Amplitud

La amplitud de una variable periódica es una medida de su cambio en un período único (como un período temporal o espacial ). La amplitud de una señal no periódica es su magnitud comparada con un valor de referencia. Existen 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 denomina amplitud. ^[1]

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

En las mediciones de sistemas de audio , telecomunicaciones y otras en las que el mensurando es una señal que oscila por encima y por debajo de un valor de referencia pero no es sinusoidal , se suele utilizar la amplitud de pico. 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 de pico es el valor absoluto máximo de la diferencia con respecto a esa referencia.

Semiamplitud significa la mitad de la amplitud pico a pico. ^[2] La mayoría de la literatura científica ^[3] emplea el término amplitud o amplitud pico para significar semiamplitud.

Es la medida de oscilación orbital más utilizada en astronomía y la medición de pequeñas semiamplitudes de velocidad radial de estrellas cercanas es importante en la búsqueda de exoplanetas (ver espectroscopia Doppler ). ^[4]

En general, el uso de la amplitud de pico 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 de pico 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 (la amplitud de pico a pico ) y luego se divide por dos (la semi-amplitud ). En ingeniería eléctrica, la solución habitual a esta ambigüedad es medir la amplitud a partir 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 de CC ) en la medición.

La amplitud pico a pico (abreviada p–p o PtP o PtoP ) es el cambio entre el pico (valor de amplitud más alto) y el 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 medidores o viendo la forma de onda en un osciloscopio . La amplitud pico a pico es una medición 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.

La amplitud cuadrática media (RMS) se utiliza especialmente en ingeniería eléctrica : el 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; ^[5] es decir, el RMS de la forma de onda de CA (sin componente de CC ).

En el caso de formas de onda complejas, especialmente señales que no se repiten, como el ruido, se suele utilizar la amplitud RMS, ya que no solo es inequívoca sino que tiene importancia física. 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 de pico). ^[6]

En el caso de la corriente eléctrica alterna , la práctica universal es especificar los valores RMS de una forma de onda sinusoidal. Una propiedad de los valores cuadráticos medios de las tensiones y corrientes 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 el voltaje máximo 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 están 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 el valor RMS y el valor promedio cambia. Los medidores que responden a RMS verdadero se usaban en mediciones de radiofrecuencia , donde los instrumentos medían el efecto de calentamiento en una resistencia para medir una corriente. La llegada de medidores controlados por microprocesador capaces de calcular RMS mediante el muestreo de la forma de onda ha hecho que la medición de RMS verdadero sea algo común.

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

La amplitud del pulso también se aplica a la amplitud de las envolventes de forma de onda moduladas en frecuencia y fase . ^[7]

En esta sencilla ecuación de onda

${\displaystyle x=A\sin(\omega [tK])+b\ ,}$

• ${\estilo de visualización A}$es la amplitud (o amplitud máxima),
• ${\estilo de visualización x}$es la variable oscilante,
• ${\estilo de visualización \omega}$es la frecuencia angular ,
• ${\estilo de visualización t}$es hora,
• ${\estilo de visualización K}$y son constantes arbitrarias que representan desplazamientos de tiempo y de desplazamiento respectivamente.${\estilo de visualización b}$

Las unidades de la amplitud dependen del tipo de onda, pero siempre son las mismas que las de 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 las ondas en una cuerda , o en un medio como el agua , la amplitud es un desplazamiento .

La amplitud de las ondas sonoras y 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 ). ^{[ cita requerida ]} El logaritmo de la amplitud al cuadrado se suele citar 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 salientes de un sonido, aunque en los sonidos generales se puede reconocer independientemente de la amplitud . El cuadrado de la amplitud es proporcional a la intensidad de la onda.

En el caso de 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 transmitirse mediante radiación electromagnética; se hace oscilar la intensidad de la radiación ( modulación de amplitud ) o la frecuencia de la radiación ( modulación de frecuencia ) y luego se varían las oscilaciones individuales (modulación) para producir la señal.

La envolvente de amplitud se refiere a los cambios en la amplitud de un sonido a lo largo del tiempo y es una propiedad influyente, ya que afecta la percepción del timbre. Un tono plano tiene una amplitud de estado estable que permanece constante a lo largo del tiempo, que se representa mediante un escalar. Otros sonidos pueden tener envolventes de amplitud de percusión que presentan un inicio abrupto seguido de una caída exponencial inmediata. ^[8]

Las envolventes de amplitud de percusión son características de varios sonidos de impacto: dos copas de vino chocando, un tambor golpeando, una puerta al cerrarse de golpe, etc., donde la amplitud es transitoria y debe representarse como una función continua o un vector discreto. Las envolventes de amplitud de percusión modelan muchos sonidos comunes que tienen un ataque, decaimiento, sostenimiento y liberación de volumen transitorios. ^[9]

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

Para ello, las envolventes de amplitud armónica se normalizan cuadro por cuadro para convertirse en envolventes de proporción de amplitud , donde en cada cuadro de tiempo todas las amplitudes armónicas sumarán 100% (o 1). De esta manera, la envolvente principal que controla la sonoridad se puede controlar de forma clara. ^[10]

En el reconocimiento de sonido, la normalización de amplitud máxima se puede utilizar para ayudar a alinear las características armónicas clave de dos sonidos iguales, lo que permite reconocer timbres similares independientemente de la sonoridad. ^{[11] [12]}

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