Amplitud - Amplitude

La amplitud de una variable periódica es una medida de su cambio en un solo período (como el tiempo o el período espacial ). Hay varias definiciones de amplitud (ver más abajo), que son todas funciones de la magnitud de las diferencias entre los valores extremos de la variable . En textos más antiguos, la fase de una función periódica a veces se llama amplitud.

Definiciones

Una curva sinusoidal
  1. Amplitud de pico ( ),
  2. Amplitud de pico a pico ( ),
  3. Amplitud cuadrática media raíz ( ),
  4. Periodo de onda (no una amplitud)

Pico de amplitud y semi-amplitud

Las ondas periódicas simétricas, como las ondas sinusoidales , las ondas cuadradas o las ondas triangulares, la amplitud máxima y la semi amplitud son las mismas.

Amplitud de pico

En las mediciones de sistemas de audio , telecomunicaciones y otros en los que el mensurando es una señal que oscila por encima y por debajo de un valor de referencia pero no es sinusoidal , a menudo se usa la amplitud máxima. Si la referencia es cero, este es el valor absoluto máximo de la señal; si la referencia es un valor medio ( componente de CC ), la amplitud máxima es el valor absoluto máximo de la diferencia con respecto a esa referencia.

Semi-amplitud

Semi-amplitud significa la mitad de la amplitud pico a pico. La mayoría de la literatura científica emplea el término amplitud o amplitud máxima para significar semi-amplitud.

Es la medida de oscilación orbital más utilizada en astronomía y la medición de semiamplitudes de velocidad radial pequeñas de estrellas cercanas es importante en la búsqueda de exoplanetas (ver espectroscopia Doppler ).

Ambigüedad

En general, el uso de la amplitud máxima es simple e inequívoco solo para ondas periódicas simétricas, como una onda sinusoidal, una onda cuadrada o una onda triangular. Para una onda asimétrica (pulsos periódicos en una dirección, por ejemplo), la amplitud máxima se vuelve ambigua. Esto se debe a que el valor es diferente dependiendo de si la señal positiva máxima se mide en relación con la media, la señal negativa máxima se mide en relación con la media o la señal positiva máxima se mide en relación con la señal negativa máxima (el pico a -amplitud de pico ) y luego dividida por dos (la semi-amplitud ). En ingeniería eléctrica, la solución habitual a esta ambigüedad es medir la amplitud de un potencial de referencia definido (como tierra o 0 V). Estrictamente hablando, esto ya no es amplitud ya que existe la posibilidad de que se incluya una constante ( componente DC ) en la medición.

Amplitud pico a pico

La amplitud pico a pico (abreviado p – p) es el cambio entre pico (valor de amplitud más alto) y valle (valor de amplitud más bajo, que puede ser negativo). Con los circuitos adecuados, las amplitudes pico a pico de las oscilaciones eléctricas se pueden medir con metros o viendo la forma de onda en un osciloscopio . Pico a pico es una medida sencilla en un osciloscopio, los picos de la forma de onda se identifican y miden fácilmente contra la retícula . Esta sigue siendo una forma común de especificar la amplitud, pero a veces otras medidas de amplitud son más apropiadas.

Amplitud cuadrática media de la raíz

La amplitud de raíz cuadrada media (RMS) se utiliza especialmente en ingeniería eléctrica : la RMS se define como la raíz cuadrada de la media en el tiempo del cuadrado de la distancia vertical del gráfico desde el estado de reposo; es decir, el valor eficaz de la forma de onda de CA (sin componente de CC ).

Para formas de onda complicadas, especialmente señales que no se repiten como el ruido, generalmente se usa la amplitud RMS porque no es ambigua y tiene un significado físico. Por ejemplo, la potencia media transmitida por una onda acústica o electromagnética o por una señal eléctrica es proporcional al cuadrado de la amplitud RMS (y no, en general, al cuadrado de la amplitud máxima).

Para energía eléctrica de corriente alterna , la práctica universal es especificar valores RMS de una forma de onda sinusoidal. Una propiedad de los voltajes y corrientes cuadráticos medios es que producen el mismo efecto de calentamiento que una corriente continua en una resistencia dada.

El valor pico a pico se utiliza, por ejemplo, al elegir rectificadores para fuentes de alimentación o al estimar la tensión máxima que debe soportar el aislamiento. Algunos voltímetros comunes están calibrados para amplitud RMS, pero responden al valor promedio de una forma de onda rectificada. Muchos voltímetros digitales y todos los medidores de bobina móvil se encuentran en esta categoría. La calibración RMS solo es correcta para una entrada de onda sinusoidal, ya que la relación entre los valores pico, promedio y RMS depende de la forma de onda . Si la forma de onda que se mide es muy diferente de una onda sinusoidal, la relación entre RMS y el valor promedio cambia. Los medidores que responden a verdadero valor eficaz se utilizaron en mediciones de radiofrecuencia , donde los instrumentos midieron el efecto de calentamiento en una resistencia para medir una corriente. La llegada de medidores controlados por microprocesador capaces de calcular el valor eficaz mediante muestreo de la forma de onda ha hecho que la verdadera medición del valor eficaz sea algo común.

Amplitud de pulso

En telecomunicaciones , la amplitud de pulso es la magnitud de un parámetro de pulso , como el nivel de voltaje , el nivel de corriente , la intensidad del campo o el nivel de potencia .

La amplitud del pulso se mide con respecto a una referencia específica y, por lo tanto, debe modificarse mediante calificadores, como promedio , instantáneo , pico o raíz cuadrada media .

La amplitud del pulso también se aplica a la amplitud de las envolventes de forma de onda moduladas en frecuencia y en fase .

Representación formal

En esta simple ecuación de onda

  • es la amplitud (o amplitud máxima ),
  • es la variable oscilante,
  • es la frecuencia angular ,
  • es hora,
  • y son constantes arbitrarias que representan compensaciones de tiempo y desplazamiento respectivamente.

Unidades

Las unidades de amplitud dependen del tipo de onda, pero siempre están en las mismas unidades que la variable oscilante. Una representación más general de la ecuación de onda es más compleja, pero el papel de la amplitud sigue siendo análogo a este caso simple.

Para ondas en una cuerda , o en un medio como el agua , la amplitud es un desplazamiento .

La amplitud de las ondas sonoras y las señales de audio (que se relaciona con el volumen) se refiere convencionalmente a la amplitud de la presión del aire en la onda, pero a veces se describe la amplitud del desplazamiento (movimientos del aire o del diafragma de un altavoz ). El logaritmo de la amplitud al cuadrado generalmente se expresa en dB , por lo que una amplitud nula corresponde a -  dB. La sonoridad está relacionada con la amplitud y la intensidad y es una de las cualidades más destacadas de un sonido, aunque en general los sonidos se pueden reconocer independientemente de la amplitud . El cuadrado de la amplitud es proporcional a la intensidad de la onda.

Para la radiación electromagnética , la amplitud de un fotón corresponde a los cambios en el campo eléctrico de la onda. Sin embargo, las señales de radio pueden ser transportadas por radiación electromagnética; la intensidad de la radiación ( modulación de amplitud ) o la frecuencia de la radiación ( modulación de frecuencia ) se hace oscilar y luego las oscilaciones individuales se modifican (modulan) para producir la señal.

Envolventes de amplitud transitoria

Una amplitud de estado estable permanece constante durante el tiempo, por lo que se representa mediante un escalar. De lo contrario, la amplitud es transitoria y debe representarse como una función continua o un vector discreto. Para el audio, las envolventes de amplitud transitoria modelan mejor las señales porque muchos sonidos comunes tienen un ataque, caída, sostenido y liberación de sonoridad transitoria.

A otros parámetros se les pueden asignar envolventes de amplitud transitoria o de estado estable: alta / baja frecuencia / modulación de amplitud, ruido gaussiano, armónicos, etc.

Normalización de amplitud

Con formas de onda que contienen muchos armónicos, se pueden lograr timbres transitorios complejos asignando cada armónico a su propia envolvente de amplitud transitoria distinta. Desafortunadamente, esto también tiene el efecto de modular el volumen del sonido. Tiene más sentido separar la sonoridad y la calidad armónica para que sean parámetros controlados de forma independiente entre sí.

Para ello, las envolventes de amplitud armónica se normalizan fotograma a fotograma para convertirse en envolventes de proporción de amplitud , donde en cada fotograma de tiempo todas las amplitudes armónicas se suman al 100% (o 1). De esta forma, la envolvente principal que controla el volumen se puede controlar de forma limpia.

En el reconocimiento de sonido, la normalización de amplitud máxima se puede utilizar para ayudar a alinear las características armónicas clave de 2 sonidos similares, lo que permite reconocer timbres similares independientemente del volumen.

Ver también

Notas