¿Qué es la relación señal-ruido y por qué es importante?

La mayoría de la gente entiende la importancia de las especificaciones de potencia de amplificador. En la mayoría de casos, más potencia es bueno, hasta que alcanza los límites térmicos o de suspensión de los altavoces que está usando. Una especificación que también es muy importante en un amplificador, procesador o unidad principal de electrónica móvil es la Relación Señal-Ruido. En este artículo, explicaremos qué son los números de relación S/R y por qué son importantes.

¡Todo el ruido, todo el tiempo!

Sucede que cuando pasa una señal a través de cualquier dispositivo, como un trozo de cable, resistor, capacitor, inductor, transistor o cualquier otra cosa que pueda imaginar, se añade un poquito de ruido a la señal. Hay muchos tipos diferentes de ruido. El movimiento aleatorio de electrones rebotando mientras pasan a través de un dispositivo causa ruido térmico. Temperaturas más altas resultan en más ruido. Otro ruido común es el Ruido de Disparo (Shot Noise). La diferencia en tiempos de llegada de electrones al cruzar una barrera o hueco entre dos materiales causa Ruido de Disparo. Dispositivos como transistores y diodos, que tienen diferentes capas de materiales dentro, son fuentes comunes de Ruido de Disparo. Hay muchos más tipos de ruido.

Como puede imaginar, la cantidad de ruido generada por cualquiera de estos dispositivos es minúscula. Cuando suma un poquito de ruido de un montón de componentes, luego amplifica la señal resultante, la cantidad de ruido en la salida de un circuito crece dramáticamente.

El ruido ocurre en unidades principales, procesadores de señal y amplificadores. Una vez que añade ruido a la cadena de señal, es esencialmente imposible eliminarlo.

El sonido del ruido

Una forma fácil de oír cómo suena el ruido es conectar unos auriculares a su computadora portátil y subir el volumen bastante alto. Oirá un silbido a través de los auriculares. Ese es el ruido. (Nota: Por favor tenga cuidado, queremos que sea un entusiasta del audio de por vida. Quítese los auriculares antes de que su computadora reproduzca un sonido y arriesgue dañar su audición.)

Cómo medimos el ruido

Hay algunas formas de cuantificar el ruido que un componente electrónico crea. Un método es simplemente declarar el ruido en la salida del dispositivo en términos absolutos. La medida podría ser en voltios o vatios, y cuantifica la amplitud de la señal de ruido. No verá esto usado para describir componentes de audio, sin embargo.

El método más común de cuantificar el ruido que un producto añade a la señal es comparar el nivel de ruido con el de la señal de audio que sale del dispositivo. Debido a que la diferencia en estos niveles puede ser bastante grande, declaramos la relación del nivel de señal al nivel de ruido usando la escala decibel (dB). La escala decibel es logarítmica. Como tal, una diferencia de 6 dB representa un doblado de la relación de amplitud, 20 dB es diez veces la amplitud, 40 dB es 100 veces, 60 dB es 1000 veces y 80 dB es 10,000 veces, y así sucesivamente.

Miremos un amplificador de calidad moderada; nada increíble, nada desastroso. Vemos que este amplificador ficticio tiene una Relación S/R de -82.3 dB cuando se referencia a 1 vatio de potencia de salida en una carga de 4 ohmios. ¿Qué significa eso? Bueno, primero, sabemos que para producir 1 vatio de potencia en un altavoz de 4 ohmios, necesitamos 2 voltios RMS de señal saliendo del amplificador. Nuestro nivel de ruido es 82.3 dB más silencioso que 2 voltios. Usando una calculadora en línea, eso significa que el ruido producido por este amplificador es 0.00006918309709189363 veces más pequeño que 2 voltios, así que es aproximadamente 0.000138 voltios. Un poco más de matemáticas y eso resulta en 4.785 nanovatios.

No. No es mucho ruido. Y en la mayoría de casos, probablemente no pueda oírlo.

¿Qué pasa si nos esforzamos y encontramos un amplificador por debajo del promedio? Algo con una especificación S/R alrededor de 70 dB? Si aplicamos esas matemáticas a nuestros 2 voltios de salida nominal, obtenemos un nivel de ruido de 99.99 nanovatios. Sí, eso es MUCHOS más vatios comparado con el ejemplo anterior.

Aclarando la misteriosa Relación Señal-Ruido

Si mira una especificación de amplificador de hace más de unos 10 años, o ve un número anormalmente alto, pueden estar calificando el nivel de ruido usando la capacidad de salida máxima del amplificador como factor de comparación. Si medimos el nivel de ruido de salida de un amplificador a 1 vatio para que sea 85 dB, luego aumenta la salida del amplificador a 10 vatios, asumiendo que no hace ruido adicional, la relación S/R será -95 dB. Si el amplificador puede producir 100 vatios sin más ruido, la relación ahora es -105 dB. Hay cientos de amplificadores que pueden producir 1000 vatios; así que esa medida de relación de ruido ahora sería -115 dB. Cuando se trata de imprimir números en una caja de regalo, en un folleto o publicarlos en un sitio web, poder decir que la Relación S/R es -115 dB se ve mucho más atractivo que -85 dB.

La especificación CEA-2006 estableció un conjunto estándar de pautas para medición de ruido de Relación S/R. La especificación dicta que medimos la Relación S/R comparada a 1 vatio de salida en una carga de 4 ohmios. Una nueva especificación está en proceso que ayudará a cuantificar el ajuste de la configuración de sensibilidad en el amplificador durante el proceso de medición. Como está, cuanto menor sea el ajuste del amplificador, mejor será la medición de la relación S/R. ¿Quiere confirmar esto? La próxima vez que instale un amplificador, encienda el sistema sin señal conectada al amplificador y escuche los altavoces. Luego suba la ganancia del amplificador al máximo. Oirá el nivel de ruido aumentar. Por favor baje la ganancia y apague el sistema antes de continuar.

¿Por qué es importante la falta de ruido?

¿Cómo podemos cuantificar el deseo de no añadir ruido a nuestra señal? Aquí hay una analogía simple. Si compró un TV en años recientes, puede haber oído la expresión "negros más negros". "Negros más negros" se refiere a qué tan oscura se pone la pantalla cuando no hay señal. Más negro es mejor. Cuando piensa en su sistema de audio, una Relación S/R "más negativa" significa que el ruido es más silencioso que la señal de audio. No queremos escuchar ruido. -90 dB es mejor que -80 dB. ¿Lo entiende? ¿Claro?

Hay tantos criterios para equilibrar al elegir cualquier producto de audio de auto. Niveles de potencia, eficiencias, características de distorsión, funciones y características juegan un papel importante. Entender el significado de la medida de Relación S/R es muy importante. No queremos NINGUNA distorsión o ruido añadido a nuestra música, pero las leyes de la física nos niegan ese lujo. Haga su mejor esfuerzo para elegir productos que, a través de diseño cuidadoso y elección de componentes internos, minimicen estos efectos negativos. Su especialista local en electrónica móvil puede ayudarle a dirigirse hacia equipos increíbles. Pase y vea qué hay de nuevo.