Conceptos Clave en Audio: Señales, Fase y Crossovers
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¿Qué es el Ruido Rosa?
Es una señal aleatoria que contiene la misma energía por octava.
¿Qué es el Ruido Blanco?
Es una señal aleatoria que contiene la misma energía por frecuencia, por ende, se escucha más agudo.
¿Qué es una Señal Correlacionada?
Se define como aquella o aquellas señales que mantienen una relación de fase constante; no quiere decir que tengan 0° de diferencia.
En el mundo real, las fuentes tienden a ser no correlacionadas.
Función de Transferencia
La función de transferencia compara dos señales para encontrar similitudes y diferencias entre ellas.
Al tener FFT (Transformada Rápida de Fourier) y hacer ciertas manipulaciones, podemos ver:
- Respuesta en Amplitud (Amplitud response)
- Respuesta en Fase (Phase response)
- Respuesta Impulsional (Impulse response)
- Coherencia o Relación Señal/Ruido (Coherence or Signal to Noise Ratio)
La Fase
La ecuación de onda es una función de variables (distancia y tiempo).
Desde el punto de vista del análisis de un sistema, veremos la fase como una diferencia de tiempo o distancia entre las señales. La fase nos indica en qué momento de tiempo se encuentra la señal (en relación al tiempo o la distancia).
El valor de la fase es siempre calculado en relación con una frecuencia en específico, debido a que la única forma de relacionar el tiempo con la fase es con la frecuencia ("f").
La fase no tiene un límite de grados, se puede extender hasta infinitos grados.
Fase Relativa
Es la diferencia entre dos valores absolutos de fase.
Un conjunto de valores de fase y frecuencia crean una pendiente de fase, que puede ser interpretada como un retraso de fase o un adelanto de fase.
A menudo, la fase viene en “envoltorios” (wraps), es decir, excede los límites de la escala vertical de 360°.
Crossover Acústico
Crossover Acústico Espectral
Tiene niveles iguales en un rango de frecuencias en particular. Es la sumatoria de componentes que cubren rangos de frecuencias distintos, alimentados por un divisor de frecuencias (espectral).
Crossover Acústico Espacial
Tiene niveles iguales en una ubicación en el espacio. Es la sumatoria de fuentes que cubren un rango de frecuencias común, alimentadas por un divisor de frecuencias (altavoces y canales de procesamiento separados).
Simetría del Crossover
Clasificamos la simetría del crossover de acuerdo con dos resultados posibles: simétrico o asimétrico.
- Crossovers Espectrales: Pueden tener pendientes o topologías de filtro asimétricas.
- Crossovers Espaciales: Pueden ser asimétricos por modelo de altavoz, ángulos de apertura, nivel y más.
Distorsión de Fase y sus Consecuencias
¿Qué es la alteración o distorsión de fase y qué consecuencias puede llegar a tener?
Por cada orden (múltiplo de 6 dB/octava), la alteración de fase en el punto de cruce es de 45 grados:
- 1er orden (6 dB/octava): 45 grados de desfase en el punto de corte
- 2do orden (12 dB/octava): 90 grados de desfase en el punto de corte
- 3er orden (18 dB/octava): 135 grados de desfase en el punto de corte
- 4to orden (24 dB/octava): 180 grados de desfase en el punto de corte
Tipos de Filtros
Filtro Bessel
La atenuación en el punto de corte es variable en función del orden del filtro (existe una variante de este filtro, el Bessel rectificado, que permite obtener una atenuación de -3 dB).
Pueden ir desde primer a octavo orden (6 a 48 dB/oct).
Filtro Butterworth
Pueden ir desde primer a octavo orden (6 a 48 dB/oct).
- Pierden 3 dB en el punto de corte de manera individual.
- Al combinarlos, aumentan 3 dB en el punto de corte (siempre y cuando la fase en el punto de corte coincida).
Filtro Linkwitz-Riley
Solo órdenes pares, desde el segundo a octavo orden (12 a 48 dB/oct).
- Pierden 6 dB en el punto de corte de manera individual.
- Al combinarlos, ni aumentan ni disminuyen en el punto de corte (siempre y cuando la fase en el punto de corte coincida).
Popularidad y Comportamiento General
El tipo de filtro más utilizado es Linkwitz-Riley, debido a que, al menos en el dominio eléctrico, la suma en el punto de corte es de 6 dB (ya que en el punto de corte se han perdido 6 dB en cada vía).
Los crossovers pueden ser de 2, 3, 4... hasta 5 vías, dependiendo del diseño del sistema.
Es importante saber que el comportamiento de los filtros añade 45 grados de retraso por cada orden (sin importar si el diseño del filtro es Butterworth, Linkwitz-Riley o Bessel).
La combinación de filtro/pendiente más popular es: Linkwitz-Riley de 24 dB/octava.