Vocabulário básico: Ganho, sinal, ruído, Dynamic Range

Decibéis são a forma de medir a intensidade sonora de um jeito relativamente prático, mas ao mesmo tempo possui muitos complicadores para entendê-lo de forma plena . Já falamos sobre a definição de decibéis nesse post, mas agora falaremos sobre desdobramentos dessa definição e como ela pode se tornar prática para a utilização em equipamentos de som. Inicialmente, é importante que estabeleçamos que Sinal é aquele som que você está captando (voz, efeitos sonoros, instrumentos, etc.) e que não é nenhuma interferência ou ruído eletrônico.

dB FS vs dBW vs dB SPL

A escala SPL (Sound Pressure Level) de decibéis baseia-se na nossa audição para determinar o seu zero. Abaixo de zero decibéis é impossível o ser humano escutar algo. A escala dBW se baseia na escala SPL, mas trazendo para o mundo da eletrônica, uma vez que a escala em SPL é baseada em Pascal e a dBW é baseada em Watts. Ambas são escalas que normalmente ocorrem com números positivos, apesar de existirem valores negativos em dB SPL.

Já a escala FS (Full Scale) é a uma escala que usa números negativos e que tem o zero como o seu valor máximo. Para trabalharmos com áudio, saber o que é 0dB FS é essencial. Vamos supor que um fone de ouvido tenha uma capacidade máxima de reproduzir 110 SPL e depois disso o som irá distorcer. Nesse caso, 110dB SPL é o referencial para ser o 0 dB FS do fone. Com isso, podemos trabalhar com valores abaixo de zero como referência para a zona mais utilizável do fone.

Noise Floor

Agora que já sabemos o que é a nossa extremidade máxima de nível, podemos entender qual é a nossa extremidade mínima. Todo equipamento eletrônico produz ruído. Os eletroestáticos (no mundo dos microfones representados pelos condensadores) precisam de uma fonte externa de energia elétrica pra funcionar e é a partir daí que vem a maior parte do seu ruído. Com isso, muitas pessoas pensam que os eletrodinâmicos (que não precisam de uma fonte elétrica externa para funcionar) produzem menos ruído, mas a verdade é que a própria movimentação das moléculas da estrutura do equipamento podem produzir esse ruído. O ruído eletrodinâmico pode de fato ser menor, mas normalmente o sinal também é. Além disso, caixas de som passivas recebem sinal de fontes como um computador, uma mesa, um amplificador ou algum outro tipo de reprodutor e normalmente essas fontes possuem fontes elétricas e que podem passar esse ruído às caixas.

Por ruído eletrônico, vamos entender como Ruído Branco. Ainda falaremos de ruído branco em postagens futuras, mas aqui nos limitaremos a dizer que o ruído branco é um ruído de que possui a mesma intensidade em todas as frequências, como podemos ver no vídeo abaixo.

Ruído branco tirado do site audiocheck.net
Se o nível desse ruído for, por exemplo, 25dB SPL, podemos dizer que não ouviremos nenhum som abaixo dos 25dB, uma vez que o ruído irá cobrir um som abaixo desse nível. Chamamos esse ponto de Noise floor (chão do ruído).

Signal-to-Noise Ratio

Sendo que o ruído não some do sinal até atingir certo nível, que chamamos de Nível Ideal de Sinal (Optimum Signal Level). A partir desse nível, o ruído presente no sinal é desprezível. Entretanto, toda essa zona entre Noise Floor e o Nível ideal de sinal pode ser muito extensa e indesejável. Chamamos essa zona de Signal-to-noise Ratio, ou seja, proporção entre sinal e ruído: quando mais pra baixo (perto do noise floor) mais ruído e quanto mais pra cima, mais limpo será o sinal.

Headroom

Entre o nível ideal de sinal e o pico (onde o som distorce), temos o headroom, uma zona onde o sinal é gravado ou reproduzido de forma ideal, sem a presença de ruído. Esse é um conceito muito interessante, porque originalmente leva em consideração a capacidade adaptativa do nosso ouvido a diferentes tipos de pressão. Por conta da ligação do ouvido com a a laringe e cavidade nasal, nós nos adaptamos ao ouvir um som mais alto, perdendo temporariamente a capacidade de ouvir sons mais baixos. Quanto mais nos aproximamos do limiar da dor (120dB-140dB) mais essa perda passa a ser permanente. Entretanto, essa adaptação temporária é um fenômeno que ocorre naturalmente nos níveis normais de escuta (algo entre 45dB e 95dB).
Portanto, o headroom é uma zona onde não conseguimos escutar o ruído por ele estar muito abaixo do nível do sinal. Não temos como estabelecer uma convenção de qual é o tamanho exato de um headroom, uma vez que vários equipamentos influenciam no nível do ruído e do sinal (em especial, microfones e preamplificadores), mas existem muitas convenções.
Em geral, gravadores vêm com marcadores em -3dB, -6dB, -12dB e -24dB. Entende-se que:
– Abaixo de -24dB certamente não é mais headroom.
– Na zona dos -12dB certamente já é headroom.
– Acima de -3dB é uma zona de risco, já que a maioria dos microfones não são flat e algumas das frequências podem já estar estourando em -2dB ou -1dB
– Dessa forma, -6dB se torna um alvo para gravar um sinal simples, que está no headroom mas não está estourando.
Outros técnicos de som afirmam que o headroom começa em -18dB, mas creio que essa é uma informação muito simplista e acredito que a organização listada acima seja a mais confiável. Sempre gravar o sinal próximo de 0dB mas sem estourar é uma boa prática.

Dynamic Range

A distância entre o pico e o noise floor é chamada de dynamic range, a distância entre o som mais intenso e o menos intenso que pode ser captado, processado ou emitido por um eletrônico. Existem diversas traduções para Dynamic Range (Latitude, faixa dinâmica, Alcance dinâmico, etc.), mas todas significam a mesma coisa.

Mas e o ganho?

Ganho pode ter muitos significados, todos relacionados à intensidade de decibéis. Creio que uma boa forma de entender ganho é entendê-lo como uma distância entre o sinal e o ruído. Se o sinal for muito mais alto que o ganho, dizemos que o sinal tem um ganho elevado. Se um preamplificador consegue aumentar bastante o sinal sem aumentar o ruído, dizemos que esse preamp tem um ganho bom.
Na verdade, essa é a principal função dos preamplificadores e amplificadores: aumentar o ganho. Mais do que aumentar a intensidade sonora, uma boa amplificação aumenta o sinal sem aumentar o ruído, o que aumenta a claridade e resolução do som.
Aumentar o ganho de um sinal aumenta tanto o Headroom quanto o Dynamic Range.
Por vezes, a palavra ganho pode significar pura e simplesmente intensidade sonora (Assim como nível ou volume). Não é errado usar a palavra ganho nesse sentido, mas creio que seja um pouco confuso.
Em geral, manuais de alguns equipamentos podem vir com a especificação das zonas do Dynamic Range, como podemos ver no manual do microfone Rode Ntg-2:
Propriedades de um Rode NTG-2, retiradas do manual presente em http://cdn1.rode.com/ntg-2_product_manual.pdf

No caso, o noise floor desse microfone é 18dB e o pico é 131dB. Se calcularmos (131-18), chegaremos a 113, que é exatamente o Dynamic Range desse microfone. A zona de Signal-to-noise é de 76dB. Somando esse valor aos 18dB SPL do noise floor, chegaremos a 94dB SPL, que é o nível de sinal ideal e a partir daí teremos o Headroom. Como 94dB é um nível relativamente alto (equivalente a um grito, por exemplo), podemos dizer que esse microfone não é muito bom para gravar diálogos, precisando de um bom preamplificador para tal propósito. O preamplificador aumentará o ganho, diminuindo a presença de ruído e aumentando o tamanho do Headroom.

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