Nivelul si impedanta

Fie cã sunteþi tehnician într-un studio de înregistrare sau un muzician pe scenã, cu siguranþã v-aþi lovit de probleme la interconectarea aparatelor. Parametrii tehnici ale echipamentelor (audio sau de orice alt fel) pot pãrea criptici la prima vedere pentru începãtori. Citind acest articol veþi vedea cã de fapt nu e nici o vrãjitorie în a interpreta etichetele cu date tehnice ale amplificatoarelor, mixerelor, difuzoarelor, microfoanelor sau echipamentelor de înregistrare/redare, ºi de fapt care este influenþa parametrilor cei mai importanþi asupra succesului sau eºecului de a obþine rezultatele dorite.

Propagarea corectã a semnalelor dintr-un echipament în altul depinde în principal de urmãtorii factori:
- nivelul semnalului la ieºire
- impedanþa la ieºire
- nivelul aºteptat al semnalului la intrare
- impedanþa de intrare
- impedanþa cablurilor
- zgomotele ºi perturbaþiile captate
Toþi aceºti parametri au o influenþã crucialã asupra calitãþii semnalului.
Discuþiile care urmeazã sunt majoritatea valabile atât pentru semnale analogice audio, cât ºi pentru semnale audio în format digital.


1. Nivelul semnalului

Nivelul semnalului nu este considerat în mod strict un indicator al calitãþii conþinutului audio. Totuºi, rezultatul procesului înregistrare –> transport –> redare –> ascultare depinde foarte mult de alegerea corectã a nivelelor de semnal pe tot parcursul traseului informaþional.
Dacã luãm ca exemplu ascultarea unui CD, nu avem controlul asupra calitãþii echipamentului celui care o ascultã. Suntem însã cu toþii de acord, cã pentru a obþine un material audio ce satisface cele mai stricte exigenþe, echipamentele de studio (începând de la microfon ºi terminând cu inscriptorul de CD) trebuie operate la parametri ce scot maximul de performanþã din acestea. Trebuie subliniat însã, cã un material audio va putea fi considerat bun dacã ºi din punct de vedere al conþinutului, ºi din punct de vedere tehnic nu este nimic de reproºat. Aceste pagini au fost scrise cu gândul de ajuta la atingerea celui de-al doilea deziderat.

1.1 Efecte audibile ale nivelului de semnal

Pe parcursul înregistrãrii, mixãrii, procesãrii, etc. trebuie menþinut nivelul corect al semnalului. Pot fi comise erori de genul:
- nivelul a douã semnale mixate nu este corect, deci semnalele nu se raporteazã corect unul la celãlalt
- nivelul a douã bucãþi de program consecutive diferã, acesta se traduce la ascultãtor prin schimbãri neplãcute de volum
- într-un punct al lanþului de semnal nivelul este prea ridicat sau prea scãzut, astfel încât echipamentele sunt folosite în afara limitelor tehnice


Nivelul semnalului are un efect crucial asupra unor indicatori de calitate: dacã nivelul este prea scãzut, raportului semnal-zgomot este înrãutãþit, dacã nivelul este prea ridicat, cresc foarte mult distorsiunile.


Este important de menþionat, cã nivelul semnalului trebuie sã fie corect nu numai la ieºirea din amplificatorul final sau la ieºirea din studio, ci pe parcursul întregului lanþ de semnal. Trebuie monitorizate nivelele ºi setate corespunzãtor fiecare potenþiometru de volum de pe fiecare echipament din lanþ.


Urechea umanã este un instrument mult prea imprecis pentru evaluarea nivelul unui semnal audio. Nu poate detecta valoarea absolutã a intensitãþii. Nimeni nu poate compara intensitatea a douã sunete decât dacã apar simultan, sau imediat unul dupã celãlalt. În plus, urechea este relativ insensibil ºi la detecþia variaþiilor de volum, o schimbare de cel puþin 10% în intensitate este necesarã pentru a fi perceputã.

Din aceastã cauzã avem nevoie de instrumente pentru mãsurarea ºi indicarea corectã a nivelului de semnale.

Sunetul fiind transformat în semnale electrice, nivelul semnalului este caracterizat prin mãrimi electrice. Semnalul audio este un curent sau o tensiune alternativã. Pentru caracterizarea lor se folosesc mãrimi specifice, cum ar fi valoarea efectivã sau RMS, valoarea vârf-vârf, frecvenþa semnalului, spectrul de frecvenþe, etc.

Semnalele audio obiºnuite, cum ar fi muzica sau vorbitul nu conþin numai o singurã frencvenþã, ci sunt de fapt o suprapunere de semnale sinusoidale de frecvenþe foarte diferite ºi amplitudini (intensitãþi) diferite, care pe deasupra se ºi schimbã cu timpul.

Pentru testarea echipamentelor sunt folosite semnale "pure", formate dintr-o singurã componentã sinusoidalã (curent alternativ) de frecvenþã ºi intensitate specificatã. De exemplu: semnal sinusoidal cu "amplitudinea 2 VPP ºi frecvenþa 1 kHz" înseamnã cã valoarea momentanã a tensiunii variazã între extremele +1V, -1V, +1V, -1V etc. (2 VPP sau 2 V Peak-to-Peak sau 2 Volþi vârf-vârf), un ciclu complet (de la 0 V la +1 V, la 0 V, la -1 V ºi înapoi la 0 V) repetându-se de 1000 ori pe secundã. Amplitudinea aceluiaºi semnal poate fi caracterizatã ºi prin valoarea efectivã sau RMS (root-mean-square), în cazul menþionat este vorba de un nivel de 0,707 Veff sau 0.707 VRMS. Formula de transformare este simplã:



Problema cu specificarea semnalelor în Volþi este cã dacã ascultãm în mod consecutiv, spre exemplu la intervale de 1 secundã semnale de aceiaºi formã (de ex. sinusoidal) cu valoarea efectivã de 8VRMS, 7VRMS, 6VRMS, 5VRMS, 4VRMS, 3VRMS, 2VRMS, 1VRMS pe un difuzor, nu vom percepe o scãdere liniarã al volumului, de ritm constant. Urechea umanã va percepe o scãdere foarte lentã, apoi tot mai rapidã a intensitãþii sunetului. Pentru a obþine o percepþie cu intensitatea sonorã scãzând în trepte echidistante, ar trebui sã aplicãm difuzorului semnale consecutive de valoare 8VRMS, 4VRMS, 2VRMS, 1VRMS, 0,5VRMS, 0,25VRMS, 0,125VRMS, 0,0625VRMS. Este incomod sã se caracterizeze prin valorile tensiunii nivelele semnalelor din studio, pentru cã dacã este sã comparãm nivelele sonore a douã sau mai multe semnale, ele nu vor fi în acelaºi raport ca ºi indicaþia voltmetrelor.

Acest fenomen se poate explica cu caracteristica de percepþie logaritmicã a urechii (umane, dar nu numai), acest tip de carasteristicã permiþând o gamã mult mai largã de intensitãþi perceptibile decât caracteristica liniarã. De fapt mai toþi "senzorii" biologici au o asemenea caracteristicã logaritmicã.
Pentru a avea o metodã de caracterizare a nivelelor semnalelor apropiatã de percepþia auzului uman, ºi totodatã pentru a putea vizualiza aceiaºi gamã foarte largã de amplitudini (de la microVolþi la Volþi) pe un instrument, s-a introdus scara de decibeli.

Decibelul (prescurtat dB) este de fapt exprimarea unui raport, ºi nu are unitate de mãsurã cum ar fi Volt-ul, metrul sau altele. Este doar un numãr, ce semnificã cum se raporteazã semnalul mãsurat la unul de referinþã. Pentru a indica totuºi cã este vorba de o reprezentare pe o astfel de scarã specialã, valorii i se ataºeazã pseudo-unitatea dB, cu mici variaþii în funcþie de unde este folosit ºi cum se defineºte exact. În electronicã în mod uzual se lucreazã cu "unitãþile" dB, dBr ºi dBu (fost dBm).

Abrevierea dB în sine, fãrã mãrime de referinþã, nu poate fi folositã decât la caracterizarea relaþiei dintre douã semnale. Nu poate fi asociat cu un nivel de semnal anume.

dB este folosit de obicei pentru exprimarea amplificãrii sau a atenuãrii:




dBr este folosit pentru a exprima nivele de semnal absolute raportate la un standard dat. Acel standard trebuie sã fie definit undeva sau sã fie o valoare asupra cãruia s-a convenit în prealabil (de ex. nivelul standard din studio).



Adesea în loc de dBr este folosit dB. (de ex. "Aceastã înregistrare este sub 10dB.") În termeni stricþi, acesta este incorect.

dBu este folosit pentru exprimarea nivelelor absolute. Referinþa la care se raporteazã tensiunile mãsurate este o tensiune concretã, valoarea acesteia fiind definitã cu mult timp în urmã, la începutul erei telefoniei. Este vorba de o tensiune ce dezvoltã 1mW putere pe o sarcinã rezistivã de 600 Ω. (Cu ceva timp în urmã, "dBm" era folosit în acest scop.) Din definiþia aceasta, se poate scrie:



Orice nivel de semnal se poate determina cu formula:



În consecinþã: 0 dBu = 0.775 Veff
Orice alt nivel de semnal se poate calcula, existând o corespondenþã biunivocã între amplitudinea semnalului exprimatã în volþi ºi nivelul semnalului exprimatã în dBu, spre exemplu:
-4dBu=0.49V ; -2dBu=0.62V ; +6dBu=1.55V ; +8dbu=1.95V ; +20dBu=7.75V

Instrumentele de mãsurã folosite la calibrarea sau la verificãrile periodice ale echipamentelor de studio pot fi calibrate în dBu sau în Volþi/miliVolþi. Ambele scãri pot fi folosite pentru a mãsura semnalul, exprimarea în dBu poate este mai familiar unora.

Nivelul semnalelor audio nu este necesar sã se mãsoare cu precizie mare. De obicei este suficient sã se mãsoare cu o precizie de ±1 dBu, ceea ce înseamnã o toleranþã de aproximativ 10%. Astfel cã majoritatea calculele pot fi efectuate într-o manierã grosierã, în cap, dacã se cunosc câteva perechi de valori raport-dBu.

Nivelul de studio

Când se discutã despre nivele de semnal în timpul producerii unui material audio, nivelul "normal" sau nivelul maxim este considerat 100% sau 0dB. Acesta este un nivel relativ. Este deci necesar definirea referinþei, adicã a nivelului standard de studio. Acesta din urmã va fi un nivel absolut, exprimat fie prin unitãþi dBu, fie în Volþi. Desigur, pentru cei care folosesc studioul, nu este necesar cunoaºterea nivelului absolut, standard al studioului în cauzã, este de ajuns sã se discute în unitãþi dB.

Tehnicianul studioului trebuie sã se asigure cã toate echipamentele sunt aliniate la nivelul standard. De exemplu în Germania nivelul standard de studio este +6 dBu = 1,55 V. (A nu se confunda cu "headroom"-ul!) Alte þãri au alte nivele standard, de obicei între +4 dBu ºi +12 dBu. Valoarea concretã nu este atât de importantã, dar este vital ca un singur nivel standard de studio sã existe pentru toate echipamentele folosite într-un studio. Desigur, este de preferat adoptarea unui standard naþional sau internaþional la construirea unui studio, ºi nu stricã dacã ºi ceilalþi în afarã de tehnician cunosc aceastã valoare.