¿Qué es el recorte de audio?

Seamos realistas, el mundo de los sistemas de audio puede parecer una auténtica jungla. Los altavoces, los amplificadores y toda la jerga técnica pueden resultar confusos. ¡Pero no te preocupes! Hoy abordaremos uno de los aspectos más difíciles de los sistemas de audio: el recorte del amplificador. Al final de esta guía, sabrás qué es el recorte, por qué ocurre y, lo más importante, cómo evitarlo para mantener tus altavoces en buen estado. ¡Abróchate el cinturón, que vamos a empezar!

Conceptos básicos: ¿qué es el recorte del amplificador?

Imagina esta situación: estás celebrando una fiesta, la música suena a todo volumen y, de repente, el sonido empieza a fallar. Los graves son planos, los agudos pierden definición y la calidad general del sonido es decepcionante. Damas y caballeros, bienvenidos al mundo de la distorsión del amplificador, también conocida como recorte.

El clipping es una forma de distorsión de audio que se produce cuando un amplificador intenta reproducir más potencia de la que puede manejar. En pocas palabras, es el momento en el que el amplificador «se rinde» y la señal supera sus capacidades. En lugar de una onda sonora suave y redondeada, se obtiene una onda «recortada» o «aplanada», de ahí el nombre de «clipping».

¿Por qué se produce el clipping?

Imagina que estás en un concierto abarrotado. La música suena muy alta y estás gritando a tu amigo. Pero por mucho que lo intentes, no consigues oírlo por encima del ruido. Eso es exactamente lo que ocurre en tu amplificador.

Cuando subes el volumen, tu amplificador trabaja más para aumentar la intensidad de la señal. Pero, al igual que tu voz en un concierto, hay un límite en cuanto al volumen que puede alcanzar tu amplificador. Cuando alcanza su potencia máxima (o recibe una señal que excede su potencia), la forma de onda de la señal se distorsiona, provocando el clipping.

Recorte digital

El recorte digital puede producirse tanto al convertir una señal analógica en digital como al realizar diversas operaciones con una señal digital, como escalar, filtrar o mezclar. Cuando una señal supera su rango aceptable (por ejemplo, de -32768 a +32767 para los ADC de 16 bits), se produce un recorte duro en el extremo inferior o superior del rango. En casos excepcionales, un procesamiento aritmético incorrecto de los números enteros puede provocar un desbordamiento de enteros con resultados impredecibles. En la práctica, el procesamiento de audio digital se realiza con mayor frecuencia utilizando números de coma flotante con una profundidad de bits de al menos 32 bits, por lo que rara vez se producen desbordamientos. El recorte digital es más probable cuando se convierten números de coma flotante a valores enteros. El recorte digital crea un mayor número de armónicos de la señal original en comparación con el recorte analógico. El aliasing también puede causar subarmónicos y armónicos anharmónicos. Por ejemplo, el recorte simétrico de una señal armónica simple (una onda sinusoidal con una frecuencia de 1 kHz) generará tanto sus armónicos superiores como sus armónicos con frecuencias inferiores a 1 kHz. Cuando la señal digital recortada se procesa posteriormente mediante un códec adaptativo optimizado para señales de audio naturales y las características del oído humano, estos componentes artificiales pueden «engañar» al códec, lo que conduce a la pérdida de componentes útiles que aún se conservaban en la señal recortada. La mayoría de los expertos coinciden en que el recorte digital es el peor y más desagradable de todos los tipos de limitaciones de amplitud; es difícil de corregir con software y es completamente inaceptable en la ingeniería de audio profesional. Sin embargo, según Ethan Weiner, esto solo es cierto en el caso de sobrecargas significativas; si el nivel de sobrecarga a corto plazo no supera unos pocos dB, la calidad del sonido sigue siendo aceptable.

La principal forma de evitar el recorte al digitalizar audio analógico es ajustar cuidadosamente el nivel de la señal de entrada para proporcionar suficiente margen para convertir correctamente incluso los picos más potentes y efímeros. Por ejemplo, la norma de la Unión Europea de Radiodifusión exige que el nivel máximo de señal mostrado por el indicador de nivel de entrada sea 9 dB (o 2,8 veces) inferior al límite de conversión de escala completa. Este margen de 9 dB evita las sobrecargas del ADC debidas a picos cortos que pueden no mostrarse en los indicadores tradicionales.

Recorte analógico

Limitar la amplitud de la señal es una característica inherente a cualquier circuito analógico. El voltaje a través de sus componentes no puede exceder los valores determinados por los voltajes de alimentación (teniendo en cuenta el voltaje añadido y las sobretensiones temporales en los elementos inductivos). En circuitos con una limitación estricta de la corriente de salida (por ejemplo, con protección de corriente de funcionamiento continuo), las limitaciones de corriente y voltaje se aplican simultáneamente.

En los circuitos sin retroalimentación común, la distorsión de la señal aumenta gradualmente y la limitación es suave. Esto se acentúa especialmente en los amplificadores de guitarra de válvulas, donde la señal de salida se enriquece gradualmente con armónicos (efecto de distorsión) y solo en niveles extremos se produce el recorte. En los circuitos con retroalimentación común, la ganancia se mantiene estable y la distorsión es mínima en un amplio rango de tensiones de salida. Cerca de los niveles extremos, la distorsión aumenta bruscamente con la consiguiente transición al recorte, pero incluso en este caso, el recorte es más suave que en los dispositivos digitales. El nivel de armónicos superiores generados es significativamente menor, no hay sobretonos anarmónicos. La transición al recorte y la salida del mismo pueden ir acompañadas de picos de señal de corta duración y chatter resonante. La salida del recorte puede ser difícil debido a la apertura temporal o al debilitamiento de la retroalimentación, lo que hace que la señal se «atasque» en el nivel de recorte. En algunos casos (por ejemplo, en dispositivos con amplificadores operacionales de la serie TL07x), el recorte puede ir acompañado de una inversión de fase extremadamente desagradable: cuando una señal con polaridad negativa alcanza el límite inferior, cambia bruscamente de polaridad y se «atasca» en el límite superior.

En condiciones de estudio, el recorte puede producirse en todas las etapas de la grabación de sonido, por ejemplo, en micrófonos, amplificadores de micrófono integrados y externos. En condiciones domésticas, el recorte se encuentra con mayor frecuencia en amplificadores de potencia de frecuencia de audio; a menudo pasa desapercibido, ya que las distorsiones a corto plazo durante el recorte suelen estar dentro de valores subjetivamente aceptables. Las principales razones que provocan un clipping breve pero regular son la baja sensibilidad de los altavoces y el alto factor de pico (la relación entre los niveles de grabación medio y máximo). Es casi imposible eliminar por completo el clipping en presencia de estos factores, ya que esto requiere demasiada potencia de salida. El factor de pico de las grabaciones musicales de alta calidad es de al menos 14 dB, lo que significa que la potencia máxima debe superar la media en 25 veces. Para alcanzar el nivel de sonido óptimo de 96 dB a 1 m para un altavoz con una sensibilidad de 83 dB a 1 m, se requiere una potencia media de 20 W y una potencia máxima de 500 W. Los experimentos prácticos lo confirman: por ejemplo, al sonorizar una sala de 40 m² con un altavoz con una sensibilidad de 84 dB a 1 m, un amplificador con una potencia de 250 W por canal entraba regularmente en recorte, mientras que la potencia media de las pistas de percusión no superaba los 2 W.

Comprender la impedancia: el actor invisible

La impedancia es uno de los factores clave que a menudo se pasa por alto en los debates sobre el recorte de los amplificadores. ¿Qué es la impedancia? Piensa en ella como el nivel de resistencia que encuentra la corriente eléctrica en un dispositivo, medido en ohmios.

En un sistema de audio, tanto los altavoces como los amplificadores tienen una cierta impedancia. Los altavoces con una impedancia baja ofrecen menos resistencia al flujo de corriente, lo que significa que requieren más potencia del amplificador. Un desajuste de impedancia entre el amplificador y los altavoces puede provocar recortes e incluso daños potenciales en su sistema de audio.

Los efectos perjudiciales del recorte en los altavoces

Aunque una pequeña distorsión puede parecer un problema menor, el recorte persistente puede dañar gravemente los altavoces, especialmente los tweeters, que se encargan de reproducir los sonidos de alta frecuencia. He aquí el motivo:

Una señal recortada contiene más armónicos de alta frecuencia que no estaban presentes originalmente en la señal original. Estas frecuencias altas «extra» se transmiten al tweeter a través del crossover del altavoz (un dispositivo que distribuye las frecuencias entre las diferentes partes del altavoz). Esto puede provocar que la bobina móvil del tweeter se sobrecaliente y se dañe, lo que en última instancia puede causar daños permanentes en el sistema de altavoces.

Consejos para evitar el recorte: cómo mantener tus altavoces a salvo

Ahora pasemos a la parte más importante: cómo evitar el recorte. Sí, es posible, ¡y no hace falta ser un ingeniero de sonido profesional para hacerlo! Aquí tienes algunos consejos sencillos que te ayudarán a proteger tus altavoces:

1. Conecte los altavoces a un amplificador potente:

Para evitar el recorte, es muy importante conectar los altavoces a un amplificador capaz de producir una señal fuerte y limpia. Utilizar altavoces de alto rendimiento con un amplificador de poca potencia es como poner el motor de una cortadora de césped en un coche de carreras: no solo reduce el rendimiento, sino que también puede dañar los altavoces.

2. Vigila el volumen:

El recorte suele producirse a niveles de volumen muy altos. Debes controlar el volumen y no llevar el amplificador al límite. Si el sonido comienza a distorsionarse, baja el volumen.

3. Considere la posibilidad de utilizar un amplificador con protección contra el recorte:

Hay amplificadores que tienen protección contra recortes incorporada. Estos dispositivos supervisan la señal de salida y reducen automáticamente la ganancia si detectan recortes.

4. Mantenimiento regular y actualizaciones del equipo:

Mantener tu sistema de audio en buen estado y actualizar sus componentes puede ayudar a prevenir el clipping y mejorar la calidad general del sonido. A medida que avanza la tecnología, se lanzan nuevos modelos con características mejoradas y límites de rendimiento más altos. Mantén tu sistema de audio actualizado para evitar el clipping y garantizar la mejor calidad de sonido.

Análisis en profundidad: los aspectos técnicos del recorte del amplificador

Ahora que comprendemos el concepto básico del recorte del amplificador, veamos los aspectos técnicos. La primera pregunta que puede surgir es: ¿qué le sucede a un amplificador cuando se sobrecarga y cómo esto conduce al recorte? Analicémoslo.

Cuando un amplificador recibe una señal de audio, amplifica el voltaje de esa señal para accionar los altavoces y crear sonido. Cada amplificador tiene un voltaje de alimentación específico, que determina el voltaje máximo que puede suministrar a los altavoces.

Cuando se sube el volumen, o el amplificador recibe una señal que requiere más potencia de la que permite su voltaje de alimentación, intenta suministrar demasiado voltaje y la forma de onda de audio se «recorta». Los picos y valles redondeados de la señal que deberían haberse amplificado se cortan, como si la señal se hubiera «recortado».

Esta distorsión, aunque a veces es sutil, degrada la calidad del sonido y puede ser especialmente perjudicial para algunos componentes de los altavoces. A largo plazo, el recorte constante puede causar daños irreversibles.

Desajuste de impedancia: condiciones ideales para el recorte

Otro aspecto importante a tener en cuenta es la impedancia. Como hemos mencionado, la impedancia es una medida de la resistencia que ofrece un dispositivo eléctrico a la corriente que fluye a través de él. Lo ideal es que la impedancia del amplificador y los altavoces coincidan. Pero, ¿qué ocurre si no es así?

Cuando la impedancia del altavoz es inferior a la del amplificador, el altavoz consume más potencia. Si el amplificador no puede suministrar la potencia necesaria, se sobrecargará, lo que provocará recortes. Por otro lado, si la impedancia del amplificador es inferior, puede intentar suministrar más potencia de la que el altavoz puede soportar, lo que también provocará una distorsión del sonido y posibles daños en los altavoces.

Diferentes tipos de recorte: duro y suave

Es importante comprender que existen diferentes tipos de recorte. Hay dos tipos principales: recorte duro y recorte suave.

Recorte duro: es la forma más grave de distorsión, que se produce cuando un amplificador alcanza el límite de sus capacidades, lo que provoca que se corte una parte significativa de la señal de audio. Esto da lugar a una grave distorsión del sonido y puede dañar rápidamente los altavoces.

Recorte suave: esta forma de distorsión es menos agresiva y a menudo se compara con la distorsión natural creada por los amplificadores de válvulas. En este caso, la limitación de la señal de audio se produce de forma más gradual, lo que hace que la distorsión sea menos perceptible y menos dañina para los altavoces. Sin embargo, incluso el recorte suave, si se produce constantemente, puede causar daños en los altavoces con el tiempo.

El papel de los cables de audio en el recorte: no solo el amplificador y los altavoces

Quizás le sorprenda saber que incluso los cables de audio pueden contribuir al clipping del amplificador. Los cables de baja calidad o excesivamente largos pueden aumentar la impedancia de su sistema de audio, llevando al amplificador al límite y provocando potencialmente clipping.

El uso de cables de alta calidad y de la longitud adecuada puede reducir en gran medida el riesgo de recorte de la señal y preservar la integridad de la señal de audio.

En resumen

¡Eso es todo! El clipping del amplificador puede parecer un tema complejo, pero no requiere profundos conocimientos técnicos. Lo importante es simplemente comprender las capacidades de su sistema de audio y no excederlas. Recuerde que un sistema del tamaño adecuado es la clave del éxito, y que siempre es mejor prevenir que curar.

Seguir esta guía no solo evitará el recorte, sino que también mejorará en gran medida la longevidad y la calidad de sonido de tus altavoces. Así que sube el volumen (de forma responsable, por supuesto) y disfruta de tu audio sin preocuparte por el recorte del amplificador.