Gabriel Ramos Llordén
Ingeniería de Ondas I
15 de Septiembre de 2009



1.Introducción: Naturaleza del Sonido y Percepción del
Oyente
2.Grabación Digital
1.Antecedentes a la Grabación Digital
2.Grabación Óptica
3.Grabación Magnética
3.Procesado del Audio Digital
1.Elementos básico. Amplificador
2.Ejemplo de Regulador de Volumen
3.Técnicas en Tiempo
4.Técnicas en Amplitud
5.Técnicas en Frecuencia
 Explicación
del Sonido desde el punto de
vista matemático.
Se parte de dos ecuaciones básicas de la
mecánica de Fluidos.
Ecuación de
conservación de la masa
de un fluido
Ecuación de Euler del
movimiento de un Fluido
Variables implicadas:
•Presión (p)
•Densidad(rho)
•Velocidad del Fluido (v)
 Suposición
de la propagación de sonido como
proceso adiabático, entonces:
Cp: Calor específico a Presión
Constante
Cv: Calor específico a Volumen
Constante
 Presión
Total = Presión Ambiente más
variaciones debidas al Sonido (Muy Pequeñas)
 Desarrollo de Taylor de P en función de la
densidad (Buena aproximación considerar
términos de primer orden).
Se llega a :
Notación:
P’= Incremento de presión, rho’=incremento de densidad
C al cuadrado = derivada parcial de la presión respecto a la densidad,
evaluada en la densidad ambiente.
 Caso
medio homogéneo y quiescente (Muy
habitual)
Las ecuaciones de Euler y conservación se
simplifican muy notablemente. Tras unas
operaciones sencillas se llega a que :
 Aparece
la Ecuación de Ondas en la propagación
del sonido.
 Paralelismo con fenómenos electromagnéticos,
también cumplen dicha ecuación.
 La presión en un punto espacial (Xo,Yo,Zo), es
una función variable con el tiempo. Es una señal.
 ¿Se puede modificar la presión y guardar la
información que proporciona para recrear
sonido? En principio no.
 Idea: Una onda de presión puede generar una
onda electromágnetica. Se puede almacenar una
onda electromágnetica y posteriormente
generarla. Dicha onda puede crear la onda de
presión  Sonido.
 En
general:
Onda de presión(sonido)
Magnitud
“almacenable”
Conversión a
otra fuente
física
Conversión a
Variaciones de
Presión
No se trata de un sistema invertible, pero se consiguen
resultados perfectamente válidos en la realidad
Posibilidad de modificar la Magnitud “almacenable”
además de “guardarla” Infinitas Posibilidades con el
sonido final
Sonido
 Reflexión
del Sonido: Aparece una onda
reflejada
 Varias posibilidades:
 Al llegar la onda rebotada, todavía está
presenta la onda inicial. No se ha superado el
tiempo de persistencia acústica. (50ms). 
Sensación de sonido continuado
(Reverberación)
Se supera este tiempo, no coexisten en el
tiempo las dos ondas  Eco. Sensación de
dos sonidos diferentes.
 Explicación
de porque esa distinción
 Efecto Haas
Ejemplo de Reverberación
 Necesidad
de definir medidas para calificar un
Sonido.
 1er Intento: Nivel de Presión Sonora
20log(P/Pref)
Donde por log, se denota el logaritmo en base
decimal, P corresponde a las variaciones de
presión (p’) y Pref al umbral de audición
(20microPascales)
Problema:
Dos sonidos con mismo nivel de presión
sonora pueden no sonar igual, uno lo hace con
más fuerza que otro
 2º
Intento: Sonoridad (Fones)
No existe formula, se utilizan las curvas
isofónicas de Fletcher y Mudson o mejor aún
las de Robinson y Dadson.
Los pares de puntos (NPS, frecuencia) que
están sobre la misma curva  Igual
Sonoridad
 Dos
métodos muy usados por encima del resto:
Grabación electromecánica, Grabación
electromagnética.
 Fuente física que generaba la presión en cada
caso :
Grabación electromecánica Movimiento de una
aguja. Se crean deformaciones en un material en
función de la presión.
Grabación electromagnética Se genera una onda
electromagnética mediante un micrófono, dicha
onda polariza las partículas de un material.
 Grabación
electromecánica:
 3 dispositivos en orden cronológico:
1.Fonoautógrafo (Primera grabación de la
historia . Canción Popular Francesa
2.Fonógrafo (Capaz de Reproducir)
3.Gramófono





Método bastante mejor que el anterior
Utilizado hasta no hace muchos años.
(Casettes)
Necesario un proceso de conversión a corriente
o voltaje. (Micrófono)
Un electroimán genera el campo magnético que
polariza el material que se va desplazando 
Cada punto del material magnetizado de una
forma.
El material se tiene que desplazar lo
suficientemente rápido para no “pisar
información”
Buena respuesta en Frecuencia
 Método
de Grabación ampliamente usado
 Necesidad de discretizar la señal y de
codificarla
Elegir adecuadamente Frecuencia de
Muestreo Estándar Cd-Audio 44Khz
 Reproducción sin pérdida de calidad
 Aspectos Relacionados con la codificación:
1.Muestras codificadas con 16 bits(PCM)
2.Código de Errores: Reed Solomon
 Proceso
físico de Grabación.
1.Creación de hendiduras (pits) o
valles(lands) con el haz de un láser
2. Un bit NO representa un pit o un land
Bit 1Acción contraria a la anterior
Bit 0Acción igual a la anterior
Problema: Se fuerza demasiado al láser al
cambiar de estado  Modulación (EFM)
Grupos de 8 bits, después de cada bit 1 se
intercalan dos 0s  Grupos de 14 bits.
-Dimensiones pits y lands
-Pistas separadas 1.6micrómetros
 Proceso
de Detección
1.El láser emite sobre el CD
2. Incidencia sobre un pit 
Luz dispersada (780nm)
Incidencia sobre un valle 
Fotodetector activado
 Para
determinar que bit se
registro  Necesario mirar
estado anterior y el actual
 Combina
el efecto del láser con el magnetismo
 Soporte Digital sin éxito ( MiniDisc Sony 1992)
 Proceso de Grabación:
1.Necesario que el material posea
características especiales (Recubrimiento de
Cambio de Fase)
2.Con el láser se calienta la zona a grabar
hasta llevarla a la temperatura de Curie (180
ºC)  El estado de cristalización se torna
modificable
Un campo magnético reorienta los dominios en
función de bit 1 o bit 0.
Al salir dicha zona del área de incidencia del
láser, esta se enfría Estado de cristalización
Permanente
 Proceso de detección :
1. Láser de menor potencia incide sobre la
superficie.
2. Onda reflejada varía su polarización en
función del bit a registrar
 Necesidad
de amplificar la señal: Grabación y
Tratamiento
 Amplificador con Realimentación (FeedBack)
¿Por qué?
1. Amplia el Ancho de Banda (1+bA)Bw
2. Reduce distorsión y ruido
3. Modificación Favorable de Impedancias:
Salida dividida por 1+bA, entrada
multiplicada por 1+bA
 Por
contra, la ganancia se reduce en un factor
(1+bA)
 En algunos casos, Aproximación del A.Ideal
- Ancho de banda infinito
- Ganancia fijada por el circuito externo
En el procesado de audio, el ancho de banda
es importante, aproximación no siempre
adecuada.
 Ejemplo
de Amplificador : uA741
Algunas características:
1. Ganancia (A) = 317544
2. Primer polo (Amplificador de 1 polo) a
frecuencia 3.16 Hz.  Con FeedBack se
convierte en 502 KHz
3.Resistencia de entrada de 2.6 Mohm 
Con FeedBack se convierte en
4.Configuración Push-Pull en Etapa Final
 Uso
de un resistor variable antes de un preamplificador
RL simboliza el circuito
de reproducción
(Auriculares)
Patilla 3 del amp
TBA820 entrada a
amplificar
Resistor Variable Lineal
 Resistor
Lineal La resistencia se reparten de
forma lineal con el movimiento del resistor
(R)
V3=( R || 10 Kohm )*Vin/(100-R +
… R||10Kohm)
Si no se coloca la
resistencia de 10KOhm
V3=R*Vin/100
¿Diferencia?
1er caso, regulador más
preciso
Derivada de V3/Vin sin 10Kohm
R
Derivada de V3/Vin con 10Kohm
para R medianos  muy baja
Un pequeño aumento de R
pequeño aumento de volumen
De forma inversa:
Para aumentar un poco el
volumen  Aumentar bastante R
(Rango de R bastante amplio)
Para R grande (Sonido Fuerte) derivada muy grande  Para aumentar
un poco el volumen Aumentar muy poco R
 Aplicadas
principalmente con un DSP.
 Tienen repercusión en el dominio de la
Frecuencia
 Delay, Chorus y Flanger. Chorus y Flanger
más complejas pero basadas en el Delay.
 Se basan en los fenómenos de Reverberación
y Eco. Importancia del Efecto Haas.
 Delay
1.Se retrasa la señal un número determinado
de muestras y se suma con la original.
2.El retraso en muestras debe equivaler a un
retardo en tiempo menor de 50ms.
3.Multiples implementaciones :
Multi-tap: A la señal se le aplica diferentes
retardos por cada línea para finalmente
sumarse
Multi-Tap aplicado a una
frase
Multi-Tap aplicado a un
instrumento
Delay Ping Pong :
 Chorus
1.Trata de recrear un Coro musical.
2. Para simular la imperfección humana 
Delay Variable (<30ms) : A la misma señal
unas veces se le retrasan m muestras otras
veces n, de forma aleatoria.
3. Normalmente Delay Fijo=20ms y Delay
Variable comprendido entre 0 y 10ms
4.Delay Variable controlado por un oscilador a
baja frecuencia (LFO) que varía entre -1 y 1.
Delay Variable = (Limite/2)(1+V(t))
Limite=20ms
5.Varias formas de onda para el delay:
Similares implementaciones al Delay.
Ejemplo de Implementación con realimentación
Se trata de un filtro IIR
 Importante asegurar la
estabilidad : Control con el
parámetro DEPTH
 Flanger
1.Delays variable (<10ms) aplicados a las
muestras , similar al Chorus
2.Importante implicación en el dominio de la
Frecuencia
3.La señal se suma a una versión retrasada de
forma aleatoria (Cada vez un número de
muestras)
4. Para un delay concreto, se atenúan ciertas
componentes frecuenciales.
Comb Filter
Frecuencias anuladas: Notches
K:Delay Variable, En un
determinado tiempo es constante
Alfa: Parámetro Depth
Módulo del Filtro:
Se anula si
i. wK es múltiplo impar de pi
ii. alfa es 1
Efecto Flanger
 Efecto
de Trémolo
1.Multiplicación de la señal por una onda
periódica Modulación AM
Señales sincronizadas.
Señal de audio:
Tempo=120bpm Ritmo=4x4
Compases/min= 120/4=30
Duración compás=2s
4 periodos en un compás 
T=0.5s  f=2Hz
En general:
Dos implementaciones del efecto de Trémolo.
Izquierda:Trémolo Simple
Derecha :Trémolo Doble
Efecto sonoro de Trémolo
 Compresores
de Audio
1.Respuesta normal de un compresor
-Sostener notas en el tiempo
-Dar más presencia a cierto
instrumento
-No confundir con regulador
de Volumen
2 .Limitadores
-Evitar que los sonidos se escuchen con
demasiada potencia
 Puertas
de Ruido (Noise Gates)
Objetivo:
Filtrar sonidos de muy baja
amplitud ,ruido red eléctrica,
ruido amplificador,…
Respuesta no instantánea:
-Attack Time
-Hold Time
-Release Time
Puertas de Ruido con Histéresis
 Sistema con Memoria.
Aparecen dos
umbrales de tensión
 Phaser
1.La señal pasa a través de un filtro paso todo
que varía en el tiempo
Filtro paso todo Módulo unitario pero
argumento variable con w
2.Efecto similar al Flanger. Escuchar
3.Implementación del Filtro paso Todo
 Ecualizadores
de Audio
1. Bandas del espectro de Audio
Bandas del Espectro de Audio
-SubGraves ( f<25Hz)
i. Señal de Continua (DC OFFSET)
ii. Nota musical más baja 27.5Hz
iii. Dificultad de Reproductores de Audio
-Graves (25Hz<f<125Hz)
i. Instrumentos de percusión
-Medios Graves (125Hz<f<400Hz)
i. Mayoría de instrumentos y reverberación
ii.Voz Humana
iii.Calidad Final
iv.Ecualizadores tipo Campana y Flanger
-Medios(400Hz<f<2KHz)
i. Formación de las vocales
-MediosAgudos(2KHz<f<8KHz)
i. Mayor sonoridad
ii. Inteligibilidad de la palabra. Consonantes 2.5 y 5 khz
-Agudos(8KHz<f<12KHz)
i. Sibilancia de las voces
-Agudos Superiores(12KHz<f)
i. Armónicos de Instrumentos
ii.Efecto de Compresores de Audio
iii.Dificultades de reproducción por encima de 18Khz
iv.Ecualizadores tipo Campana y Flanger
2. Tipos de Ecualizadores de Audio
Filtros muy selectivos  Q muy grande
Atenuar o enfatizar una frecuencia concreta lo
mejor posible
Filtro Shelving de Agudos
Ecualizadores Paramétricos:
Permiten variar Q, la frecuencia central, y la
ganancia
Filtros de Campana(Bell)
Descargar

TRATAMIENTO DEL AUDIO DIGITAL: GRABACIÓN Y PROCESADO