Lo que siempre quiso saber sobre los barridos (Sweeps)....

Los barridos son un método popular en la técnica de medición de audio para describir la progresión de un valor medido sobre un parámetro en progreso. La aplicación más común es una respuesta en frecuencia sobre la banda de audio estándar de 20 Hz a 20 kHz. Pero un barrido puede servir para medir mucho más. Este artículo ofrece una visión general y explicaciones detalladas de varios métodos, parámetros y optimizaciones relacionadas con el barrido.

Definiciones

Los resultados de las mediciones de barrido suelen nombrarse con la función de medición y el sufijo -sweep. Por ejemplo, existe la respuesta de amplitud, la respuesta de impedancia o la respuesta de fase. Una excepción es el término "respuesta en frecuencia". En sentido estricto, una respuesta en frecuencia consiste en dos series de mediciones, la respuesta en amplitud y la respuesta en fase de un sistema bajo prueba. Sin embargo, en la práctica, la respuesta en frecuencia suele equipararse a la respuesta en amplitud.


Frequency response
Respuesta en frecuencia

 
Si no se dispone de más información sobre una medición de ...-gang, se puede suponer que la frecuencia de la señal se utiliza como una cantidad variable.
En la siguiente sección se describen las variables que varían en el barrido y cómo se pueden configurar.
 

Barrido de deslizamiento

Un barrido de deslizamiento o chirp se caracteriza por un aumento continuo de la frecuencia logarítmica. Esto significa que el sistema sometido a prueba se excita sin intervalos entre las frecuencias de arranque y parada. El usuario puede seleccionar la duración de la señal sin perder la resolución de la frecuencia en los resultados. Esto permite realizar mediciones rápidas y constantes optimizadas para el sistema de prueba correspondiente.

La respuesta al impulso del sistema se calcula a partir de la señal temporal adquirida, y de ésta a su vez las respuestas en frecuencia de amplitud, fase y distorsión. Las reflexiones acústicas no deseadas pueden desvanecerse mediante una ventana de tiempo.


Glide Sweep signal
Señal de barrido de deslizamiento

 

Dado que se conoce la duración exacta de la señal de barrido, el barrido de deslizamiento es ideal para medir señales que no son reproducidas por el sistema de prueba de audio. Para ello, la señal de barrido va precedida de una breve secuencia de disparo. Este método se utiliza para los objetos de prueba que no tienen un canal de entrada de audio, como los teléfonos inteligentes, las tabletas o los dispositivos inteligentes.

Aunque la teoría del barrido de deslizamiento se conoce desde hace varias décadas, su aplicación en dispositivos de medición de audio no se ha generalizado hasta los últimos años. El motivo es la gran potencia de cálculo que se necesita.
 

Barrido escalonado

En un barrido escalonado, se incrementa o disminuye exactamente un parámetro variable del estímulo (frecuencia o amplitud) en pasos discretos. Después de cada cambio, el analizador espera hasta detectar un valor de lectura estable. Entonces se establece el siguiente estado. El cambio de estado puede ser en escala lineal o logarítmica. La condición de estabilidad (asentamiento) puede ser configurada por el usuario.

Dado que el comportamiento de asentamiento (Settling)  de los diferentes objetos de prueba no es predecible, la duración de la medición de un barrido escalonado no puede determinarse con exactitud por adelantado.

Para la determinación de la amplitud o la respuesta en frecuencia, el barrido escalonado ha sido sustituido en gran medida por el barrido de deslizamiento, ya que sus ventajas superan con creces sus inconvenientes. La principal aplicación del barrido escalonado (Stepped) es la medición del comportamiento de la linealidad de los sistemas. Aquí la frecuencia de la señal de prueba se mantiene constante. El parámetro variable es la amplitud. Se suele medir la amplitud y la distorsión del objeto de prueba. También se denomina barrido de amplitud.


Linearity measurement
Medición de linealidad

 

Ponderación de la amplitud

Si se selecciona la frecuencia como parámetro variable, se puede definir opcionalmente la respuesta de amplitud del estímulo. Esto permite, por ejemplo, ecualizar el comportamiento de un amplificador o de un altavoz, (parlante) de manera que se presente una respuesta de amplitud eléctrica o acústica plana a la salida del mismo. Esta función está disponible para el barrido de deslizamiento y el barrido escalonado.
 

Barrido de tiempo

En un barrido de tiempo, la curva de tiempo se dibuja en el eje X. El eje Y está ocupado por un valor medido, por ejemplo, la amplitud. El gráfico temporal resultante se utiliza, por ejemplo, para la observación a largo plazo de los sistemas.
 

Barrido de la mesa

El barrido de la mesa es una forma especial del barrido escalonado que se utiliza raramente. Aquí la señal de estímulo se utiliza como una secuencia de pares de frecuencias y amplitudes arbitrarias de una tabla.

Mediciones prácticas

Los aparatos y sistemas del mundo del audio o la acústica funcionan en toda la gama audible y mucho más allá. Esta gama se extiende sobre las dos dimensiones de frecuencia y nivel. En consecuencia, las mediciones de los sistemas de audio y acústicos también deben medir y evaluar los parámetros relevantes en estos rangos. Las mediciones de barrido son la base para ello.

Para que la medición sea significativa y precisa, los parámetros de barrido deben adaptarse al objeto que se está probando. Los parámetros más importantes son los valores de arranque y parada de la frecuencia o la amplitud, así como el número de puntos de medición deseados. Si se utiliza un GlideSweep, debe especificarse la duración de la medición.


Mediciones de los componentes acústicos

Al realizar mediciones de barrido en altavoces,(parlantes) hay que tener en cuenta varios puntos, ya que además de la respuesta en frecuencia acústica en dBSPL (izquierda), también puede ser interesante la respuesta en frecuencia de la impedancia (derecha). Por lo tanto, hay que asegurarse de que las frecuencias de arranque y parada se elijan de tal manera que no sólo se cubra el ancho de banda especificado del altavoz,(parlante) sino también que el barrido comience lo suficientemente por debajo de la frecuencia de resonancia.

La duración del GlideSweep depende de la frecuencia de inicio. Cuanto más baja sea la frecuencia, más tiempo tendrá que ser excitado el sistema electromecánico. En la siguiente medición de un altavoz (parlante) de rango medio se utilizó una señal de 1,5 segundos de duración para un ancho de banda de medición de 20 Hz - 20 kHz.


Frequency response
Respuesta en frecuencia

La medición se realizó en condiciones de campo no libre. Las reflexiones resultantes aparecen en la respuesta en frecuencia (curva verde) en forma de ondas. Éstas se eliminan mediante un promedio de curvas deslizantes (curva roja). También se pueden eliminar las reflexiones utilizando una ventana de tiempo.

Mediciones en dispositivos de reproducción

Los dispositivos de reproducción se caracterizan por no tener una ruta de señal cerrada. Por regla general, no es posible reproducir en el aparato una señal de prueba generada por el generador de audio y devolver la señal a analizar directamente al analizador de audio. Esto significa que falta la sincronización temporal necesaria entre el generador de audio y el analizador de audio. Ejemplos típicos de dispositivos de reproducción son los teléfonos móviles o las tabletas, así como la mayoría de los dispositivos con altavoces (parlantes)integrados.

Para restablecer la sincronización perdida entre el generador de audio y el analizador, la señal de prueba GlideSweep real es precedida por una breve secuencia de disparo. Esta señal es reproducida por el dispositivo bajo prueba como un archivo wav o mp3.

 

Si la secuencia de disparo llega ahora al analizador de audio, la medición se dispara automáticamente. Dado que la duración del barrido de deslizamiento (" Glide Sweeps ") es conocida, el analizador se sincroniza exactamente con la señal de prueba reproducida.

Este vídeo muestra la medición en el altavoz (parlante) de un smartphone.

Mediciones en dispositivos de audio

Estos son dispositivos con entradas y salidas de audio analógicas o digitales, como los amplificadores. Esto permite una conexión directa con el generador y el analizador de audio. En este ejemplo se mide una etapa de entrada de micrófono de un mezclador de audio. La respuesta de amplitud y distorsión se mide con un GlideSweep rápido de 500 ms entre 20 Hz y 20 kHz. El comportamiento del nivel de salida y la distorsión en función del nivel de entrada se realiza con un barrido de amplitud en el rango de -100 dBV a -20 dBV.


Mic input
Entrada de micrófono

Hay que prestar especial atención a los sistemas con comportamiento de control dinámico, como el control automático de ganancia (AGC), o los limitadores de nivel. En este caso hay que asegurarse de que el sistema sometido a prueba se encuentra en un estado estable antes de la medición real.  Esto se consigue precediendo la medición del barrido con un " pre-tono " de, por ejemplo, 1 segundo de duración.