Autor: Ing. Alejandro Bidondo

Para tratar el tema del sonido con seriedad profesional es necesario referirnos a los procesos en forma exacta y precisa, por lo que el lenguaje a ser utilizado no es de uso común (de haber dudas semánticas sugiero buscar ayuda en algún diccionario). De no ser así, los mensajes a trasmitir serían duales o poco claros.

Una característica de los textos técnicos es que cada palabra de cada oración tiene un significado especial, concreto, los cuales deben ser entendidos completamente para luego comprender la oración en su totalidad.

No creo conveniente tomar por simples los contenidos científicos del Sonido o el Audio, porque de hecho no lo son y tampoco pretendamos aprenderlos rápidamente. Si algo de esto sucediera, me inclino más por afirmar que han recibido información y no formación, lo cual no es malo, sino que debe ser una decisión personal consciente buscar una u otra.

La ciencia y sus postulados son independientes de las modas y dependientes del consenso general del mundo científico. Podrán haber muchos adelantos tecnológicos pero los axiomas (verdades evidentes que son la base constitutiva del pensamiento científico dentro de una disciplina) siempre serán válidos.

Es imprescindible tener bien claros los objetivos personales a la hora de buscar conocimiento, en este caso, sonido. Si dicho fin es la operación de máquinas relacionadas con la grabación, mezcla, sonido en vivo o masterización, lo que realmente necesitan es leer los manuales de las mismas y "afinarse" los oídos (lo que toma su tiempo). Ahora, si lo que pretenden es conocer la raíz de los procesos, para luego aplicarlos en cualquier área dentro de lo que llamamos "sonido", entonces sí recomiendo comenzar desde el principio, cueste lo que cueste.

El inicio del estudio (serio) del Sonido y posteriormente del Audio, es inevitablemente mediante el manejo, aunque sea conceptual, de herramientas matemáticas (perdón, no les puedo mentir, es así) necesarias para luego ser aplicadas a la Física, Acústica, Psicoacústica, Electrónica (analógica y digital), Señales y Sistemas, Estadística, etc. . Como dije antes, sólo pretendemos entregar nociones básicas y bajo ningún punto de vista ingresar en alguna de las materias mencionadas arriba (justamente por su complejidad).

La disciplina encargada de estudiar los fenómenos relacionados con el sonido es la Ingeniería de Sonido, la que abarca o pretende abarcar, a la ciencia Acústica y al Audio (mayoritariamente electrónica), incluyendo los transductores electro-acústicos (micrófonos, acelerómetros, parlantes, etc.). - Quiero aclarar, para disipar algunos malos entendidos y poner las cosas en su lugar, que Ingeniería es lo que se estudia en la Universidad y que la traducción al Castellano de la palabra engineer es técnico (no "ingeniero")- .

Quizás lo siguiente es saber para qué (nos) sirve o dónde se aplican los conocimientos de Sonido y Audio. Hoy en día, donde casi todas las actividades son multimediales, las mismas involucran al sonido, por lo tanto allí son aplicables los mismos, a cualquier escala, desde el diseño e instalación de sistemas, hasta la reparación, diseño y armado de etapas, modificaciones, mediciones, investigación, docencia, etc.. No solamente para grabar discos y hacer sonido en vivo. El campo de aplicación es muy grande y con conocimiento y responsabilidad las cosas se pueden hacer bien.

Empecemos por el principio. Las herramientas matemáticas necesarias (o como mínimo conocerlas desde un punto de vista conceptual) para entender el meollo de lo que nos convoca son:  Ecuaciones (para resolver cualquier problema matemático), Funciones (sin las que nunca entenderemos básicamente qué es una transferencia de un dispositivo, proceso o sistema), Logaritmos (sin los cuales nunca entenderemos el decibel, el comportamiento del oído, algunos dispositivos semiconductores, etc.), Trigonometría (sin ella no entenderemos cálculos geométricos, modulación -a ser utilizada en radiodifusión y Audio digital-, señales, etc.), Números Complejos (sin los cuales no podremos entender parte del funcionamiento de circuitos reactivos, como ser los filtros), Límite, Derivadas e Integrales (sin las cuales no se entenderán procesos temporales, el accionar de los filtros, modelizar -palabra que viene de "modelo"- conceptos físicos, etc.), Transformadas (para comprender la existencia de distintas formas de ver el mismo fenómeno, etc.)

Como continuación a los temas anteriores será necesario ingresar en el mundo de la Física. Se precisará dominar el concepto de Energía, su conversión y su transferencia, los sistema de Unidades, la Cinemática, el Movimiento Armónico Simple, la Ley de Faraday, la Ley de Ampere, los Campos Eléctrico y Magnético (de los cuales lo primero es entender qué es un campo), etc. .

Imaginemos un sistema completo típico posible de ser estudiado: Una fuente sonora, confinada en un recinto o al aire libre, funcionando como emisora de energía acústica, un transductor receptor (o varios) que transmiten la señal mediante cables hacia dispositivos de procesamiento (preamplificación, mezclado, amplificación, etc.), los cuales envian la señal (ya procesada) a través de cables hacia otro conjunto de transductores, confinados o no, para luego ser percibidos por una audiencia.

Aquí podemos ver la gran cantidad de variables existentes (sub-sistemas e interfases), y en la medida en que observemos con mayor microscopía y detenimiento, su número aumenta increíblemente. La única forma de analizarlos y así tratar de predecir su comportamiento, es modelizando cada sub-sistema (o sea, acotar el funcionamiento, acotar las variables, desarrollar equivalencias eléctricas o electrónicas, relevar un circuito asociado, analizarlo y obtener así las transferencias). Este es el gran secreto de la electrónica, la modelización de los procesos.

Para todo esto es de gran ayuda la (famosa y nunca bien ponderada) Ley de Ohm. La misma dice que la corriente (I) es directamente proporcional a la tensión (V) e inversamente proporcional a la resistencia (R).

Las unidades correspondientes son el Ampere, el Volt y el Ohm. Esta ley es de aplicación universal y directa en los circuitos eléctricos y electrónicos, y mediante equivalencias apropiadas puede ser aplicada a circuitos acústicos, mecánicos, etc.

La consecuencia directa y más simple es el análisis de circuitos resistivos puros, en sus configuraciones circuitales serie, paralelo y mixto (esta es la única manera de entender, por ejemplo, por qué "dos parlantes de 8 ohms en paralelo equivalen a uno de 4 ohms", en lo que a resistencia en continua se refiere).

Hasta ahora nos hemos referido a Audio y electrónica debido a que mediante los transductores electroacústicos la energía Acústica emanada de una fuente (entendida esta como la energía contenida en la variación adiabática de un parámetro físico llamado presión atmosférica relativa) será convertida en una señal eléctrica, dominio en el cual es factible de ser aplicada la ley de ohm.

Ustedes decidirán hasta dónde llegar y con qué grado de asimilación de conceptos. Esperamos que les sea de gran utilidad

Cuidado!, el conocimiento de esta disciplina no implica éxito económico en su aplicación; ese es otro campo muy alejado de la ciencia y más cercano a la psicología humana y a los intereses personales de los integrantes de la sociedad.

 El sonido, por sí solo, es una entidad física reconocible por nuestro sentido de la audición, analizable dentro de nuestra fisiología y psicología mediante la Psicoacústica y fuera de ellas por la Física; pero en realidad lo que pretendemos interpretar objetivamente para poder luego predecir resultados, es el sistema físico donde está involucrado el sonido (esto significa que todavía los resultados de los procesos son, en cierto grado, inciertos psicoacústicamente hablando, debido a que son subjetivos).

Un sistema es un dispositivo capaz de procesar información. Esto involucra directamente el concepto de conversión de la energía y su respectiva eficiencia de conversión:

...donde Ein es la energía entrante o disponible y Eout es la energía saliente o aprovechable.

Nunca serán iguales magnitudes, por lo que todo sistema posee pérdidas, las cuales terminan siendo la conversión de la energía de entrada en energía térmica (calor) -una meta es tratar de convertir en energía útil la mayor cantidad de energía disponible, minimizando las pérdidas, proceso que en el caso de los parlantes reduce la calidad de su transducción-.

Los sistemas desempeñan su labor en distintos dominios, y en lo que respecta al sistema sonoro los mismos son el físico (energías potencial, cinética, térmica y acústica, intensidad de campo magnético, etc.) y el eléctrico (energía eléctrica).

La gran "cadena del sonido" es entonces la concatenación de sistemas físicos, electrónicos y electromecánicos (transductores, necesarios para la conversión de dominios de las energías). 

Dentro del sistema de Audio (aquella porción del sistema que funciona total o parcialmente dentro del dominio eléctrico), podemos dar algunas afirmaciones sobre las señales y los sistemas en materia de ingeniería de sonido:

Todos los sistemas electrónicos introducen ruido blanco (también llamado ruido térmico) debido a no trabajar los mismos a 0°K (cero grado Kelvin = -273°C). Esto es producto de la energía cinética que adquieren las partículas debido a la temperatura (y al valor de resistencia asociado), lo que las hace chocar entre sí y generar de esta forma, este tipo de señal. También introducen otros tipos de ruidos.

Todos los sistemas activos introducen distorsión (todo aquel agregado a la señal de entrada, que no sea el ruido de fondo ni el procesamiento esperado del dispositivo), o sea no son lineales. 

Algunos componentes pasivos (inductores con núcleo ferromagnético -no ferrite- ,  capacitores, contactos oxidados, etc.), introducen distorsión pero sólo bajo ciertas condiciones (en general extremas). Existen varios tipos de distorsión:  THD, IMD, TIM, etc.

Todo sistema electrónico controla su distorsión mediante la realimentación negativa, control que merma según se incrementa la frecuencia de la señal de entrada.

Toda frecuencia de corte (fc) de un filtro analógico o digital del tipo IIR (Infinite Impulse Response) genera un desfasaje (alteración de la fase original) en la señal alrededor de la misma (de la fc), por lo que se puede afirmar que introducen "distorsión de fase".

Todos los sistemas son un filtro pasa bajos, y según un colega a quien respeto muchísimo, "de segundo orden". Las señales involucradas en el Audio son de tipo estocásticas (aleatorias), pudiéndose las mismas representar en el dominio de las frecuencias (visualizándose así su espectro) gracias a la Transformada de Fourier (análisis matemático).

La sola inspección del espectro (en frecuencias) de una señal de salida de un sistema, poco dice sobre el mismo, tan poco que es insuficiente su análisis para mediciones profesionales íntegras (caracterización de dispositivos).

Las señales denominadas técnicamente como ruido son por definición aleatorias, pero con un valor determinístico, el de su energía en función de las frecuencias. Este es el caso del ruido blanco, el cual es de energía constante para cada ciclo (o frecuencia) dentro de todo el rango espectral (20Hz a 20KHz) y el ruido rosa, cuya energía evidencia una pendiente de 3dB por octava en función de las frecuencias, por lo tanto contiene igual energía para cada octava (o partes de ella).

Indudablemente existe la interconexión de sistemas (en serie y en paralelo) y la misma se realiza a través de cables, siendo estos, nuevas fuente de ruido y receptores de interferencias. El ruido en este caso no será blanco o Gaussiano, sino relativo a la red de canalización de energía (220VCA) y sus armónicas (demás está decir que la señal de 220VCA está muy lejos de ser una senoide perfecta y que los conductores no poseen impedancia nula).

El objetivo principal de las interfases entre sistemas es el de entregar máxima tensión desde la salida hacia la entrada, por lo que el Teorema de máxima transferencia de potencia no es aplicable en este caso. Esto explica el concepto de adaptación de impedancias para la entrega del 90% (como mínimo) de la señal hacia la etapa próxima, o sea, baja impedancia de salida (100W a 1KW ) y mediana impedancia de entrada (10KW a 100KW ).

Por lo tanto tendremos un sistema cuyo ruido nunca será menor que aquel ruido introducido por su componente más ruidoso (ídem para el concepto de distorsión), y una vez que la señal quedó contaminada con ruido (o distorsión), es esencialmente imposible remover el mismo sin alterar la señal original.

Los términos utilizados en el precedente texto pertenecen al estudio formal de esta disciplina. Es imposible explicar cada uno porque nos tomaría años, pero por lo menos son una guía muy simplificada para aquel que pretenda profundizar en el tema.

Ing. Alejandro Bidondo

www.ingenieriadesonido.com