CLASIFICACIÓN DE LOS NIVELES DE AUDIO ANALÓGICOS

La señal de audio suele ser una onda eléctrica compleja no periódica, es decir, presenta varias frecuencias que no se repiten en el tiempo; además, su voltaje varía en función del tipo de señal de audio que hablemos (micrófono, línea, instrumento, etc.).

Las señales de audio también se pueden clasificar según su nivel de impedancia. La baja impedancia se considera por debajo de 600 Ω, impedancia media entre 600 Ω y 10 kΩ, y alta impedancia se considera por encima de 10 kΩ. La salida de potencia que ofrece un determinado micrófono será la misma independientemente si es de alta, media o baja impedancia; cuando se igualen las impedancias de entrada y de salida, la transmisión de la potencia de salida a la entrada será la máxima. El teorema da como resultado la máxima transferencia de potencia y no la máxima eficiencia. Si la resistencia de la carga se hace mayor que la resistencia de la fuente, entonces la eficiencia es mayor, ya que un mayor porcentaje de la fuente de energía se transfiere a la carga, pero la magnitud de la potencia de la carga es menor ya que la resistencia total del circuito aumenta. Si la resistencia de carga es menor que la resistencia de la fuente, entonces la mayor parte de la potencia termina siendo disipada en la fuente, y aunque la potencia total disipada es mayor, debido a una menor resistencia total, resulta que la cantidad disipada en la carga esta reducido.

El tipo de señal está determinada por la salida del dispositivo de audio, y esta salida debería ser conectada sólo a una entrada que acepte el mismo tipo de señal, aún si no usan el mismo tipo de conector.

Nota: Siempre que hablemos de voltaje eficaz (V_RMS), será de una onda senoidal, al estar hablando de señal analógica.

NIVEL DE LÍNEA

Es el nivel de una señal de audio utilizada para transmitir señales analógicas entre los equipos de audio. Se presenta como un cociente de voltajes expresado en decibelios (con un voltaje de referencia), estos valores dependerán en el nivel de línea usado.

Nivel de línea ‘doméstico’: Se mide en dBV, con un nivel nominal estandarizado de -10 dBV (que corresponde a 0’3162 V_RMS). Se usa para dispositivos de consumo desbalanceados de alta impedancia.

El nivel 0 decibel volts (dBV) se define como el que corresponde a una onda senoidal cuya tensión eficaz sea de 1 V. Esa tensión senoidal de 1 V_RMS aplicada a una resistencia de 1 kΩ implicaría una potencia de 1 mW, o lo que es lo mismo 0 decibel miliwatts (dBm) o 0 dBV. Los dBV y los dBm coinciden sólo si la carga es de 1 kΩ.

Si asociamos 0 dBV a 0 dBm (1 mW) está claro que -10 dBV corresponderá a -10 dBm (0’1 mW, realmente muy poca potencia), pero sólo valdría considerando impedancia de 1 kΩ y señal senoidal.

Sobre cualquier otro tipo de carga o señal serían otros valores de potencia en mW, pero siempre -10 dBV sería 10 veces menos potencia que 0 dBV. Si la carga rondara los 100 Ω (cuanta menor carga mayor potencia en una relación que es lineal) volveríamos a tener 1 mW: la carga ha bajado diez veces, y por tanto la potencia ha subido en esa misma proporción. Si la carga fuera de 10 kΩ tendríamos una potencia de sólo 0’01 W.

-10 dBV corresponden a una onda senoidal de 0’316 V_RMS, dicha tensión desarrolla una potencia de 0’1 mW cuando la carga es de 1000 Ω.

Nivel de línea profesional (señal balanceada): Se mide en dBu, con un nivel nominal estandarizado de +4 dBu (que corresponde a 1’228 V_RMS) en EE.UU. o de +6 dBu (que corresponde a 1’546 V_RMS) en Alemania (RDA).

El dBm unloaded (dBu) es una unidad de medida de voltaje tomada sin tener en cuenta la impedancia del circuito. Aunque se ha definido como la tensión de 0’775 V_RMS que, aplicada sobre un circuito con impedancia de 600 Ω (que puede ser o no), genere un 1 mW (0 dBu).

Esta unidad se utilizaba en los estándares de los primeros teléfonos, que usaban fuentes y cargas de 600 Ω, y median la potencia disipada en dBm. En los equipos de audio modernos ya no se usan cargas de 600 Ω, y son medidos en dBu.

Debido a que la impedancia no se conoce, la potencia no se define, y la medida es una medida en dB no real, pero muy útil, ya que la interpretación libre de este tipo de decibelio lo hace un método comúnmente utilizado en la industria.

+4 dBu corresponden a una onda senoidal de 1’228 V_RMS, dicha tensión desarrolla una potencia de 2’51 mW cuando la carga es de 600 Ω.

Signal-to-noise ratio (SNR): +4dBu implica un nivel de voltaje casi unas 4 veces más fuerte que -10dBV. Y por tanto corresponderá a una potencia unas 16 veces más fuerte (una diferencia de aprox. 12 dB entre ambos niveles). El nivel de línea profesional implica mayor potencia, entonces, tiene una relación señal-ruido (relación entre la potencia de la señal con la potencia del ruido de fondo) mejor; esto es, hay más señal que ruido (más separación entre ellos - Una relación mayor que 1:1 (mayor que 0 dB) indica más señal que ruido), en cambio, en el doméstico la relación señal-ruido es más pequeña. Esta relación implica que, cuando se quiera aumentar el volumen, aumentaremos la señal y el ruido en la misma proporción; con una relación baja el ruido solapará más la señal que en una relación alta.

Los conceptos de relación señal a ruido y rango dinámico están estrechamente relacionados. El rango dinámico mide la relación entre la señal sin distorsión más fuerte en un canal y la señal mínima discernible, que para la mayoría de los propósitos es el nivel de ruido. SNR mide la relación entre un nivel de señal arbitrario (no necesariamente la señal más potente posible) y el ruido. La medición de las relaciones de señal a ruido requiere la selección de una señal representativa o de referencia. En ingeniería de audio, la señal de referencia suele ser una onda sinusoidal en un nivel nominal o de alineación estandarizado, como 1 kHz a +4 dBu.

Potencia en los niveles de audio: Muchas veces nos interesa de los sistemas su potencia más que su puro nivel de amplitud o voltaje, porque es la potencia la que habla del trabajo que desarrollamos con esos sistemas. Pero cuando hablamos de señales la cosa cambia. Una señal en sí no tiene ‘potencia’. La señal, entendida como la ‘forma’, está, en nuestro caso, definida por el voltaje que representa al sonido. Cuando hablamos de niveles de señal y de interconexión de sistemas es normal por tanto que nos interesemos por los voltajes, mientras que cuando hablamos de la capacidad de un sistema para generar acciones nos interesa más la potencia.

Las unidades dBV y dBu no miden relaciones entre potencias, están definidas como relaciones entre voltajes. Nos hablan del voltaje nominal de la salida. Sólo conociendo la impedancia de la carga que vaya a usarse podrían hacerse correspondencias a potencias.

El nivel de línea está estandarizado, para el resto de niveles (mic, inst, etc) no hay un estándar y se deberá acudir a las especificaciones de cada producto.

NIVEL DE MICRÓFONO

Es considerado de baja impedancia e indica el nivel a la salida del micrófono sin ser preamplificado. La señal de salida del micrófono es bastante débil, entre -60 dBV (0’001 V_RMS) y -20 dBV (0’1 V_RMS); depende del tipo de transductor que tenga el micrófono.

Estas señales deben ser amplificadas a un nivel para que puedan ser aplicadas a otros equipos de audio (ser usado como nivel de línea). Primero se preamplifica y se envía esta señal, normalmente, a un mezclador para ser mezclado junto a otras señales (música, más micros, etc.) y luego sale de la mesa y se lleva al amplificador de potencia, el cual amplifica a otros nuevos niveles adecuados (nivel de potencia) para hacer funcionar unos auriculares o altavoces.

NIVEL DE TOCADISCOS (PHONO)

Como el de micrófono, es de baja impedancia y se considera el nivel a la salida del fonocaptor sin ser preamplificado. El nivel de phono, entonces, depende del transductor que posea el tocadiscos; así pues, puede ir de -23 dBV (0’071 V_RMS) a -9 dBV (0’354 V_RMS) en cápsulas de cristal (piezoeléctricos), o ser de -60 dBV (0’001 V_RMS) en cápsulas de bobina móvil (dinámico), entre otros tipos como el de imán móvil (dinámico) o de condensador.

Aunque son similares en nivel a las señales de los micrófonos, tienen una curva de ecualización radicalmente diferente y, por lo tanto, deben convertirse a nivel de línea con un preamplificador phono o mediante la ecualización RIAA (que permite mayores tiempos de grabación y mejora la calidad del sonido).

NIVEL DE INSTRUMENTO

Las señales de los instrumentos basados en las pastillas como captadores del movimiento de las cuerdas (guitarras, bajos eléctricos) dan salidas de alta impedancia no balanceadas. Su nivel está entre el nivel de micrófono y el nivel de línea, y puede variar desde 1 mV_RMS (-60 dBV) hasta 1 V_RMS (0 dBV), dependiendo de la pastilla.

Para poder introducir esta señal en entradas de baja o media impedancia (nivel de línea o micrófono) se hace necesario el uso de una caja de inyección (DI box). Esto es un dispositivo electrónico que permite transformar una señal no balanceada en una señal equilibrada de baja impedancia para ser transportada por una línea balanceada (el proceso puede ser reversible).

Algunas pastillas consiguen un nivel de salida alto utilizando imanes muy potentes, que producen más flujo magnético y, por lo tanto, una salida mayor. Esto puede ser perjudicial para la calidad del sonido porque los imanes tienden a atraer las cuerdas, lo cual hace que su amplitud decrezca demasiado rápidamente (el sonido se apaga pronto). Otras cápsulas de alta señal tienen una bobina con más espiras. Sin embargo, esto aumenta la impedancia de salida, lo cual puede afectar a las frecuencias altas si la cápsula no se aísla con un amplificador-seguidor (buffer).

NIVEL DE POTENCIA

El preamplificador actúa sobre la tensión de la señal de entrada (micrófono, instrumento) para que alcance el nivel de línea. El preamplificador proporciona una ganancia de voltaje de 10 mV a 1V, pero no ofrece una ganancia de intensidad significante.

La relación entre el nivel de salida y el de entrada es la ganancia, expresada en decibelios (indica el grado de amplificación de una señal).

Luego, una vez niveladas las señales, estas se envían como señal de entrada a otro equipo; generalmente, una etapa de potencia (que aumenta el nivel de la señal) y que ya emite nivel de potencia.