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Ganancia y sensibilidad

Al momento de elegir o instalar un amplificador en una cadena de audio es común que sólo se observe su potencia, dejando de lado especificaciones tan importantes como su ganancia y sensibilidad. Pero, ¿cual es la relación entre estas dos?

La ganancia (o ganancia de voltaje) es la relación entre la señal de salida y la de entrada. Especifica cuanto se amplifica la señal de entrada.

G = Vout/Vin

G (dB) = 20 * log (Vout/Vin)

Por ejemplo, supongamos que la ganancia de un amplificador es de 30 dB, si 6 dB representa el doble de tensión entonces con 30 dB se va a duplicar 5 veces, es decir que la señal gana 32 veces en amplitud. De esta manera si al amplificador ingresa una señal de 1 Volt, a la salida hay 32 Volts. Al estudiar la cadena de ganancia de un sistema es más simple trabajar en dB que en ”veces”. Si se tiene una señal de 3.5 dBV, el ecualizador tiene una ganancia de -3 dB y el amplificador de 18 dB, el resultado al final de la cadena es de 18.5 dBV (alrededor de 8.4 Vrms). Esto es la señal de entrada (1.5 Vrms) multiplicada por la ganancia resultante de 5.6 veces (15 dB).

cadena-ganancia

Fig 1: Cadena de ganancia.

Por otro lado la sensibilidad de un amplificador hace referencia a la tensión de entrada necesaria para lograr el maximo nivel de salida, antes de que suceda el recorte. No hay que confundir esta espacificación con la del máximo nivel de entrada, dado que esta refiere al nivel máximo de señal que el preamplificador puede manejar, antes del recorte, esto es sin importar que esta sucediendo a la salida del amplificador.

La relación entre ganacia y sensibilidad es entonces la potencia máxima. Por ejemplo tenemos un amplificador con una sensibilidad de 2,2 dBu (1 Vrms) y una potencia de 330 Watts (en 4 ohms), la ganancia necesaria para lograrlo es de 31 dB (36 veces). Es decir que con dos de los tres datos se puede deducir el otro, lo único que hay que tener en cuenta es saber a que impedancia se especifica el amplificador para poder pasar de potencia (Watts) a tensión (Volts):

Potencia = Tensión * Corriente

Impedancia = Tensión/Corriente

Potencia = (Tensión^2)/Impedancia

switch

Fig 2: Selector de ganancia o sensibilidad.

Muchos de los amplificadores profesionales cuentan con un selector de ganancia (las más comunes entre 28 y 38 dB). Es importante entonces conocer la tensión de salida del equipo anterior al amplificador, de esta manera se puede elegir la ganancia óptima para el sistema y las necesidades. Supongamos la situación de consola + amplificador, si se elije una ganancia muy baja, se tiene que trabajar con los faders bastante arriba para lograr el máximo nivel. Por el otro lado si se elije una ganancia muy alta, es posible que se este amplificando mucho ruido, por trabajar con señales de entrada de bajo nivel. Si se va a trabajar con múltiples amplificadores, es importante revisar que trabajen con la misma ganancia, es decir que ante la misma señal de entrada, tengan la misma señal de salida.

Para que todos los equipos trabajen relativamente con los mismos niveles, se estableció un estandar de nivel de línea para el audio profesional de +4dBu (1,22 Vrms). Esto no quiere decir que todos los 0dB de los equipos se encuentren a ese nivel, pero si es un referencia del nivel de tensión al que se trabaja.

Ing. Eduardo Sacerdoti

Investigación & Desarrollo – Equaphon

Eduardo Sacerdoti

5 Comments

  1. Muy buena la clase, si embargo, en el manejo de los datos y los resultado quedo en aleluya. Me gustaría que las ilustraciones llevaran consigo las formulas matemáticas para poder saber de dónde salen dichos resultados.
    Saludos y bendiciones.

    • Hola Gerardo, gracias por el comentario.

      A veces poner muchas fórmulas también marea, pero lo voy a tener en cuenta para las próximas publicaciones.
      Acá dejo resueltos los ejemplos del post, espero que se entiendan.
      Para pasar de dB a “veces” hay que hacer la inversa del logaritmo (en sonido se usa de base 10), entonces:

      30 dB = 20*log (Vout/Vin) —> 30/20 = log (Vout/Vin)
      10^(30/20)= Vout/Vin —> 31,6 * Vin = Vout (gana casi 32 veces)

      Como sabemos que 6dB representa practicamente el doble de tensión y que 30dB son 5 veces 6dB, podemos decir que el resultado total va a ser 5 veces el doble es decir 2*2*2*2*2=32 (una forma más intuitiva y rápida de resolverlo).

      Para el resultado de cadena de ganancia hay que recordar que:

      dBV = 20*log (Volts) —> 10^(dBV/20) = Volts

      La ganancia final del sistema esta formada por una etapa de -3 dB y otra de 18 dB, el resultado es entonces de 15 dB (la suma de todas las estapas). Esto quiere decir que la señal de entrada gana 15 dB —> 10^(15 dB/20) = 5.6 veces.

      Al trabajar en dB simplemente se suman la ganancia (de cada etapa o total) a la señal de entrada, en este caso 3,5 dBV + 15dB = 18,5 dBV. En cambio si queremos trabajar en veces hay que multiplicar la tensión de entrada por la ganancia del sistema (de cada etapa o total): 1,5 V * 5,6 = 8,4 V.

      Podemos comprobar que es lo mismo trabajar de las dos maneras:

      18,5 dBV = 20*log (8,4)

      Para el ejemplo de potencia máxima hay que recordar:

      dBu = 20*log (Volts/0,775)

      Para lograr 330 Watts en 4 ohms se necesitan aproximadamente 36 Volts:

      Potencia = (tensión^2)/impedancia
      330 = (36^2)/4

      Si mi sensibilidad es de 1 Volt y necesito ganar 36 veces.

      31 dB = 20*log (36)

      Espero haber aclarado las cuentas.
      Saludos!

  2. Buen Post gracias por compartir. Me gustaria saber mas de Amplificadores clase AB y su diseño.

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