Para muchos lectores los términos ruido rosa o ruido blanco les sonarán familiares, y otros más probablemente cuenten entre sus herramientas de trabajo con al menos un CD de prueba con tracks de ambos o hasta un generador de ruido rosa. Muchas consolas profesionales (si no es que la mayoría) vienen ya equipadas con osciladores y generadores que pueden producir, si no varias señales de prueba, al menos casi invariablemente ruido rosa. Estos dos tipos de señal son herramientas de gran importancia en la medición y caracterización de varios parámetros clave en el funcionamiento de los equipos de audio.

Si deseamos saber, por ejemplo, cuál es la respuesta de frecuencia de un sistema o equipo de audio, veremos que es prácticamente universal en ingeniería de audio utilizar ruido rosa como señal de prueba (o de excitación) para el equipo que deseamos medir. Pero antes de hablar de sus aplicaciones, necesitamos saber exactamente qué son los ruidos rosa y blanco y por qué son tan útiles en la medición en audio.

 

 

¿Qué son?
Definamos en principio al ruido blanco como una señal aleatoria que posee la propiedad de tener una densidad espectral que nos permite caracterizar la respuesta de frecuencia de un sistema o dispositivo de audio. Llamamos densidad espectral al contenido de energía por frecuencia dentro del espectro audible, y como veremos más adelante, tanto el ruido rosa como el blanco poseen una mayor densidad espectral que una señal musical o un tono puro (onda sinusoidal), lo cual nos permite medir el comportamiento del sistema o dispositivo de audio no sólo a una frecuencia o a un conjunto de ellas (como sucedería con un tono puro o música), sino en todo su rango.

Así, veremos que el ruido blanco es aquel que contiene el mismo nivel de energía por cada frecuencia, lo que produce una densidad espectral que se muestra plana en un espacio de frecuencia lineal. Dicho de otra manera, esto significa que entre 200 Hz y 300 Hz existe el mismo nivel de energía que entre 500 y 400 o que entre 1,900 y 2,000 (un ancho de banda fijo de 100 Hz en los tres casos). Esto obviamente presenta la ventaja de poder evaluar la respuesta de frecuencia de un dispositivo de audio mediante una señal sin necesidad de hacer una medición por cada frecuencia.

Por su lado, el ruido rosa tiene también una alta densidad espectral, sin embargo, ésta es proporcional al inverso (o recíproco) de la frecuencia (1/ƒ), de tal manera que muestra el mismo nivel de energía por octava, es decir en un ancho de banda proporcional. Esto implica que, comparado con el ruido blanco, su densidad espectral disminuye 3 dB por octava. Es por esta razón, que el ruido rosa (que no tiene aplicaciones más que en audio,) sea conocido en círculos científicos bajo el nombre más formal y riguroso de ruido 1/ƒ.

Para poner un poco de claridad sobre estas dos definiciones, comparémoslas gráficamente en un espacio de frecuencia logarítimico como se muestra en la figura 1. Tomamos para ello una representación de frecuencia logarítmica dado que es aproximadamente como el oído humano percibe las relaciones de frecuencia. Esto significa que nuestro oído no percibe magnitudes fijas por cada banda de frecuencia, sino en una proporción logarítmica (aproximadamente en bandas de un tercio de octava).

 


 Ahora, si consideramos que entre 500 Hz y 1,000 Hz (un ancho de banda de una octava) tenemos 500 frecuencias discretas, mientras que entre 1,000 Hz y 2,000 Hz (también un ancho de banda de una octava) existen 1,000 frecuencias discretas, veremos que, dado que el ruido blanco tiene igual energía por cada frecuencia, entonces la octava entre 1 kHz y 2 kHz ¡contiene el doble de energía que la octava entre 500 Hz y 1 kHz! Como el ruido rosa tiene el mismo nivel de energía por octava, por lo tanto ambas octavas (500 Hz a 1 kHz y 1 kHz a 2 kHz) tendrán el mismo nivel de energía. Esto significa que al observarlas en una gráfica de amplitud (en dB) contra frecuencia (Hz) logarítmica el ruido blanco mostrará un aumento de 3 dB or octava, mientras que el ruido blanco se mostrará plano.

Es ésta, justamente, la principal característica que hace al ruido rosa y blanco útiles como señales de prueba para mediciones de equipo de audio, particularmente el primero. Por un lado, ambas señales tienen una alta densidad espectral (contienen energía en todas las frecuencias), y por el otro, el ruido rosa muestra el mismo nivel aproximado de energía por frecuencia, en la misma forma que el oído humano lo hace, proporcionalmente en una escala logarítimica.

¿Cómo se usan?
Como podemos ver, el contenido de altas frecuencias del ruido blanco es mayor que el del ruido rosa; esto lo hace muy útil en la síntesis de audio, particularmente en la síntesis de sonidos que recrean instrumentos percusivos con un alto contenido de altas frecuencias, como platillos. Además es ampliamente usado en la medición y evaluación de dispositivos electrónicos, particularmente amplificadores y filtros, además de ser usado en dispositivos audiológicos para enmascarar ruidos molestos o en el tratamiento del tinnitus. Sin embargo, su uso en medición de sistemas electroacústicos, altavoces por ejemplo, es limitado, ya que su contenido de energía (por octava) en altas frecuencias es mayor que el del ruido rosa.

Dada la densidad espectral del ruido rosa, éste es ampliamente usado para la medición electroacústica de altavoces y otros equipos de audio. Además de ello, otra característica importante del ruido rosa es su factor de cresta, es decir, su proporción de energía pico contra energía promedio (figura 2), ya que ésta permite realizar pruebas que nos dan información sobre cómo se comporta dinámicamente un sistema de audio (un amplificador conectado a un altavoz, por ejemplo), además de permitir simular cómo se comportará térmica y electromecánicamente un altavoz bajo una señal no musical que presenta características dinámicas muy semejantes a las de una señal musical.

Curiosamente, ambos ruidos, blanco y rosa, aparecen en una gran variedad de fenómenos. Esencialmente el ruido blanco, también llamado en electrónica ruido de Johnson, es el ruido causado por la agitación térmica de los electrones en un conductor eléctrico. El ruido rosa, por su lado, aparece en fenómenos físicos, biológicos y hasta económicos, como por ejemplo, en las fluctuaciones de la radiación estelar, en fenómenos neuronales, o en variaciones en las operaciones de la casa de bolsa, respectivamente. 

   

Ahora que hemos resuelto que son y para qué sirven los ruidos blanco y rosa quizás nos quedan dos preguntas: ¿Por qué se nombran con los colores blanco y rosa? ¿No se supone que estamos hablando de sonidos? La razón por la que los llamamos blanco y rosa se debe a una analogía.

En física, y consecuentemente en acústica e ingeniería, hacemos una analogía entre el contenido espectral de una señal acústica (u otra) con el espectro de la luz visible. Mediante esta analogía podemos describir la densidad espectral (la cantidad de energía por frecuencia) que contiene una señal de ruido aleatorio mediante colores.

Esta analogía resulta muy útil, no sólo porque nos permite identificar de una forma intuitiva y sencilla el contenido espectral (de frecuencia) de una señal, sino también porque relaciona dos espectros de frecuencias, el visible y el audible, de tal forma que podemos describirlo en términos objetivos y no ambiguos, como cuando hablamos del color de un micrófono de condensador o de la coloración de un par de monitores de estudio.


Así, llamamos ruido blanco a las señales que contienen igual energía por frecuencia en analogía con la luz blanca, que es la suma de todas las longitudes de onda del espectro electromagnético visible, en el que cada longitud de onda corresponde a luz de un color. De igual forma, podemos describir diferentes colores de ruido dependiendo de su contenido espectral. El ruido rojo, por ejemplo, que tiene una densidad espectral proporcional a 1/ƒ2, tiene una mayor densidad de frecuencias bajas, en el extremo inferior del espectro visible (rojo), mientras que el ruido violeta tiene una densidad espectral proporcional a ƒ2, lo que le da una mayor densidad de frecuencias altas, y por ello la analogía con el color violeta en el extremo superior del espectro visible.

Estos ruidos de diferentes colores tienen aplicación en diversas áreas de la ciencia. En lo que respecta al ruido rosa, su densidad espectral se encuentra estadísticamente entre el ruido blanco y el ruido rojo, y como todo mundo sabe, el rosa es una mezcla de blanco y rojo.

Otro color de ruido de importancia para el audio —aunque menos conocido—, sería entonces el ruido negro, que podemos definir (existen numerosas definiciones para este color según su campo de aplicación) de acuerdo a la misma analogía, como la ausencia de color, o en audio la ausencia de señal: el silencio. Aunque sabemos que ningún equipo de audio es absolutamente silencioso, ya que todo equipo de audio presenta cierto ruido de fondo inherente a su operación electrónica, en audio digital podemos representar una señal completamente silenciosa; todos los bits en cero. Al menos en términos de señal digital tendríamos un silencio perfecto, el cual nos permite evaluar la calidad de la transmisión digital, convertidores D/A y procesadores de señal digital (DSP).