Frecuencia y su Respuesta

FRECUENCIA DE UNA ONDA

La frecuencia (𝑓) de una onda es el número de oscilaciones o ciclos completos que ocurren en un segundo. Se mide en Hertzios (Hz), donde:

1 Hz=1 ciclo por segundo

Onda Sinusoidal - Frecuencia de 5Hz con Ciclos Marcados

Por ejemplo:

• Una onda de 440 Hz significa que la perturbación se repite 440 veces por segundo (es la frecuencia del La musical).

• Una onda de 50 Hz se repite 50 veces por segundo, y es una frecuencia común en la corriente eléctrica de algunos países.

Fórmula Matemática

La frecuencia está relacionada con el período (𝑇), que es el tiempo que tarda en completarse un ciclo:

Donde:

• 𝑓 es la frecuencia (en Hz).
• 𝑇 es el período (en segundos, 𝑠).

Ejemplo:

Si el período de una onda es 𝑇 = 0.01𝑠, la frecuencia será:

La frecuencia está directamente relacionada con el tono o altura de un sonido.

     Frecuencia                                        Tipo de sonido

Baja (<250 Hz)                          Graves (ej. un contrabajo, bombo)
Media (250 Hz - 2000 Hz)     Rango vocal (voz humana, guitarra acústica)
Alta (>2000 Hz)                    Agudos (platillos, violines, detalles en la voz)

Frecuencia Audible para el Ser Humano

El oído humano, como media, percibe desde los 20 Hz hasta los 20.000 Hz, variando estos límites en función de diversos factores como la edad, exposición prolongada a altos niveles de presión sonora. A este rango de frecuencias se le denomina Espectro Audible de frecuencias y suele representarse de forma logarítmica. Esto quiere decir que el eje sobre el que se "pintan" las frecuencias no varía de forma lineal (1, 2, 3, 4, 5...), sino que lo hace tomando logaritmos. El efecto es que se pasa de 10 a 100 en grupos de 10, de 100 a 1.000 en grupos de 100, de 1.000 a 10.000 en grupos de 1.000, etc. El uso de este tipo de escala obedece principalmente a dos razones. Por un lado, estos ejes son muy útiles para representar magnitudes cuyos extremos distan mucho entre sí. Probando a dibujar una escala lineal de 1 a 20.000 en un papel lo entenderemos rápidamente...

Por otro lado, la percepción del oído humano interpreta los cambios en frecuencia de manera parecida a la logarítmica: subjetivamente hay la misma distancia entre el La4 (440 Hz) y el siguiente La5 (880 Hz) que entre el La5 (880 Hz) y el La6 (1760 Hz), cuando en el primer intervalo la distancia es de 440 Hz y en el segundo de 880 Hz. Estos intervalos en los que se pasa de una frecuencia al doble de ella misma se denominan octava, siendo muy común la representación del espectro audible en bandas de octava:

31Hz - 62Hz - 125Hz - 250Hz - 500Hz - 1k - 2k - 4k - 8k - 16k

Cuando se requiere más detalle, se usa la representación en tercios de octava, en la que entre cada una de las bandas anteriores existen otras dos (31 - 40 - 50 - 62 - 80 - 100 - 125 ...).

RESPUESTA DE UNA ONDA

El concepto de respuesta de una onda es amplio y depende del contexto. En audio, lo más común es hablar de la respuesta en frecuencia de un sistema, que describe cómo un dispositivo (micrófono, altavoz, auriculares, etc.) reproduce diferentes frecuencias.

Respuesta en Frecuencia

Es la representación de cómo un sistema responde a diferentes frecuencias. Se mide generalmente en decibeles (dB) y se representa en un gráfico donde se comparan entrada y salida.

Gráfico de Respuesta en Frecuencia

Es la representación gráfica del comportamiento de las frecuencias. Sería lo que denominamos curva de respuesta en frecuencia de un dispositivo, tal como un micrófono o un ecualizador.

El eje Y representa la amplitud media de la señal a la salida del dispositivo que se está midiendo, y el eje X representa la frecuencia de la señal. Si la entrada del dispositivo se aplica una señal de amplitud constante, que va del punto más bajo al punto más alto de la escala del eje X, el gráfico mostrará como la amplitud en la salida del dispositivo varía a medida que la frecuencia de la señal de entrada cambia. Si la amplitud de salida es la misma para todas las frecuencias, la curva sería una línea recta horizontal (plana). De aquí viene el término respuesta en frecuencia plana. Esto indica que el dispositivo pasa igualmente todas las frecuencias; ninguna frecuencia es enfatizada.

Ejemplo de curvas de respuesta:

• Respuesta plana → Todas las frecuencias están balanceadas, sin amplificación ni atenuación.
• Realce en graves → Se amplifican frecuencias bajas (útil para bajos y bombos).
• Realce en agudos → Se amplifican frecuencias altas (útil para detalles de voz o platillos).

Ejemplo de Curvas en Diferentes Equipos

• Micrófonos de condensador suelen tener una curva con realce en los agudos para mayor claridad.
• Altavoces Hi-Fi buscan una curva plana para una reproducción fiel.
• Auriculares con perfil en V tienen graves y agudos realzados, pero medios más débiles.

RELACIÓN ENTRE FRECUENCIA Y RESPUESTA EN FRECUENCIA EN AUDIO

Cuando se diseña un sistema de sonido, se deben considerar tanto la frecuencia como la respuesta en frecuencia.

1. En micrófonos:

• Un micrófono con respuesta plana captará el sonido sin alteraciones.
• Un micrófono con realce en los agudos puede enfatizar la claridad en la voz.

2. En altavoces:

• Un altavoz con mala respuesta en graves podría sonar delgado.
• Un altavoz con exceso de agudos puede sonar estridente.

3. En la ecualización:

• Se ajustan frecuencias para mejorar la claridad de la mezcla.
• Se pueden atenuar resonancias no deseadas o realzar elementos clave.