Amplitud

La amplitud de una variable periódica es una medida de su cambio en un solo período (como el tiempo o el período espacial). La amplitud de una señal no periódica es su magnitud comparada con un valor de referencia. 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 denomina amplitud.

Definiciones

Una curva sinusoidal

1. Ampliación de pico (u^ ^ {displaystyle scriptstyle {hat {}}),
2. Ampliación de pico a pico (2u^ ^ {displaystyle scriptstyle 2{hat {u}}),
3. Root media cuadrada amplitud (u^ ^ /2{displaystyle scriptstyle {hat {}/{sqrt {2}}),
4. Período de onda (no una amplitud)

Amplitud máxima & semi-amplitud

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

Amplitud máxima

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

Semiamplitud

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

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 (la amplitud 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 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 de pico a pico

Amplitud de pico a pico (abreviado p–p) 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 apropiados, las amplitudes pico a pico de las oscilaciones eléctricas se pueden medir con medidores o viendo la forma de onda en un osciloscopio. Pico a pico es una medida directa en un osciloscopio, los picos de la forma de onda se identifican fácilmente y se miden 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 cuadrática media (RMS) se usa 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; es decir, el RMS 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, la amplitud RMS se usa generalmente porque no es ambigua y tiene un significado físico. Por ejemplo, la potencia media transmitida por una onda acústica, electromagnética o por una señal eléctrica es proporcional al cuadrado de la amplitud RMS (y no, en general, al cuadrado de la amplitud pico).

Para la energía eléctrica de corriente alterna, la práctica universal es especificar los valores RMS de una forma de onda sinusoidal. Una propiedad de las tensiones y corrientes cuadráticas medias 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 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 RMS real se utilizaron en mediciones de radiofrecuencia, donde los instrumentos midieron el efecto de calentamiento en una resistencia para medir una corriente. El advenimiento de medidores controlados por microprocesador capaces de calcular RMS mediante el muestreo de la forma de onda ha hecho que la medición de RMS real sea un lugar 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 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 cuadrática media.

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

Representación oficial

En esta simple ecuación de onda

x=Apecado⁡ ⁡ ()⋅ ⋅ [t− − K])+b,{displaystyle x=Asin(omega [t-K])+b}

• A{displaystyle A} es la amplitud (o la amplitud pico),
• x{displaystyle x} es la variable oscilante,
• ⋅ ⋅ {displaystyle omega } es frecuencia angular,
• t{displaystyle t} es tiempo,
• K{displaystyle K} y b{displaystyle b} son constantes arbitrarias que representan el tiempo y los desplazamientos compensados respectivamente.

Unidades

Las unidades de la 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 las ondas en una cuerda o en un medio como el agua, la amplitud es un desplazamiento.

La amplitud de las ondas de sonido y las señales de audio (que se relaciona con el volumen) convencionalmente se refiere a la amplitud de la presión del aire en la onda, pero a veces la amplitud del desplazamiento (movimientos del aire o el diafragma de un altavoz) es descrito. El logaritmo de la amplitud al cuadrado suele expresarse 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 pueden reconocerse 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; se oscila la intensidad de la radiación (modulación de amplitud) o la frecuencia de la radiación (modulación de frecuencia) y luego se varían (modulan) las oscilaciones individuales para producir la señal.

Envolventes de amplitud transitoria

Una amplitud de estado estacionario 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 de sonoridad transitoria, decaimiento, sostenido y liberación.

Se pueden asignar envolventes de amplitud transitoria o de estado estable a otros parámetros: modulación de amplitud/frecuencia alta/baja, ruido gaussiano, sobretonos, 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 independientemente uno del otro.

Para hacerlo, 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 de control de volumen puede controlarse limpiamente.

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