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Sistemas de medicionSistemas de medicion

Oscar Dominguez Sonido Profesional. Diseño, instalacion y optimizacion de sistemas de sonido

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Sistemas de medición. Sea lo que sea que se haga, los sistemas de medición son parte inevitable entre las herramientas en el mundo técnico, desde el metro, pasando por el voltímetro, el transportador, termómetro, velocímetro o el que se les ocurra… los sistemas de medición son inevitables para uno u otro rubro, siempre están. En el campo del sonido es muy popular, por ejemplo, el sonómetro, con el medimos diferencias de presión sonora dada una escala logarítmica y un valor de referencia, podemos hacer lecturas de mayor o menor precisión según la escala sea rápida o lenta, o podríamos discutir si se debe medir en una u otra ponderación A-C. Pero no habría mucho más que discutir, este es un instrumento popular, relativamente económico dependiendo de la marca y de un uso podemos decir fácil. Dudo que alguien se complique para leer los valores de dB SPL que entrega un sonómetro. En otro campo de las mediciones sonoras, años atrás éramos capaces de entregar un riñón por un buen analizador de tiempo real RTA o también llamado analizador de espectro. Este aparato fantástico nos mostraba la respuesta en frecuencia de un sistema bajo análisis. Para esto, la información que era capturada acústicamente con un micrófono, era descompuesta en todas las frecuencias que la constituían, o casi todas y cada una de éstas era representada para ver su valor de amplitud relativo. Los RTA de mayor precisión y costo, podían descomponer una señal compleja en una definición de 1/3 de octava y estaban esos que eran de ciencia ficción que eran capaces de una resolución de 1/24 octavas, es decir, 240 frecuencias diferentes. En definitiva y mas allá de la calidad y costo, los RTA nos entregaban una gráfica de respuesta de frecuencia contra amplitud.

Dos ejemplos de RTA o análisis de espectro

El problema que surge de este tipo de analizadores, es que ellos no pueden medir diferencias de tiempo entre una y otra frecuencia o entre diferentes fuentes. El desarrollo de computación nos permite hoy acceder a un sistema de medición mucho más sofisticado, preciso y útil.

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Función de transferencia. Esta consiste en la comparación de dos señales. Estas señales, de aquí en más, serán la señal de referencia y la señal de medición. La función de transferencia es posible gracias a la descomposición de la señal en cada una de las partes que la componen. Este proceso matemático sería sumamente tedioso y largo, pero gracias a la informática moderna, la Transformada Rápida de Fourier es una realidad diaria. La FFT, según su sigla en inglés, fue desarrollada por el matemático francés Jean Bautista Fourier a finales del siglo XVIII. Este señor descubrió y demostró matemáticamente que cualquier señal compleja podía descomponerse en una serie de ondas senoidales, individuales. Claro esta, que este francés que trabajo a las órdenes de Napoleón, jamás se imaginó para lo que sería usada su compleja ecuación matemática. Gracias a la FFT, se logra descomponer una onda sonora en una serie de ondas puras, podemos entonces saber su amplitud y su relación de fase (tiempo) Como ya se ah dicho la función de transferencia se logra de la comparación de dos señales, Referencia y Medición, para tal comparación cualquier software de medición que realiza la función de transferencia necesita dos canales, estos pueden ser los canales estereo de entrada de cualquier placa de sonido, esta se conecta vía USB a la computadora es decir en definitiva al software que realizara la función de transferencia.

Input 0 y 1 son las entradas, en este caso Input 0 es medición y Input 1 es referencia.

Como se puede ver la señal de referencia es tomada directamente desde la fuente generadora de esa señal, es decir no sufre alteración alguna, en cambio la señal de medición corresponde a la señal de salida a un aparato o sistema bajo prueba. Una ves que estas dos señales ingresan en el software de medición este se encargara de hacer la comparación y nos entrega una grafica en el dominio de la frecuencia, contra la amplitud.

Típica imagen de Smaart Live, uno de los soft mas populares


Existen gran cantidad de programas capaces de realizar la Función de transferencia. Quizás el más popular sea Smaart Live, pero no menos importante son SATlive, Easera Systune o el viejo y querido SpectraPLUS. Todos estos programas basan su funcionamiento en la FFT. Seguramente el más grande de todos los sistemas de medición sea el desarrollado por Meyer Sound: el SIM, en este caso no solo estamos hablando de un software, pues el SIM en si mismo es una parte de hardware. Mas allá de la eficiencia o costos, repito, todos basan su funcionamiento en la FFT, la Transformada Rápida de Fourier.

Imágenes de SIM 3 de Meyer Sound (El equipo y una muestra de medición)

Interfase de Easera Sys Tune

Imagen de la última versión de Smaart (Smaart 7)


Volviendo sobre la cuestión de la medición, ya estamos en condiciones de ver cómo es esto de medir y cuál es la gran ventaja de los sistemas que utilizan FFT contra los viejos RTA. La FFT nos permite calcular tiempos de arribos de diferentes señales o fuentes a nuestro elemento captador de esa información, en el campo acústico, éste será un micrófono, además de ver gráficas de frecuencia contra amplitud, ahora podemos acceder a gráficas de frecuencia contra tiempo traducidas a grados. Quiere decir esto que podríamos tranquilamente medir una fuente A, calcular el tiempo que esa señal de medición tarda en llegar al micro, grabar una muestra de la gráfica y luego, sin variar el tiempo de demora (Delay), podemos medir la fuente B y de esta forma podemos obtener una respuesta de fase del sistema en su conjunto. Intentemos un ejemplo: Una medición muy simple, pero muy útil. Medimos una única caja acústica de dos vías full range. La primer medición se realizó en el eje de la misma y esta es la gráfica:

En la parte inferior se puede ver algo que no nos es ajeno: una típica respuesta de frecuencia contra amplitud. En la parte superior aparece la gran ventaja de la FFT: en el eje horizontal seguimos teniendo frecuencia, pero en el eje vertical ahora tenemos grados, 180 positivos y 180 negativos, es decir los 360 grados que necesita una señal para desarrollarse. Como sabemos, no todas las frecuencias van a llegar al punto de medición (micrófono) al mismo tiempo, esto quiere decir que existirán corrimientos en la relación de fase entre las señales que forman parte de la medición.


Pero ahora veamos qué sucede si colocamos el micrófono de medición a 90 grados de la caja en cuestión:

En la parte inferior de la imagen, se ve claramente cómo las frecuencias más altas caen. No es muy complicado de entender este fenómeno, las frecuencias más altas son las más direccionales y, en este caso, estamos midiendo en el costado de la caja. Por esta misma razón podemos ver en la parte superior que la relación de fase ha cambiado, vale aclarar que el tiempo de delay que se localizó para la medición en el eje no ha sido modificado. Veamos la comparación de las dos mediciones:

Lo dicho, a medida que aumenta la frecuencia fuera del eje de la caja, también aumenta la caída de amplitud. Pero, que pasa con el tiempo? Como se ve en alta frecuencia, donde las longitudes de onda son más cortas, la irregularidad del gráfico de fase entre una y otra medición es realmente notable.


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