NOTA DE TAPA:

Rango dinámico, respuesta en frecuencia, valores y medidas

Esteban Lanutti- Colectivo La Tribu

3 de enero de 2007

La capacidad auditiva de las personas tiene algunas características particulares. De la misma manera que no todos vemos igual, no todos escuchamos igual porque nuestros oídos tienen una capacidad de registro de una cantidad de frecuencias y de niveles muy distintos. Podemos estar en medio del campo y escuchar el sonido producido por un grillo y también podemos estar en una discoteca donde hay sonidos mucho más potentes y nuestro oído los puede captar a ambos.

Si bien las técnicas de grabación se han desarrollado enormemente, es imposible registrar los sonidos con absoluta fidelidad. Tanto es así que hasta el momento no existe un micrófono que pueda captar semejante diferencia en los niveles sonoros como puede hacerlo nuestro oído. Y, de la misma manera, no existe ningún sistema de registro que sea absolutamente fiel a los sonidos capturados.

Cuando un sistema de registro transforma a las señales sonoras en señales eléctricas y luego vuelve a transformarlas en señales acústicas impone limitaciones y modificaciones al rango dinámico, la respuesta en frecuencia y la calidad natural. Además, todo sistema de grabación produce sonido, un sonido no deseado al que llamaremos ruido.

El rango dinámico

El rango dinámico es la diferencia en la percepción entre la señal audible más débil y la más fuerte, o bien entre la mínima presión sonora que nuestro oído es capaz de percibir (Umbral de audición = 0dBSPL) y la máxima capaz de soportar (Umbral de dolor = 120 dBSPL).

Si bien, en teoría, el rango dinámico de un equipo debería estar dado por la diferencia de niveles entre el pico máximo y el menor valor de la señal eléctrica presente, en los equipos de audio, el menor valor se da cuando el nivel de señal sonora hace evidente la presencia del ruido propio del equipo y el pico máximo es el punto en el que el equipo comienza a saturar. Si el nivel de la señal sonora es muy bajo, ésta será deformada por la presencia propia del ruido de los equipos que estemos utilizando y nuestro recorrido de conexión (micrófono, consola, amplificador, cables). Pero si el nivel de la señal sonora es muy alto, la señal también tiende a deformarse debido a las limitaciones de los circuitos electrónicos que efectúan la amplificación.

La respuesta en frecuencia

Los seres humanos no somos capaces de captar todos los sonidos que se producen. Habitualmente se dice que el oído humano reconoce sonidos con frecuencias entre 20 Hz y 20 KHz aproximadamente. Pero no todos oímos en esta gama.

Cada oído tiene una capacidad determinada y en muy pocos casos se da que una persona pueda escuchar frecuencias cercanas a los 20 KHz. La realidad marca que la gran mayoría escuchamos los sonidos que tienen una frecuencia entre los 20 ciclos por segundo (un sonido muy grave) y los 16.000 ciclos por segundo (un sonido muy agudo). Es decir, nuestro oído capta sonidos entre los 20 Hz y los 16 KHz aproximadamente.

A esta franja que se encuentra entre las frecuencias mínima y máxima audible se la llama respuesta en frecuencia. Podemos precisar técnicamente que la respuesta en frecuencia de un equipo de sonido está definida por el espectro que se encuentra entre la frecuencia mínima y la frecuencia máxima que puede reproducir fielmente.

El objetivo de una grabación es que en el momento de la reproducción del registro experimentemos la misma sensación auditiva que hubiéramos sentido en el momento en el que se produjo el sonido original; es decir, lo correcto sería que un sistema de registro tenga una respuesta en frecuencia "plana" o lineal. Esto significa que, durante el registro, ante una presión sonora de igual intensidad física en distintas frecuencias, se comporte eléctricamente de forma pareja. Y que luego, durante la reproducción, pueda generar igual presión sonora que el fenómeno original.

La respuesta en frecuencia de un sistema de registro se representa con una curva que muestra el nivel de amplificación o nivel de salida en relación con la frecuencia. Aquí nos encontramos con la limitación que no existen equipos absolutamente lineales. Esta es la razón por la cual debemos observar detalladamente esta curva en los manuales de los equipos que adquirimos de modo tal de no tener sorpresas cuando trabajamos.

Valores y medidas

El oído humano, además de tener un registro único para cada una de las personas, no tiene una detección absoluta de los niveles, es decir, no se puede medir con precisión el volumen de lo que oímos. Por lo tanto sería imposible determinar si dos señales distintas tienen el mismo nivel al compararlas en forma aislada.

Por esto, hay una medida que debemos manejar para poder desenvolvernos con soltura en el espacio de trabajo: el decibel (dB). El conocer esta medida, nos permite tomar decisiones sobre los niveles de audio, además de poder comprender todas las expresiones en nuestros equipos y herramientas de trabajo, así como también las especificaciones en los manuales, en las hojas técnicas de los equipos y de los insumos.

¿Qué es un decibel?

En el año 1920, los ingenieros de la compañía americana de telecomunicaciones Bell, se encontraban realizando las primeras instalaciones de telefonía. Con el fin de optimizar la transmisión y recepción de las llamadas, comenzaron a realizar pruebas sobre el comportamiento del oído humano.

Estos estudios revelaron que el oído no responde en forma lineal a las variaciones de presión, sino que muestra una curva de variación del tipo logarítmico. Esto significa que cuando se duplica la intensidad de un sonido, el oído no percibe el doble de volumen sino un crecimiento mucho menor. Para poder percibir el doble de volumen, la intensidad del sonido debe ser aumentada aproximadamente 10 veces. Estas variaciones en la intensidad de los sonidos es medida en “decibeles”.

Existen dos razones centrales para el uso del decibel en acústica. Una tiene que ver con las características propias del oído. La otra tiene que ver con la comodidad que nos presenta para realizar cálculos. Nuestros oídos perciben diferencias en los niveles de presión sonora cuando existe un incremento de la misma de un 26 %. En este ejemplo, notará una diferencia de presión sonora cuando compare 10 Watts y 12, 6 Watts.

Si nosotros comenzamos nuevamente el experimento con 12, 6 Watts, nuestro oído volverá a notar una diferencia de nivel cuando se produzca otro incremento del 26 %, es decir cuando lleguemos a 15,8 Watts. Esto quiere decir que nuestro oído percibe cambios de sonoridad en determinadas relaciones que no se corresponden a los incrementos fijos de potencia. Si aumentamos la potencia en diez pasos de 26% obtendremos un incremento de diez veces el nivel original. Esta es una relación logarítmica no lineal.

El incremento de diez veces en la relación de potencia es un Bel, y cada incremento de un 26 % es 1/10 de Bel, es decir un decibel. Teniendo en cuenta que el decibel es una medida de relación, nuestro oído va a hallar la misma diferencia de nivel entre 1 y 2 Watts que entre 15 y 30 Watts.

De aquí se desprende, al menos, que al hablar de dB (decibel) positivos estamos en presencia de una ganancia. Si son dB negativos estamos en presencia de una atenuación.

Sistemas de referencia

Para resolver el problema de las distintas referencias, se le incorpora una nueva letra al símbolo de decibel. Esta letra nos aclarara cuál es la referencia. Aquí haremos un repaso por los distintos símbolos que aparecen en los manuales técnicos de los equipos para que podamos entenderlos.

dBv

El voltaje de referencia de niveles medidos en dBv es 1 Volt. Este sistema es más frecuentemente usado en Estados Unidos y en las publicaciones sobre dispositivos semi-profesionales.

dBmV

El voltaje de referencia de niveles medidos en dBmV es 1 Micro Volt (un Micro Volt es una millonésima parte de un Volts). Este sistema se utiliza en sistemas que trabajan con voltajes relativamente bajos como por ejemplo sistemas receptores o antenas receptoras.

dBm

El voltaje de referencia medido en dBm es igual a la caída de tensión a través de una resistencia de 600 ohmios, y consumiendo esta resistencia una potencia de 1 Mili Watt.

El voltaje de referencia de niveles medido en dBm es 0,775 Volts. Este sistema de notación se sigue utilizando, pero ha quedado un poco desactualizado debido a que las cargas de los circuitos ya no son, como antiguamente de 600 ohms. Este sistema se usó e incluso aún se usa con equipos de estudio profesionales con excepción de los Estados Unidos. Lógicamente la propia definición de dBm no hace referencia a una tensión sino a una potencia disipada por un resistor. Si queremos partir de la tensión más allá de la carga del circuito deberemos recurrir al cuarto tipo.

dBu

El voltaje de referencia de niveles medidos en dBu es 0,775 Volts.

El dBu se usa en las publicaciones modernas cuando el nivel se mide independientemente del valor de la impedancia o resistencia que carga el circuito. Antiguamente, e incluso hoy, se utiliza dBm y dBu de manera indistinta.

dBrel ó dBx

En el caso del dB relativo no existe un voltaje de referencia fijo. El propio usuario del equipo puede fijar el valor de referencia. Por ejemplo, las estaciones de radio de Alemania usan 0dBrel (100%) = 1,55 voltios = 6 dBu. Estaciones de radio suizas y francesas usan 0 dBrel (100%) = 3,1 voltios = 6 dBu. •