Ruido (física) para niños
En el mundo de las telecomunicaciones y los aparatos electrónicos, el ruido se refiere a cualquier señal no deseada que interfiere con las señales que queremos transmitir o procesar. Imagina que estás hablando por teléfono y escuchas un zumbido de fondo; ese zumbido es ruido.
De forma más general, el ruido también se asocia con un sonido molesto, ya sea porque es confuso, muy fuerte o ambas cosas a la vez.
Contenido
¿De dónde viene el ruido en la electrónica?
El ruido puede tener muchos orígenes. Aquí te explicamos algunos de los más importantes:
El movimiento de las partículas
- Agitación térmica: Dentro de los materiales que conducen la electricidad, como los cables y las resistencias, las moléculas y los electrones están en constante movimiento y chocan entre sí. Este movimiento desordenado genera un tipo de ruido.
- Movimiento desordenado en semiconductores: En componentes como los semiconductores (que son la base de muchos aparatos electrónicos), los electrones y otras partículas se mueven de forma desordenada. Esto hace que tarden más o menos tiempo en ir de un punto a otro, y este desorden aumenta mucho con la temperatura.
- Naturaleza de las partículas: Los electrones y otras partículas que transportan la corriente en los semiconductores son discretos (es decir, se mueven uno por uno, no como un flujo continuo). Esta naturaleza individual también puede generar un tipo de ruido llamado "Ruido Shoot".
Ruido del entorno
- Radiación de objetos: Todos los objetos en el universo, dependiendo de su temperatura, emiten energía en forma de ondas electromagnéticas. Esto incluye a los "cuerpos negros" (objetos que absorben toda la radiación que reciben), y esta radiación puede causar ruido en las comunicaciones de radio.
- Fuentes externas: El ruido también puede venir de cosas como contactos eléctricos que no funcionan bien, otros aparatos eléctricos, la radiación de los sistemas de encendido de coches o la luz fluorescente. A estas se les conoce como señales parásitas.
- Fenómenos naturales: La naturaleza también produce ruido. Por ejemplo, la ionización y recombinación de moléculas de gas por la acción del sol, los rayos cósmicos o campos eléctricos fuertes pueden generar ruido errático.
- Radiación de fondo: Existe una Radiación de fondo de microondas que es un eco del origen del universo. Esta radiación también contribuye al ruido que detectamos.
¿Cómo se mide el ruido?
Para saber cuánto ruido hay en un sistema electrónico, se usa algo llamado factor de ruido (F). Este factor nos dice qué tan bien un dispositivo (como un amplificador) maneja la señal sin añadir mucho ruido.
Factor de ruido (F)
El factor de ruido se calcula comparando la calidad de la señal antes de entrar al dispositivo y después de salir de él. Se divide la relación señal/ruido a la entrada (S/R)ent entre la relación señal/ruido a la salida (S/R)sal:
A menudo, estas relaciones se expresan en decibelios (dB), que es una forma logarítmica de medir la intensidad. Cuando el factor de ruido se expresa en decibelios, se le llama figura de ruido. En este caso, se calcula restando la relación S/R de salida a la de entrada:
El factor de ruido es muy importante porque, aunque no podemos eliminar todo el ruido que viene de fuera, sí podemos diseñar equipos que generen menos ruido por sí mismos.
Medida del ruido en telefonía
El oído humano no percibe el ruido de la misma manera que la voz o la música. Por eso, en los circuitos telefónicos, la molestia que causa el ruido depende de cómo reacciona el aparato telefónico a las diferentes frecuencias.
Para medir el impacto real del ruido en una conversación telefónica, se usan las unidades sofométricas. La palabra "sofométricas" viene del griego y significa "medida del ruido". Estas unidades fueron establecidas por el UIT-T (antes conocido como CCITT).
Para hacer esta medida, se usa una red especial que atenúa (reduce) las frecuencias de audio del ruido de forma inversa a cómo nos molestan. Es decir, las frecuencias que más nos perturban son menos atenuadas, y las que menos nos perturban son más atenuadas. Así, cuando se mide con un voltímetro, el valor que se obtiene está directamente relacionado con lo molesto que es el ruido.
Existen instrumentos de medida específicos para el ruido llamados sofómetros.
La Figura 1 muestra una curva que representa cómo el oído humano percibe el ruido a diferentes frecuencias.
La unidad de referencia para medir el ruido en telefonía es el picovatio (10-12 W) con compensación sofométrica, que se abrevia como pWp. Un nivel de 1 pWp es equivalente a:
- Un tono de 800 Hz con un nivel de -90 dBm.
- Un tono de 1000 Hz con una potencia de -91 dBm.
- El ruido de fondo en una banda de 3 kHz de ancho de banda con una potencia aproximada de -88 dBm.
Temperatura de ruido
La potencia de ruido que se produce solo por el calor en un circuito se calcula con la fórmula N=KTB. Aquí, K es la constante de Boltzmann, T es la temperatura (290 Kelvin) y B es el ancho de banda (el rango de frecuencias) que se está considerando.
Sin embargo, un dispositivo real, especialmente si es un circuito activo (que usa energía para funcionar), produce más ruido que solo el térmico. A esta potencia de ruido la llamamos PN. Entonces, tenemos: PN=KTeB.
A Te se le llama temperatura equivalente de ruido. Es la temperatura a la que un objeto ideal (un cuerpo negro) produciría la misma cantidad de ruido que nuestro dispositivo en el mismo rango de frecuencias.
¿Quieres saber más?
- Ruido
- Ruido eléctrico
- Ruido acústico
- Ruido térmico
- Ruido cósmico
- Contaminación acústica
- Ingeniería acústica
Véase también
En inglés: Noise (electronics) Facts for Kids
