Análisis de Espectros Sonoros PDF

**[1.1 ¿QUÉ ES EL SONIDO?]** Onda es una perturbación en una magnitud física medible. Variaciones en la presión atmosférica son el sonido. Cambios muy pequeños de presión son ondas sonoras. En el espacio exterior no hay atmosfera que pueda transportar sonido alguno. El sonido se transmite en forma...

**[1.1 ¿QUÉ ES EL SONIDO?]** Onda es una perturbación en una magnitud física medible. Variaciones en la presión atmosférica son el sonido. Cambios muy pequeños de presión son ondas sonoras. En el espacio exterior no hay atmosfera que pueda transportar sonido alguno. El sonido se transmite en forma de onda de presión porque existe una atmosfera que sirve de vehículo. Por lo tanto, [sonido es la sensación auditiva provocada por la vibración mecánica de algún material (sólido,líquido o gaseoso) a través de la atmósfera que sirve como medio de transmisión. Sin medio y sin vibración no existiría el sonido.] **1.1.1 ONDAS LONGITUDNALES, TRANSVERSALES Y ESFÉRICAS** [La vibración sonora] se produce de manera **longitudinal**, las ondas electromagnéticas vibran en dirección perpendicular a la dirección de propagación, de manera **transversal**. Las ondas esféricas se propagan en todas las direcciones en cuyo centro se encuentra la fuente. [Se consideran esféricas cuando el sonido se propaga sin obstáculos.] **1.2 VARIABLES FISICAS Y FISIOLOGICAS** El sonido es una vibración mecánica que, desde el punto de visto fisiológico, el sonido es la sensación auditiva que provocan las ondas sonoras. El sonido tiene unas magnitudes características. **1.2.1 PRESION SONORA** La energía que transporta una onda caracterizada por su presión sonora puede medirse en pascales. en la presión sonora el umbral de audición está en los 20 µP y el del dolor en 20 Pa. **EL DECIBELIO** Medida de comparación [no lineal], logarítmica. El valor en pascales se duplica al incrementar la presión al doble. El oído humano no funciona de manera lineal. \ [\$\$P\\left( \\text{dB} \\right) = 20log\\frac{P}{20µPa}\$\$]{.math.display}\ **1.2.2 AMPLITUD DE ONDA** Define la variación máxima con respecto el punto medio o de equilibrio. Variación máxima de la presión sonora respecto al silencio. **1.2.3 LONGITUD DE ONDA** Espacio que ha recorrido la onda desde que empieza un ciclo hasta que comienza el siguiente, en metros. **1.2.4 PERIODO** Tiempo que tarda una onda en concluir cada uno de los ciclos que realiza, en segundos. **1.2.5 FRECUENCIA** Numero de oscilaciones por segundo, es necesario saber la velocidad de propagación, se mide en Hz. f=1/T ó c/ƛ El sonido se transmite más rápido en medios rígidos (metales) y a mayor temperatura ƛ **1.2.6 FASE** La diferencia entre el punto de inicio de un ciclo de la onda sonora con respecto a otra o a una referencia concreta. **[1.3 CARACTERIZACIÓN DEL SONIDO]** **1.3.1 EL OIDO HUMANO** El oído permite interpretar las vibraciones producidas en el aire como ondas sonoras **ANALISIS TEMPORAL Y FRECUENCIAL** El oído humano distingue por su amplitud o duración, pero sobre todo por el espectro de frecuencias. Un tono puro se percibe en el oído humano como un pitido de una frecuencia concreta. Otros sonidos mas complejos como un instrumento musical, la voz humana están compuestos por múltiples frecuencias. **CURVAS ISOFÓNICAS** El margen de frecuencias audibles va desde 20 hasta 20.000 Hz. El oído es sensible en el rango de 2000-5000 Hz. En los niveles bajos la sensibilidad en sonidos graves (baja frecuencia) es menor que niveles más elevados. Las unidades de medida adaptadas del oído humano son el fono y el sono. Representan la sonoridad, es decir, la percepción sonora. Los sonidos de poca presión (poca amplitud) producen una disminución de la sensibilidad a sonidos graves. **LOCALIZACION DE FUENTES** La separación de los oídos hace que las ondas no lleguen con la misma fase, nivel, ni espectro frecuencial. La cabeza y las orejas actúan como filtro de altas frecuencias. Para frecuencias graves prima la fase. **1.3.2 EQUIPOS DE MEDIDA** Si se trata de analizar la onda sonora en función del tiempo se utiliza el sonómetro. Para la representación frecuencial se usa el analizador de espectros o espectrómetro. **EL SONÓMETRO** Indica el nivel de presión sonora en decibelios. Existen dos clases: - Clase 1: máxima precisión, uso en laboratorio. - Clase 2: menor precisión, uso en mediciones de campo. **ANALIZADOR DE ESPECTROS** Mucho mas sofisticado que permite realizar análisis completo de la señal. -Bandas de octava \ [*fs* = 2*fi*]{.math.display}\ -Tercios de octava \ [\$\$fs = 2\^{\\frac{1}{3}}\\text{fi}\$\$]{.math.display}\ El rango de frecuencias audibles puede dividirse en 10 bandas de octava **1.3.3 MEDIDAS SONORAS** Evaluación de la amplitud a través de dos magnitudes: la **potencia sonora** y la **intensidad sonora.** **POTENCIA SONORA** Energía sonora(E), emitida por una fuente por unidad de tiempo (t), se mide en watios(W) Altavoces y amplificadores \ [\$\$W = \\frac{E}{t}\$\$]{.math.display}\ Nivel de potencia \ [\$\$L = 10log\\left( \\frac{W}{\\text{Wo}} \\right)\$\$]{.math.display}\ **INTENSIDAD SONORA** Es la potencia que atraviesa una superficie por unidad de tiempo, se mide en watios por metro cuadrado. \ [\$\$I = \\frac{W}{S}\$\$]{.math.display}\ -Nivel de intensidad sonora \ [\$\$Li = 10log\\left( \\frac{I}{\\text{Io}} \\right)\$\$]{.math.display}\ En el caso de la presión sonora el valor de referencia es 20 µPa y se multiplica por 20 \ [\$\$SLp = 20log\\frac{P}{20}\\text{µPa}\$\$]{.math.display}\ **RANGO DINAMICO** Diferencia de niveles o energía entre el sonido mas suave y el más alto. **RELACION SEÑAL-RUIDO** La diferencia entre el nivel de una señal de sonido y el nivel de ruido de fondo. La **monofonía** o sonido monofónico o monoaural es grabado y reproducido por un solo canal de audio. La **estereofonía** utiliza dos canales. Capacidad para localiza una fuente sonora. **DECIBELIOS DIGITALES** En los equipos digitales el nivel sonoro es de 0 dB como límite máximo de saturación. **[1.4 PROPAGACIÓN DEL SONIDO]** **1.4.1 REFLEXIÓN** La onda sonora choca y se refleja con el mismo ángulo. **1.4.2 ABSORCIÓN** Parte de la energía es absorbida, "0" es absorción nula y "1" es absorción máxima. **1.4.3 REFRACCIÓN** Al cambiar de medio cambia su dirección de propagación, "0" es transmisión nula y "1" es transmisión máxima. **1.4.4 DIFRACCIÓN** Es la dispersión de una onda al encontrarse con un obstáculo siguiendo un patrón similar a de la fuente sonora. Las longitudes de ondas cortas pertenecen a sonidos agudos y las longitudes de ondas largas a sonidos graves. **[2.-MICRÓFONOS]** =============================== **[2.1 ¿QUÉ ES UN MICRÓFONO?]** Dispositivo que transforma las variaciones de presión sonora en variaciones eléctricas, es un transductor electroacústico. La señal eléctrica de un micrófono es muy débil, sensible a las interferencias y cambios electromagnéticos. Necesita cables de alta calidad y baja interferencia y amplificarse lo antes posible **2.1.1 PARTES DE UN MICROFONO** - **Diafragma o pastilla**: delicado, encargado de captar la onda de presión sonora. De membrana plástica o metálica. Transductor acústico-mecánico (TAM). - **Transductor electroacústico**: convierte el movimiento del diafragma en una señal eléctrica. Transductor mecánico-eléctrico (TEM). - **Otros elementos**: elementos de protección. La conexión estándar profesional es **XLR**-3 (cannon) **[2.2 CARACTERISTICAS DE LOS MICROFONOS]** **2.2.1 SENSIBILIDAD** Es el nivel de tensión de salida para un nivel sonoro de 1 Pa en una frecuencia concreta (1 kHz) \ [\$\$S\\left( \\text{dB} \\right) = 20log\\frac{S}{\\text{So}}\$\$]{.math.display}\ Los micrófonos tienen niveles de salida del orden de milivoltios, por lo que el calculo de la sensibilidad en decibelios será siempre con valores negativos. **2.2.2 RESPUESTA EN FRECUENCIA** La sensibilidad no es igual a todas las frecuencias, un mismo nivel de presión sonora con una frecuencia diferente provoca una tensión de salida variable. La respuesta en frecuencia del micrófono fluctúa ±3. El micrófono ideal tiene una respuesta en frecuencia totalmente plana. **2.2.3 DIRECTIVIDAD** Varía con la frecuencia y con la dirección de procedencia. Puede representarse en un diagrama polar. Suelen ser: cardioides, hipercardioides, supercardioides... Los micrófonos son menos directivos a bajas frecuencias. Los micrófonos direccionales sufren un realce de graves cuando la fuente sonora se sitúa muy cerca, **efecto de proximidad** (mayor nivel de graves). **2.2.4 IMPEDANCIA (Z)** La impedancia de salida es muy inferior a la de entrada al amplificador. Los hay con impedancias muy altas que producen elevadas perdidas en los cables de transmisión y no pueden utilizarse en distancias superiores a 10 m. Se prefieren de baja impedancia con cables de hasta 100 m. - **Adaptación de impedancia en potencia**: impedancia de salida igual a la impedancia de entrada. Máxima transferencia de potencia y se evitan rebotes. - **Adaptación de impedancia en voltaje**: la impedancia de salida es muy inferior a la de entrada. Máxima transferencia de tensión. **2.2.5 NIVEL SPL MAXIMO** Nivel de presión sonora máximo que puede soportar el micrófono sin producir una distorsión armónica superior al 3%, aceptable 120 dB. **2.2.6 NIVEL DE RUIDO** Ruido térmico es del propio micrófono. Por debajo de 20 dB son buenos. **2.2.7 RANGO DINAMICO (SNR)** Relación señal-ruido (SNR), diferencia entre el nivel SPL máximo y el nivel de ruido de un micrófono. Es deseable que su nivel sea alto, 140 dB es un buen valor. **2.2.8 DISTORSIÓN (THD)** Son armónicos múltiplos de la frecuencia principal con mucha menos energía. Se mide en %. Una distorsión aceptable esta en torno al 0,5%, por encima del 1% no son tolerables. **2.2.9 ALIMENTACIÓN** La mayoría de micrófonos funcionan sin batería. Otros casos requieren una corriente de polarización proporcionada por una pila o alimentación externa (fantasma o phantom). Las pilas tienen una tensión de 1,5 y 3 V y la alimentación phantom entre 9 y 48 V. **[2.3 TIPOS DE MICRÓFONO]** Clasificación según la conversión mecánico-eléctrica. **2.3.1 MICROFONO DINAMICO** Principio de inducción electromagnética, membrana unida a una bobina que flota sobre un imán. No tiene alimentación externa. Baja impedancia y diagrama polar cardioide. Bajo precio. **2.3.2 MICROFONO DE CINTA** Inducción electromagnética, una lámina de aluminio se sitúa entre los polos de un imán. Baja impedancia y se necesita un transformador de adaptación. Precio elevado. La sensibilidad es menor que en los dinámicos y su respuesta en frecuencia tiene a ser plana. Tiene un patrón bidireccional. La alimentación phantom no daña a los micrófonos dinámicos, pero si a los de cinta. **2.3.3 MICROFONO DE CONDENSADOR** Variabilidad en la capacitancia de un condensador. Una de las placas es fija y la otra está suspendida. Varía la tensión en una resistencia. Alimentación phantom que sirve de polarización a las placas de condensador y el preamplificador. Usar el preamplificador da una salida de baja impedancia y la posibilidad de distorsión por saturación. El patrón polar es omnidireccional, bidireccional o unidireccional de tipo cardioide. Tiene una respuesta en frecuencia muy plana. Son muy frágiles y se estropean al ser golpeados con facilidad. **2.3.4 MICROFONO ELECTRET** Versión de bajo coste de micrófonos de condensador, sustituyen la placa fija por un polímero como el fluorocarbono, ya polarizado eléctricamente. Requieren alimentación par el preamplificador. La respuesta en frecuencia es pobre en graves, tiene menor sensibilidad y mayor nivel de ruido. El patrón polar es omnidireccional o unidireccional. **2.3.5 MICROFONO PIEZOELECTRICO** Producir tensión eléctrica cuando se ejerce sobre ellos una presión física debido a elementos como el cuarzo. Tienen una elevada impedancia. Su aplicación principal son los teléfonos. Los micrófonos piezoeléctricos se suelen usar en guitarras eléctricas. **2.3.6 MICROFONO DE CARBÓN** Son de baja calidad y se basan en la variación de la resistencia del carbón al provocar presión sobre él. Tienen pésima respuesta en frecuencia y necesitan alimentación. Sensibilidad baja. **[2.4 MICROFONO INALAMBRICO]** Comodidad de movimientos frente a la fiabilidad y la calidad. **2.4.1 CARÁCTERÍSTICAS** Permiten tramitar a través de ondas electromagnéticas de radio mediante una antena hasta un receptor. **2.4.2 APLICACIONES** - **Receptor fijo y emisor portátil:** músicos para moverse. - **Recetor fijo y emisor fijo:** discoteca. - **Receptor portátil y emisor portátil:** reportajes. - **Receptor portátil y emisor fijo:** se denomina monitoreado in-car. Los cantantes para escucharse a sí mismos. **2.4.3 CONSIDERACIONES ESPECIALES** **INTERFERENCIAS** En la misma frecuencia de trabajo o en frecuencias cercanas se pueden provocar interferencias. **REFLEXIONES** Los rebotes son el resultado de la señal directa mas la misma señal reflejada, desfasada y atenuada. Un sistema que minimiza este inconveniente es el receptor diversity con dos antenas separadas físicamente. En sistemas profesionales el diversity se denomina true diversity. Dispone de dos antenas con do circuitos demoduladores. **EFECTO LARSEN** El acoplamiento acústico no suele pasar en los micrófonos inalámbricos, pero si se pueden realimentar de la señal de algún altavoz cercano al micrófono. Se manifiesta como molestos pitidos. La solución mas simple es actuar sobre el control de volumen del micrófono (feedback Destroyer) o ubicando adecuadamente los altavoces y micrófono. **[3.- CONEXIONES Y PROCESADO DE AUDIO]** ===================================================== **[3.1 LINEAS DE TRANSMISIÓN]** Línea de transmisión contemplada como un circuito que incluye: - Un **efecto de inducción** en los conectores de sus extremos. - Un **efecto capacitivo** debido al paralelismo de dos o más cables. - Un **efecto resistivo**. Un cable contará con una determinada impedancia que dependerá de factores como su construcción, sección, material dieléctrico, o la separación entre los conductores. La impedancia de una línea varia con la frecuencia y la longitud del cable. **3.1.1 LINEA PARALELA BIFILAR** Dos hilos separados por un material aislante denominado camisa. Vulnerable a campos eléctricos cercanos. Se utilizan solo cuando la señal a transportar tiene un nivel alto. Es el caso de un amplificador hacia los altavoces, señal de carga. **3.1.2 LINEA APANTALLADA NO BALANCEADA** Nivel e intensidad mucho menor y mas expuestas a perturbaciones. Conductor central recubierto por un material aislante malla conductora y una última capa aislante externa. Conecta la malla exterior a la toma de tierra y esta actúa como una pantalla de protección. **3.1.3 LINEA APANTALLADA BALANCEADA** Prima la calidad y en señales muy susceptibles este tipo de interferencias es preferible optar por configuraciones balanceadas y apantalladas. Este tipo de líneas de transmisión son cables de micrófono de distancias mayores. **[3.2 CONECTORES E INTERFACES]** **3.2.1 CONECTORES E INTERFACES** **RCA O CINCH** Línea apantallada no balanceada, niveles de línea y distancias cortas. Tiene un contacto exterior circular (negativo) y un contacto central tipo pin (positivo). **JACK O TS/TRS** Puede ser no balanceado o tip-sleeve (TS) o balanceado o tip-ring-sleeve (TRS), de tamaño 6,5 mm o 3,5mm a versión minijack. La hay también de 2,5 mm. No son profesionales, solo XLR para ámbito profesional. **XLR O CANNO N** Mayor fiabilidad y robustez. Usado en ámbito profesional. Son de 3 pines. Suelen ser líneas apantalladas balanceadas. - **Pin 1:** tierra (malla exterior) - **Pin 2:** señal (positivo) - **Pin 3:** retorno o señal en contrafase (negativo) No se utiliza XLR para señal de carga para no cometer errores. **3.2.2 ALIMENTACIÓN FANTASMA** Micrófonos y condensador necesitan alimentación externa para polarizar el condensador y alimentar el preamplificador. A través del propio cable, en sentido contrario a la señal. - **Método con resistencias**: dos resistencias de 6800 Ω. - **Método con transformador**: una resistencia de 3400 Ω en el punto medio del transformador. Si se aplica por error la alimentación fantasma a un micrófono dinámico con conexión no balanceada, la tensión positiva aparecería en uno solo de los extremos y el otro a la tierra, provocaría corriente constante. **[3.3 PROCESADORES DE SONIDO]** Son equipos que sin alterar su contenido armónico de intencionada producen efectos de audio que cambian el contenido armónico intencionadamente. Requieren ventilación. **ESPECIFICACIONES DE LOS AMPLIFICADORES** aumentan el nivel de la señal que reciben en tensión y corriente para adecuarlo a la siguiente etapa. especificaciones: - **Ganancia (G)** - **Potencia de salida (P).** Potencia que se aplicaría a los altavoces. - **Respuesta de frecuencia.** Relación entre el nivel de entrada y el de salida. - **Distorsión.** Lo ideal es no añadir componentes que alteren la señal, salvo en amplitud. - **Relación señal-ruido (SNR).** Diferencia en decibelios entre el nivel de la señal de salida y el ruido producido. - **Impedancia (Z).** Impedancia de entrada del amplificador elevada, impedancia de salida baja. - **Diafonía.** Parte de la señal de un canal que se mezcle con otros. Deseable y de valor alto (30 ó 40 dB). **NIVELES DE SEÑAL Y UNIDADADES DE MEDIDA** - **Señal de micrófono**: baja impedancia y pocos voltios. - **Señal de línea**: media impedancia y nivel. - **Señal de carga**: muy baja impedancia. Altos voltajes. - **Señal de instrumento**: voltaje en torno a 1 V. - **Señal de auriculares**: impedancia en torno a 50 Ω. - **Señal de grabación** Unidades de medida: - dBu: unidad logarítmica de medida de tensión. Referencia 0,775 V aplicada a una resistencia de 600 Ω que disipa una potencia de 1 mW - dBV: medida de tensión. 1 V uso doméstico. - V~rms~: valor eficaz de tensión, sinusoide. - dBm: medida de potencia, 1 mW. **3.3.2 ECUALIZADORES Y FILTROS** Modificación de la respuesta en frecuencia original. Las aplicaciones más características son: - Ecualización de recintos - Refuerzo sonoro - Corrección de defectos derivados de la toma de sonido. **FILTROS** Discriminan frecuencias y permiten el paso de un cierto margen. Bloquean frecuencias fuera de ese margen. - **Paso bajo (LPF)** - **Paso alto (HPF)** - **Paso banda (BPF)** - **Banda eliminada (BSF**). Cuando las frecuencias son muy próximas se le denomina filtro ranura o notch. Parámetros de un filtro: - **Frecuencia central (f)** - **Ancho de banda (BW)** - **Numero de orden.** Pendiente de caída del filtro (octava/6). - **Factor de calidad o factor Q.** Frecuencia central del filtro entre el ancho de banda. **ECUALIZADORES** Aplican ganancia o atenuación a las frecuencias. Tipos: - **Grafico.** Filtros conectados. Permite modificar la respuesta en frecuencia de toda la banda audible. - **Paramétrico.** Modifica la frecuencia central de la banda que desea retocarse. Gran versatilidad. Modifica también el factor de calidad. - **Semiparamétrico.** Versión reducida del ecualizador paramétrico, permite modificar el factor de calidad. La ecualización que controla los tonos graves y agudos se denomina ecualización shelving. **3.3.3 PROCESADORES DE DINAMICA** La diferencia en decibelios entre el nivel de ruido y el máximo nivel admisible. Es deseable que sea grande. Estas señales pueden ser modificadas para: - Solucionar la falta de margen dinámico en determinados sistemas de transmisión. - Reducir el ruido. - Controlar niveles excesivos de una señal de audio. - Aumentar la sonoridad. - Crear sensaciones diferentes de un instrumento. Los procesadores son dispositivos analógicos o digitales que modifican la dinámica de las señales, sus niveles máximos y mínimos. **COMPRESORES Y LIMITADORES** El compresor es el procesador dinámico mas utilizado. Atenúa la señal de entrada cuando se supera cierto nivel umbral. Un compresor particular es el **limitador,** su nivel de atenuación tiene una relación de ∞:1. No se permite que las señales superen ese nivel. Los compresores se usan para guitarras, bajos y voces. En bares, clubes y discotecas para evitar que la música supere el nivel en decibelios fijado. **3.3.4 PROCESADORES DE EFECTOS** Efectos de tiempo: - **Reverberación (reverb):** simulan las múltiples reflexiones naturales. - **Retardo (delay):** almacenan la señal de entrada durante un tiempo, simula ecos. Efectos de frecuencia: - **Coro (chorus):** retardo de pocos milisegundos. - **Flanger y phaser:** mezcla dos señales. **3.3.5 PROCESADORES DE SURROUND** **CANALES IZQUIERDO Y DERECHO** **CANAL CENTRAL** **CANALES SURROUND** Uno o varios canales que dan efecto ambiente y sensación realista inmersiva. **CANAL SUBGRAVES (LFE)** Realismo para explosiones y/o terremotos **3.3.6 ADAPTADORES Y CODIFICADORES TELEFONICOS** Permiten extraer, insertar y recodificar el audio de forma bidireccional. Híbridos telefónicos. **3.3.7 MEZCLADORES** No solo mezcla las señales, las adapta, procesa y actúa como matriz agrupando y redirigiendo las señales a diferentes salidas para diversos propósitos. Tipos: - **Mesas de PA (public address).** Espectáculos en directo. - **Mesas in-line:** estudio de grabación. - **Mesas de monitores:** múltiples mezclas para músicos en directo. - **Mesas de DJ:** pocas señales de entrada, el crossfader y filtros tipo killl son muy agresivos para atenuar completamente la señal. - **Mesas de radio:** híbridos telefónicos y sistemas de automatización. No son fácilmente adaptables a otros entornos. **CANALES DE ENTRADA** Reciben señales independientes y las adaptan a un nivel e impedancia nominal. - **Tipo de entrada:** XLR, TRS. - **Alimentación phantom:** corrientes continuas a micrófonos de condensador (48 V). - **Inversor de polaridad:** desfase de 180º. - **Filtro paso alto:** por debajo de 50,80 ó 100 Hz. - **Ganancia:** ajusta la tensión de la señal al nivel nominal del mezclador. - **Procesador de dinámica** - **Fader:** deslizador que varía una resistencia modificar la porción de señal que envía a la mezcla, 0 dB no modifica la señal. - **Panorama:** controla la cantidad de señal que se envía a los dos canales. - **Preescucha:** monitoriza la señal de entrada. **CANALES DE SALIDA Y BUSES DE MEZCLA** - **Master:** mezcla principal en estero. - **Auxiliares** - **Matriz:** permite direccionar la señal de los canales de entrada auxiliares, grupo y master a puertos de salida concretos. Para realizar copias y distribuir la señal. **MEDIDORES (MONITORIZACION VISUAL)** - **Vúmetro** - **Picómetro** - **Indicador de saturación** 7.1 LA SEÑAL DE VIDEO. **CONCEPTOS BÁSICOS** **LA LUZ:** Radiación electromagnética percibida como luminosidad por el ser humano. No precisa de medio de propagación y se desplaza a 3.10\^8 m/s. **EL ESPECTRO VISIBLE:** Región del espectro electromagnético que el ser humano percibe como luz. Se corresponde con longitudes de onda entre los 380 y los 780 nms. **LA LONGITUD DE ONDA:** Está relacionada con el color. Así las longitudes de onda pequeñas tienden al azul mientras que las más largas tienden al rojo. **EL COLOR:** Ocurre cuando la luz blanca pierde frecuencias por absorción y refleja otras. La combinación de frecuencias se interpreta como colores. Los fotorreceptores de la retina generan señales nerviosas para cada una de las longitudes de onda y a su vez, el cerebro las interpreta como colores y luces. **PERCEPCIÓN CINEMATOGRÁFICA DE LA IMAGEN:** Gracias a la resolución espacial y temporal dos puntos lo suficientemente alejados pueden percibirse como uno cuyo color es la mezcla de ambos. Así pues, dos imágenes lo suficientemente rápidas se interpretan como una continua en movimiento. Este efecto permite la reproducción de imágenes en movimiento. **7.1.1 EXPLORACIÓN DE LA IMAGEN DE VIDEO.** La señal de video es compleja por naturaleza pues su bidimensionalidad provoca que haya fluctuaciones eléctricas tanto en el tiempo como en el espacio ya que las imágenes de televisión forman un plano de dimensiones concretas horizontales y verticales que deben descomponerse en líneas. El video en color se fundamenta en la mezcla de aditiva de tres colores primarios (RGB; RED-GREEN-BLUE) de los que puede obtenerse cualquier color que se desee con la suma de estos en diferentes cantidades. Las cámaras de video generan la imagen en la lente, que imprime sobre un sensor fotoeléctrico una señal eléctrica en cada punto de este equivalente a la luminosidad recibida en ese punto. Una lectura ordenada (barrido) de la carga acumulada en cada punto del sensor y representación de la información lumínica de cada color crea la imagen. **FILOSOFÍA DEL BARRIDO: DE ARRIBA ABAJO Y DE IZQUIERDA A DERECHA** Las líneas que componen un cuadro (fotograma) se pueden descomponer en dos campos: par e impar. Esta división permite mostrar la imagen con fluidez sin que provoque sensación de parpadeo. Así, un video de 25 fps tiene una presentación de 50 campos por segundo. Este sistema se denomina **ENTRELAZADO** frente a la presentación completa cuadro a cuadro o **PROGRESIVA.** La exploración progresiva ofrece una mayor calidad y se utiliza en monitores de ordenador y algunas televisiones de alta definición debido a su mayor definición de imagen y facilidad de reconversión a otras resoluciones. **7.1.2 ESTRUCTURA DE LA SEÑAL DE VIDEO ANALÓGICA.** Las cámaras de video separan la información de la imagen como lo hace el ojo humano (RGB) pero, debido a las limitaciones iniciales se vio la necesidad de transmitir la señal de video en **LUMINANCIA Y CROMINANCIA.** Las señales de los colores primarios pueden representarse por sus componentes de luminosidad o luminancia (Y), sus diferencias entre el rojo y la luminancia (Pr) y sus diferencias entre el azul y la luminancia (Pb). Para enviar las tres señales juntas, se modulan las señales de crominancia (Pb y Pr) para elevar la frecuencia y minimizar la interferencia con la luminancia, pues no pueden ocupar el mismo espectro. La señal de luminancia y de crominancia de cada línea de video se corresponde con diferentes niveles eléctricos. **SEPARACIÓN DEL VIDEO EN LUMINANCIA (y) CROMINANCIA DE ROJO (Pr) CROMINANCIA DEL AZUL (Pb)→ENVÍO DE LA SEÑAL** **MEDIANTE MODULACIÓN, SEPARANDO CROMINANCIA Y LUMINANCIA EN DIFERENTES FRECUENCIAS (DIFERENTES PARTES DEL** **ESPECTRO).** **7.1.3 DIGITALIZACIÓN DE LA SEÑAL DE VIDEO.** Consta de las mismas fases que la conversión de video: **MUESTREO, CUANTIFICACIÓN Y CODIFICACIÓN.** En este caso, la señal a codificar tiene más cantidad de información conllevando a un aumento del volumen de tráfico de datos. La compresión se vuelve en un factor imprescindible en la codificación del video. **VENTAJAS E INCONVENIENTES** **VENTAJAS** \- Inmunidad al ruido y posibilidad de regenerar la señal original. \- Almacenamiento y procesado sencillo. \- Medida y evaluación de la calidad y rendimiento de equipos. \- Detección y corrección de errores. \- Menor consumo de potencia eléctrica de los equipos. **INCONVENIENTES** \- Mayor ancho de banda de transmisión, aunque debido a la compresión se consigue que el ancho de banda final sea menor que el requerido para una señal analógica. \- Se debe de reconvertir la señal a analógica para ser leída por los dispositivos. \- Las señales deben estar perfectamente sincronizadas (señales adicionales y especiales para sincronismo). \- Las señales digitales y analógicas no suelen ser compatibles en un mismo circuito. **CUANTIFICACIÓN DE VIDEO** Número de bits asignados a cada muestra de vídeo (pixel) en el que se determina la cantidad de colores o tonos que puede adquirir la muestra. 1 px de 8b son 2\^8= 256 tonos. Valor habitual =24 b (2\^24=16,7 millones de tonos). **COMPRESIÓN DE VIDEO** El grupo de trabajo ISO-MPEG ha desarrollado estándares, como MPEG-2 y MPEG-4; comprensiones con pérdidas, indispensable en los sistemas de vídeo debido a su elevado ancho de banda. La compresión en los videos es una tarea indispensable, debido a la cantidad de información y el peso de estos. La aplicación de algoritmos basados en técnicas perceptuales (analiza con cierta tolerancia la información que capta el oído humano y los ojos, con el fin de eliminar la información que es innecesaria para estos órganos) consigue reducir al mínimo la cantidad de datos sin que afecte aparentemente a la imagen final y poder transmitirlo con cierta facilidad. **NORMA UIT-R BT-601-7** Antiguamente conocida como **CCIR 601,** es el origen de las normas actuales para alta definición y determina el muestreo aplicable a las señales de video y audio aplicables a entornos profesionales. Para la digitalización de la señal de televisión de alta definición se contempla otra normativa **(UIT-R BT-709**) que elimina la opción de video en 4/3 por la 16/9, que es la más extendida. La recomendación **UIT-R BT-2020** define varios aspectos de la televisión de ultra alta definición (UHDTV) contemplando solamente el video progresivo. **7.1.4 FORMATOS E INTERFACES DE CONEXIÓN.** La señal de video analógico puede presentarse en diferentes formas: **- SEÑAL DE VIDEO COMPUESTO (CV o FBAS):** Es una señal que incluye la luminancia, los componentes de color y los sincronismos, con la crominancia modulada para que ocupe la parte superior del espectro. Para poder extraer el color y el brillo la señal se filtra. Dicho filtrado introduce pérdidas de calidad e interferencias. Esta forma de señal es la de peor calidad, pero la más utilizada por su transmisión en un solo cable. **- SEÑAL DE SUPERVIDEO (S-VÍDEO O Y/C):** La información de luminancia se transmite separada de la información de crominancia por cables separados. Esto permite que no haya interferencias. Calidad ligeramente superior, pero de poco uso. **- SEÑAL DE VIDEO EN COMPONENTES (Y, Pb y Pr) y RGB:** También es posible tener una señal que separe la información de video utilizando tres cables diferentes. Estas señales de video en componentes son las que ofrecen la mayor calidad. Se utilizan en la mayoría de los monitores y ordenadores con conexión de VGA. Las conexiones de video digital: **- SDI (serial digital interface):** Interfaz serie digital que contienen las mesas de mezclas, los magnetoscopios y otros equipos de video. Las señales de luminancia y las diferencias de color viajan sin compresión multiplexados por un solo cable junto con el sonido, control y la sincronización. Estándar preferido en ámbitos profesionales para la definición de video estándar (SD). Cuenta con versiones de datos comprimidos como MPEG-2 (SDTI) y video en alta definición (HD-SDTI). **- IEEE 1394, FireWire o i.Link:** Puerto de entrada y salida de datos digital muy extendido en videocámaras de la familia DV. El estándar permite el control remoto de equipos con velocidades de 400 y 800 Mb/s. **- HDMI (high definition multimedia interface):** Interfaz de video y audio digital cifrado sin comprensión muy extendido en el ámbito doméstico y en el profesional. **7.1.5 EQUIPOS Y SEÑALES DE MEDIDA DE CALIDAD EN VIDEO.** Permite efectuar ajustes técnicos y exactos. Gracias a ellos es posible detectar problemas en la señal y actuar con precisión. **- OSCILOSCOPIO:** Equipo genérico de análisis temporal que permite visualizar la señal en el dominio del tiempo mostrando sus valores de tensión en el eje Y. **- MONITOR DE FORMA DE ONDA:** A veces se integra con el osciloscopio. Equipo específico para la visualización y medida de las señales de video. También permite evaluar los niveles de crominancia. Dichos niveles de luminancia y de crominancia están regulados por normativas internacionales. La señal de prueba conocida como pajarita o bowtie permite controlar los desajustes de fase y ganancia de luminancia y crominancia. **- VECTORSCOPIO:** Osciloscopio capaz de representar la señal de crominancia en coordenadas polares. Se utiliza para representar los componentes de color mediante fases en un círculo. Permite detectar errores de tono y saturación. **- ANALIZADOR DE ESPECTROS:** Realiza un análisis frecuencial de la distribución de la luminancia, crominancia y el sonido (si lo incluyera) en el ancho de banda que le corresponde. Se utiliza principalmente en radiofrecuencia para analizar la distribución del espectro de los canales de televisión ya modulados. **- MONITOR:** a diferencia de una televisión, no incluyen sintonizador ni suelen tener altavoces. Deben ser equipos fiables que reproduzcan los colores correctamente y que permitan introducir diferentes formatos. Se utilizan en controles de realización, unidades móviles. La calidad de un monitor se mide en grados (1,2 o 3), donde 1 es la máxima calidad. 7.3 CODIFICACIÓN DE VIDEO La codificación del video permite que el gran volumen de información de video, sobre todo los de alta definición que provocan una gran tasa de bits, se pueda comprimir para facilitar la transmisión, el almacenamiento y la difusión. Los estándares mas extendidos de compresión (MPEG-2) se basan en algoritmos de percepción que analizan las limitaciones del oído y ojo humano para eliminar la mayor cantidad de datos posibles sin degradar la calidad. **7.3.1 COMPRESIÓN DE VIDEO** El aprovechamiento de las redundancias espaciales y temporales permite reducir una gran cantidad de ancho de banda. La combinación de estas dos propiedades (temporal y espacial) junto con otros procesos de compresión genera una relación de hasta 30:1 sin pérdida aparente de calidad para el estándar MPEG-2. **CODIFICACIÓN INTRA** Aprovecha la redundancia espacial de una imagen para analizar el contenido de cada fotograma independientemente y reducir la cantidad de datos utilizando técnicas como la transformada discreta del coseno y la codificación entrópica. Estas técnicas se aplican en bloques de 8\*8 px y consiguen agrupar la información en unos pocos coeficientes. Utilizado en los formatos de imagen fija como JPEG y de video MPEG-2. **ARTEFACTOS (ARTIFACTS):** distorsiones apreciables en la imagen producidas por una compresión intra muy agresiva (compresión excesiva). **CODIFICACIÓN INTER** Para aplicaciones de video con un ancho de banda limitado la codificación intra no es suficiente por lo que se requiere de algoritmos con predicción de movimiento entre fotogramas. Estos algoritmos buscan macrobloques de 16\*16 px (compuesto por 4 bloques de 8\*8 px) en fotogramas anteriores y futuros. Si los encuentran no es necesario volver a codificar esos macrobloques, sino solo el vector de movimiento que indica cuántos pixeles y hacia qué dirección se ha desplazado el macrobloque. **7.3.2 FORMATOS Y CODECS DE VIDEO** Los formatos de la familia MPEG **(MOVING PICTURE EXPERTS GROUP)** se basan en la transforma discreta del coseno (DCT, es similar a la transformada de Fourier solamente que señal en el espectro de la frecuencia es más compacta que en Fourier. Por lo tanto, su eficiencia es mayor) aunque también emplean otras técnicas como wavelets (o transformada de onda cuadrícula que utiliza subbandas para eliminar los problemas de artifacts suavizando la imagen). Este formato mejora el almacenamiento y la transmisión ajustando la calidad del ancho de banda (escalabilidad). Las estandarizaciones limitan las características de los decodificadores, pero no de los codificadores. Así pues, los decodificadores tienen que cumplir ciertos requisitos en cambio los codificadores pueden implementar diferentes procesados siempre y cuando el decodificador los interprete. **La calidad y la eficiencia viene dada por el codificador.** **CODECS DE VIDEO MÁS EXTENDIDOS:** **M-JPEG:** Codificación intra de las imágenes sin predicción de movimiento. Cada fotograma es codificado individualmente empleando codificación JPEG. **H.261: Desarrollado por ITU para aplicaciones de videotelefonía sobre canales de régimen binario (RDSI).** Ancho de banda ajustable desde **64 kb/s hasta 2 Mb/s.** Realiza predicción de movimiento y sigue su uso debido a la compatibilidad con su versión posterior. **MPEG-1:** Utiliza un esquema similar al H.261 pero mejorando las prestaciones. Realiza predicciones de movimiento avanzadas con dos canales de audio a 250 kb/s. Fue estándar para CD-ROM, CD interactivo y VCD. **Su capa 3 de audio es el famoso MP3.** **MPEG-2:** Con características similares al MPEG-1 pero permite la **utilización de video entrelazado.** Ofrece una gran versatilidad ya que permite configurar la codificación con muchos niveles de calidad. Las aplicaciones más conocidas son los estándares S**VCD, DVD de video, la TDT y la televisión de alta definición (DHTV).** **H.263:** Evolución del H.261. Ofrece el doble de calidad que su versión anterior. Posteriormente sus versiones H.263+ y H.263++ mejorarían la compresión, los retardos y la protección frente a errores. **MPEG-4 (H.264 o AVC):** Es el estándar más reciente. Permite la codificación de objetos audiovisuales, es decir, la imagen puede codificarse como un conjunto de objetos individuales (audio, video, animación...). Esta funcionalidad no se emplea porque no existen algoritmos que permitan separar la imagen en objetos. A pesar de ello, se emplea para codificar contenido audiovisual de alta calidad en aplicaciones como Blue-Ray, streaming, HDTV... Ofrece ante el MPEG-2 mayor robustez frente errores. Aún está en desarrollo. **H.265 (HEVC): HIGH EFFICIENCY VIDEO CODING.** Sucesor del H.264. Se ha optimizado para conseguir mejor calidad de imagen a baja tasas de bits, sin embargo, es superado en calidad por MPEG-4. Permite **comprensión de video de ultra alta definición 8k**. Aún en desarrollo.