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Estructura de ganancia

En general al trabajar con señales de audio se utilizan y conectan en cadena más de un equipo, tanto en vivo como en estudios de grabación.
Es importante estudiar y establecer adecuadamente la ganancia de cada equipo para que funcione bien en su conjunto. Principalmente se quiere evitar la distorsión o el exceso de ruido al final de la cadena de audio. Ambos fenómenos, una vez que suceden, son casi imposibles de revertir y por ende hay que tratarlos desde el principio.

recorte

Fig 1: Recorte o clipping de la señal.

La distorsión sucede cuando se quiere trabajar con señales de mayor amplitud de las que el equipo puede manejar, tanto en su entrada como en su salida. Esto genera algo conocido como recorte o clipping (figura 1), y con ello la distorsión. Este hecho puede suceder tanto analógica como digitalmente, y en general, la distorsión generada por el clip digital es más notoria. Para evitar errores, hay que tener en cuenta las escalas con las que se trabajan. Cuando en general el 0 dB significaría ganancia unitaria en los equipos, el 0 dBFS (Full Scale) refiere al valor máximo digital que puede tomar la señal antes del recorte.

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Fig 2: Relación señal-ruido.

Por otro lado es sabido que todos los equipos introducen cierta cantidad de ruido a la señal de audio (sin tener en cuenta alguna falla puntual). Es inherente a la electrónica y se llama ruido de Jhonson-Nyquist (o ruido térmico), su densidad espectral de potencia es prácticamente plana y por ende suena como ruido blanco. Si se sube al máximo la ganancia de un equipo sin ingresarle señal es fácilmente reconocido como un soplido. La diferencia entre el nivel de la señal y el piso de ruido se conoce como relación señal-ruido (figura 2).

Ajustar la estructura de ganancia implica optimizar las diferentes etapas de la cadena para lograr la mejor relación S/N evitando el recorte de la señal.

Para ejemplificar se puede estudiar una cadena típica de audio. La misma está compuesta por una fuente (micrófono o línea), un mezclador, un procesador, un amplificador y un altoparlante (figura 3).

cadena

Fig 3: Cadena de audio.

Al principio de la cadena se encuentra la fuente. En general el caso más crítico es el de los micrófonos, debido a que su nivel de salida suele ser muy bajo (milivolts). También poseen ruido propio, y la única solución para lograr una buena relación S/N a su salida es que la fuente sonora incremente su nivel (hablar más fuerte y/o más cerca).

A continuación se encuentra una mezcladora. El nivel nominal que se suele trabajar profesionalmente es de +4 dBu (nivel de línea), alrededor de 1 volt rms. Por otro lado el nivel máximo antes del recorte es alrededor de 12 volts o +24 dBu. Esto significa que se trabaja un ”headroom” alrededor de 20 dB, es decir entre el nivel nominal de la señal y los picos máximos que puede alcanzar. Por ejemplo si hay tres equipos con máximos de 24 20 y 26 dBu, y se requiere un headroom de 18 dB, se puede trabajar con una señal nominal de 2 dBu, es decir que se está limitado por el equipo de menor salida.

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Fig 4: Control de ganancia de un preamplificador.

Para elevar la señal de los micrófonos, se cuenta con preamplificadores que son capaces de amplificar la señal hasta 60 o 70 dB. Supongamos que el ruido propio del canal de la consola es de -80 dBu y la señal de salida del micrófono es de -50 dBu, aplicando 40 dB de ganancia se obtiene una relación señal-ruido de 70 dB. Es importante tener en cuenta que al final de la cadena se suman todos los ruidos propios de los equipos, esto quiere decir que los 70 dB se pueden transformar en 60 dB.

Por otro lado las mezcladoras también cuentan con atenuadores o ”faders”, que en general también presentan una pequeña ganancia pero es mucho menor a la del preamplificador (alrededor de 10dB). Estos sirven para posicionar al nivel deseado las diferentes señales. Los faders suelen ser logarítmicos, lo que significa que tienen una zona donde presentan mayor precisión (en general entre -5 y +5 dB), tal vez esta condición lleve a volver a pensar en cuál es la ganancia optima del preamplificador, la del máximo nivel posible antes del recorte o la que deje el fader cerca de 0dB (por más que no sea la ideal en cuanto a la relación señal-ruido). Este planteo también se debe a que las consolas digitales (figura 4) de hoy en día presentan pisos de ruido extremadamente bajos (ver Profundidad de bits).

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Fig 4: Faders en consola digital.

Luego de la consola viene el procesador, idealmente debería trabajar con ganancia unitaria, esto quiere decir que a su salida está presente el mismo nivel que a su entrada. Ahora bien, al ecualizar una señal su nivel cambia, para mantener el nivel adecuado se suele corregir la ganancia a la salida. También, de ser necesario, se puede aprovechar esta etapa para adaptar niveles a la etapa de potencia final.

En la última instancia la señal se amplifica al nivel requerido por los altoparlantes para generar el nivel de presión sonora necesario. Los amplificadores de potencia tienen una ganancia fija (ver Ganancia y sensibilidad) pero cuentan con un atenuador de la señal de entrada. De esta manera se puede subir el nivel de la potencia hasta generar la presión deseada. Si se trabaja con amplificadores muy grandes (al máximo de ganancia y de sensibilidad), pero para evitar el exceso de presión sonora probablemente se trabaje a bajo nivel de la consola. Con esta metodología además de trabajar con los faders y medidores en una zona de poca precisión, se empeora la relación señal-ruido. Es importante entonces, ajustar la ganancia y sensibilidad a las necesidades del evento, o dimensionar adecuadamente el equipo necesario.

Ing. Eduardo Sacerdoti

Investigación & Desarrollo – Equaphon

Eduardo Sacerdoti

11 Comments

  1. Es decir que dejar el fader cerca de 0dB no es lo ideal en cuanto a la relación señal-ruido?

    • Hola Juan, lo que no es ideal es poner el fader en 0dB y fijar la ganancia con repecto al nivel que querés que se escuche. De esta manera, probablemente la mayoría de los canales queden con menos ganancia que la de mejor relación señal-ruído. Sin embargo si el piso de ruido de la consola es bajo, puede que valga la pena tener un poco más de ruído por el beneficio (y comodidad) de trabajar con los faders cerca de 0dB.
      Saludos!

  2. Normalmente lo más usual (en mi caso) cuando trabajaba como ingeniero de sonido FOH buscaba siempre el punto de mejor ganancia en los mics, gain input en consola, dejando holgura para jugar con los faders del mixer y naturalmente mucho ensayo con los músicos y equipos.

  3. Hola, para hacer un preset en un kf650, tres vias, en un ambiente sumamente reflectivo. Me conviene hacerlo con el micrófono de medición pegado al bafle o a un metro? Gracias!

  4. Eduardo, ¿que tal? Te quería consultar sobre una gran duda que surge a partir de los 4dbU tanto para consolas analógicas como digitales.
    Cuando trabajé con mesas analógicas el fader lo dejaba abajo, ajustaba la ganancia hasta ver que en el vúmetro pica casi cerca del 0 (excepto algunos casos excepcionales) y a partir de ahí llevaba el fader adonde lo deseaba, para no limitar el uso del pre y sus características sonoras por el fader.
    Ahora, cuando hablamos de mesas digitales, ¿el “0” en donde se deberá ajustar el trim para que la señal pique en el vúmetro debe estar aprox en -20 -15 db?
    Muchas gracias!
    Saludos,

    • Hola Leo! tu consulta es muy buena. Los consolas digitales ya no tienen un ”nivel nominal” de trabajo (o para el caso, tampoco headroom). lo que en general te marcan la pantalla o los leds como máximo es el 0dBFS (Full Scale), es decir el máximo disponible del conversor. En algunas consolas digitales ese nivel se puede elegir, siendo lo más común alrededor de los +22dBu. Si este fuese el caso, como bien decís vos +4dBu quedaría en el -18dB del PPM (Peak Program Meter). Espero haber aclarado. Saludos!

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