcionamiento. Bueno, lo vamos a pasar por alto, ya que sarna con gusto no pica, como diría el otro.
No es que seas muy fan de Star Wars, pero bueno, habrá que adaptarse a la mayoría. Te hubiera apetecido mas echar unas risas con los ocho apellidos catalanes, pero, la verdad es que una vez que empieza la película impresiona ver cómo llena la pantalla el Halcón Milenario soltando por sus motores 140 decibelios. Pero ojo, no vayas a creértelo, porque como bien sabrás el sonido no se transmite en el espacio exterior. ¿Por lo tanto, que intensidad tenemos? ¿0 decibelios? Luego te lo cuento, no te preocupes.
Después de echar unas cañitas con tus amistades llega la traca final: concierto en la discoteca a 120 decibelios del ala. No, lo de 120 decibelios no es el nombre del grupo. Es la intensidad sonora que está llegando a tus oídos. Aquí es donde entran en juego los logaritmos, ya que sin ellos sería imposible establecer una escala que nos ayude a medir la intensidad del sonido.
Sí señor, los logaritmos, a parte de para otras muchas cosas en nuestra vida diaria, nos sirven para poder medir y establecer los diferentes niveles de intensidad de cualquier sonido. ¿Pero, existe el silencio absoluto? La respuesta es no, o por lo menos para los logaritmos, ya que al medir la intensidad del sonido utilizando una escala logarítmica es imposible partir de cero. La razón es muy simple; el logaritmo de cero no existe.
Menuda tarde-noche de Viernes que has echado. Ha llegado la hora de meterse en el sobre. Volvemos a los 10 decibelios. Benditos logaritmos.
No puede ser… Sábado, 8 de la mañana, el eficiente operario del Ayuntamiento está taladrando para hacer un agujero en medio de la calle, justo debajo de tu ventana. Otra vez la tubería que pasa por tu calle ha decidido romperse. Te acaban de despertar 110 decibelios en lo mejor del sueño. Y ya ni te cuento lo de tu vecino, con la aspiradora a 70 decibelios, dejando el suelo del piso como los chorros del oro.
No sé cómo se las apañan las matemáticas, pero siempre acaban fastidiándote de una forma u otra, ¿o no?
Publicado el15 octubre, 2018porJose Francisco|Comentarios desactivados en Amplificación (2): Ancho de Banda, Impedancia y Distorsión
Con la ayuda inestimable del Canal de Youtube ElectrónicaFP, en esta entrada trataremos de responder a las siguientes preguntas respecto del Ancho de Banda:
¿Qué es la respuesta en frecuencia?
¿Qué es el Ancho de Banda o Bandwidth?
¿Cómo se calcula?
También hablaremos de:
la Impedancia (de entrada y salida) en dispositivos amplificadores, y
La Ganancia es la proporción entre el nivel de salida y el nivel de entrada. La Ganancia entonces se expresa en "veces", lo que no tiene unidad; si la Ganancia expresa el nivel de salida respecto de un nivel específico referencia (que no tiene porqué ser la unidad de medida) entonces se dice que la Ganancia es de x veces sobre el valor de referencia.
Ganancia en Tensión
Si tratamos de tensión de salida de un amplificador, Vout, comparándola con la tensión de entrada, Vin, tendríamos la Ganancia en Tensión:
Vout donde ΔV es la Ganancia en Tensión ΔV = ——— Vin
Ganancia en Intensidad
Si comparamos la intensidad de salida un amplificador, Iout, frente a la intensidad de entrada, Iin, tendríamos la Ganancia en Intensidad:
Iout donde ΔI es la Ganancia en Intensidad ΔI = ——— Iin
Ganancia en Potencia
Si comparamos la potencia de salida de salida, , respecto de la potencia de entrada, lo que tendríamos sería la Ganancia en Potencia:
Pout donde ΔP es la Ganancia en Potencia ΔP = ——— Pin
El decibelio es una unidad logarítmica que nos permite representar de una manera cómoda el cociente o proporción entre diferentes valores muy dispares entre sí. Este tipo de representación se utiliza cuando el parámetro a considerar (nivel de Ganancia, tensión, potencia, nivel de sonido, etc) puede tener variaciones muy amplias, por ejemplo, desde 1 hasta 1.0.0000.0000 y queremos representarlo con un número más sencillo.
También hay que tener en cuenta que nosotros, como animales, hemos evolucionado de modo que no captamos los valores de los parámetros como nivel de luminosidad, de sonido, de presión, etc de modo lineal: el doble de cantidad luz no lo sentimos sino como un poco más de luz; lo mismo pasa con el sonido: para que valoremos el doble de nivel de presión sonora de un fenómetro sotre otro hay que casi multiplicar por 10 el valor real del nivel de presión sonora de referencia. El decibelio es una forma de expresar una magnitud física que nosotros, como humanos, valoraremos de una forma más natural.
Luego, el decibelio es una comparación entre 2 magnitudes:
la magnitud a evaluar; por ejemplo la potencia P2
la referencia para evaluar la magnitud; puede ser otra P1 o una de referencia PREF
Si la magnitud que deseamos expresar es Potencia eléctrica:
P2ΔP [dB] es el Incremento/Ganancia en Potencia ΔP [dB] = 10 x log ——- expresado en dB, que tiene P2 sobre P1
P1
¿Y porqué ponemos el 10x en lugar de poner el log… nada más? pues porque la fórmula sin el x10 nos daría Belios, y el Belio es una cantidad de valor muy muy grande; por lo que se utiliza normalmente multiplicado x10, que entonces serían deciBelios, dB.
Si ponemos una PREF como valor P1, entonces obtendríamos el Nivel de Potencia de P2 referido a PREF; ahora ya no es un valor relativo, sería un valor cuantificable de potencia espresado en dB.
Pues lo mismo podemos hacer con muchos otros parámetros físicos, en nuestro caso relacionados con la electrónica o el sonido:
Si la magnitud que deseamos expresar es Voltaje eléctrico
VoutΔV [dB] es el Incremento/Ganancia en Tensión ΔV [dB] = 20 x log ——– expresado en dB, que tiene Vout sobre Vin Vin
Atento a que con voltaje (e intensidad) se pone x20 en lugar de x10, como se pone con potencia.
Y así podríamos hacer lo mismo con la Intensidad eléctrica, la Potencia del Nivel Sonoro, etc.
Hasta aquí una primera toma de contacto con los decibelios, ya que es un asunto que va a dar mucho de sí, sobre todo en el ámbito del Audio y las Telecomunicaciones.
La transformada de Fourier es una herramienta de uso diario para quienes trabajan con audio. En este post se propone analizarla desde una perspectiva analítica para lograr un mejor entendimiento.
Fue planteada por el matemático francés Joseph Fourier en el año 1822. Su interés no estaba centrado en el sonido ni mucho menos, sino en la transmisión de calor. En su libro “Teoría Analítica del Calor” planteó las bases del teorema que después se transformaría en una herramienta de gran importancia para las ciencias.
“Toda onda compleja periódica se puede representar como la suma de ondas simples.”
Seguramente muchos han leído este enunciado. Básicamente plantea que cualquier señal periódica (de la forma que sea) puede descomponerse como la suma de señales sinusoidales de distintas frecuencias.
Por ejemplo, en la animación se puede observar una señal “cuadrada” generada a partir de la suma de sinusoides puras.
Para el análisis supongamos que el segmento más largo se encuentra girando a 100Hz (en la animación gira mucho más lento). Si se observa con atención, se puede apreciar que el siguiente segmento realiza 3 vueltas por cada una del segmento largo. En nuestro ejemplo, si el largo realiza 100 ciclos por segundo, el siguiente realiza 300 ciclos por segundo, es decir, gira a 300Hz. Se puede también decir que el segundo segmento es un 3er armónico del primero (multiplica su frecuencia por 3).
Si prestamos atención al tercer segmento, veremos que realiza 5 vueltas por cada una del segmento largo. Es decir, gira a 500Hz y es un 5to armónico del primero. Por último, el cuarto segmento gira 7 veces, en nuestro ejemplo serían 700Hz y corresponde con un 7mo armónico.
Podemos notar que estamos adhiriendo armónicos impares consecutivos: 1ro, 3ro, 5to y 7mo. Si pudiéramos sumar infinitos armónicos con esta condición podríamos construir una onda cuadrada casi perfecta.
Al graficar cada segmento en función de la frecuencia (respetando su amplitud), se obtiene el espectro en frecuencia de la señal compleja.
Esto es posible de lograr con cualquier señal periódica y es el principio que utiliza un analizador de espectro o los sintetizadores que funcionan por adición. La condición de periodicidad es fácil de evadir si consideramos un período suficientemente largo que contenga la señal entera.
análisis de Fourier de distintas formas de onda
El mayor auge de esta herramienta no fue hasta que la computación avanzó lo suficiente para facilitar los cálculos, no tiene mucho sentido descomponer una señal “a mano”. La transformada rápida de Fourier (FFT de Fast Fourier Transform) es el algoritmo que permite obtener los coeficientes de una serie de Fourier de forma rápida y, hoy en día, es usada en la mayoría de los software de audio conocidos.
El análisis de Fourier funciona en una gran cantidad de sistemas en nuestra vida cotidiana. Se hace presente en sistemas de Comunicaciones, en Ingeniería de Control, en Ingeniería Mecánica, en Campos Electromagnéticos, en Procesamiento de señales de audio, en Procesamiento de imágenes e incluso en el área médica para procesar imágenes generadas por ecogramas, resonancia magnética, tomografías, etc.
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