O que é estágio de ganho

O mundo do áudio digital pode parecer confuso. Por exemplo, na física do som, o volume é medido em decibéis e os valores são sempre positivos, mas em estações de trabalho digitais (DAWs), os decibéis tornam-se subitamente negativos. E o que é essa estranha magia?

Outro mistério: na tela do DAW às vezes você pode ver níveis de sinal acima de zero, e às vezes até decibéis “positivos” aparecem. O que tudo isso significa? Ajude-me a entender! Os termos “volume”, “ganho”, “nível” são constantemente ouvidos ao nosso redor e no YouTube – mas qual é a diferença entre eles?

Vamos tentar entender isso sem fórmulas complicadas. Afinal, somos principalmente músicos, não engenheiros. E, ao mesmo tempo, aprenderemos como organizar adequadamente o chamado “level headroom” em nossos projetos musicais criados em um DAW.

Essencialmente, não há volume na gravação de áudio digital. O que são decibéis “naturais”

“Loudness” é mais do que apenas uma palavra que tenta descrever a intensidade da pressão sonora aplicada aos ouvidos. Para cada pessoa, sons baixos e altos são percebidos subjetivamente. O que é apenas “alto” para uma pessoa pode ser “terrivelmente alto” para outra.

Fazer música exige sempre levar em conta critérios subjetivos, o que às vezes interfere no entendimento entre os participantes do processo criativo. Portanto, é importante ter uma compreensão mais objetiva do volume ao trabalhar em projetos musicais.

Na natureza não existe um análogo direto do volume, como no mundo digital. O som viaja através de ondas elásticas em meio gasoso, líquido ou sólido. A fonte do som é um corpo físico que experimenta vibrações mecânicas, como uma corda ou cordas vocais humanas.

Vamos tentar imaginar isso visualmente, embora não muito cientificamente: após o som da corda, ela vibra lateralmente (no espaço tridimensional) com certa frequência e amplitude, criando ondas elásticas ao seu redor.

Essas ondas causam áreas de alta e baixa pressão atmosférica que se propagam pelo ambiente gasoso. Os físicos descrevem essas vibrações como “pressão sonora”.

Para medir a intensidade da pressão sonora, os cientistas desenvolveram uma fórmula que leva em consideração a própria pressão, a impedância acústica do meio e a média do tempo. Isso nos permite obter o valor quadrático médio da intensidade sonora em um determinado ponto no tempo e no espaço.

Na música, as vibrações sonoras são principalmente periódicas, semelhantes às vibrações de uma corda. Às vezes avaliamos sua intensidade utilizando o conceito de “amplitude de pressão sonora”, mas na realidade isso não é tão importante.

O que é realmente importante é que decibéis positivos (denotados por um “+”) em física referem-se à intensidade da pressão sonora, mas apenas em relação a um ponto específico em uma escala. Os decibéis são unidades relativas, logarítmicas ou submúltiplas e só fazem sentido se houver um “ponto de partida”.

Na física, esse ponto de partida é um nível de pressão de 20 micropascais (µPa) – esse é o limiar médio da audição humana quando ele ainda não percebe sons e sente silêncio. Embora o gato provavelmente não concordasse com isso.

O grau de intensidade percebida por uma pessoa é estudado separadamente, utilizando suas próprias unidades de medida, como fundos, sua composição de frequência e outros fatores. Mas ao trabalhar com uma DAW, esses detalhes não são tão importantes. O principal para nós é não nos confundirmos com decibéis.

0 decibéis SPL (nível de pressão sonora) significa silêncio para uma pessoa. Abaixo estão alguns valores típicos para comparação:

• 15 dB – “Quase inaudível” – é como o farfalhar das folhas;
• 35 dB – “Claramente audível” – por exemplo, uma conversa abafada, um ambiente silencioso numa biblioteca ou ruído num elevador;
• 50 dB – “Claramente audível” – é como uma conversa em volume médio, uma rua tranquila ou o funcionamento de uma máquina de lavar;
• 70 dB – “Barulhento” – por exemplo, conversas altas a uma distância de 1 m, barulho de uma máquina de escrever, uma rua barulhenta ou um aspirador funcionando a uma distância de 3 m;
• 80 dB – “Muito barulhento” – é como um despertador alto a uma distância de 1 m, um grito, o som de uma motocicleta com silenciador ou o som do motor de um caminhão funcionando. Ouvir esses sons por muito tempo pode causar perda auditiva;
• 95 dB – “Muito barulhento” – por exemplo, o barulho de um vagão de metrô a uma distância de 7 m ou de um piano alto tocando a uma distância de 1 m;
• 130 dB – “Dor” é como uma sirene, o barulho das caldeiras rebitadas, o grito mais alto ou uma motocicleta sem silenciador;
• 160 dB – “Choque” é o nível em que o tímpano provavelmente será rompido, como um tiro de espingarda próximo ao ouvido, uma competição de sistema de som de carro ou a onda de choque de uma aeronave supersônica ou uma explosão de 0,002 megapascal.

Gravação de som. Volume e ganho

Quando gravamos som, temos que converter vibrações sonoras periódicas no ar em elétricas. Desde a invenção do fonautógrafo em 1857, cientistas e engenheiros experimentaram vários métodos de gravação de som.

Acontece que a maneira mais eficaz e barata é usar dispositivos elétricos, como microfones, captadores magnéticos e piezoelétricos (para cordas e, às vezes, instrumentos de percussão, como pianos).

Esses dispositivos eletroacústicos interceptam as flutuações da pressão sonora do ar (captadores magnéticos registram as vibrações das cordas e os sensores piezoelétricos registram as vibrações do corpo) e as convertem em um sinal elétrico analógico.

No momento desta transformação, o som “desaparece” para nós. Depois disso, lidamos apenas com oscilações elétricas “silenciosas” durante nosso trabalho.

São essas vibrações que são transmitidas dentro dos equipamentos musicais – amplificadores, efeitos analógicos, gravadores, etc. Para que essas vibrações, sejam elas amplificadas, processadas ou simplesmente gravadas em fita magnética, voltem a ser som, elas devem ser convertidas novamente. em som usando um dispositivo especial vibrações de ar. Este dispositivo é chamado de alto-falante.

Um sinal analógico tem como propriedade principal – é contínuo no tempo e a cada milissegundo – ou pelo menos um milionésimo de segundo – possui um determinado parâmetro. Digamos que, no caso de uma representação eletrônica analógica do som, esta poderia ser a amplitude (a maior dispersão de valores da média).

O sinal analógico recebido do microfone nos mostra um histórico de mudanças frequentes na pressão sonora durante um período de tempo. Cantamos, digamos, uma música em que planejamos 2 minutos de vocais em versos e refrões, e durante a gravação obtemos, por assim dizer, uma crônica das mudanças na pressão sonora na membrana do microfone.

Os sinais elétricos analógicos obtidos pela conversão de vibrações sonoras são mais facilmente representados na forma de gráficos semelhantes a seno. O som musical e não musical é, na verdade, uma soma complexa de sinusóides.

Mas também pode ser simples – quando o gerador de tom analógico nos dá uma única onda senoidal com uma frequência de, digamos, 440 Hertz (nota “A”), ouvimos um “bip” claro, mas enfadonho, vindo do alto-falante.

E finalmente, aqui chegamos ao ganho. A palavra ganho significa ganho. Definimos seu nível com reguladores em amplificadores e placas de som. Isso difere dos botões de controle de “volume” ou “nível de pressão sonora” (Level) porque podemos amplificar o sinal além do limite além do qual sua distorção começa.

Agora vamos dar uma olhada mais de perto: nossa sinusóide (lembre-se que ela simboliza e visualiza para nós um sinal analógico dentro de um aparelho elétrico) é uma “colina” e “vale” redondo e simétrico que se repete periodicamente.

Podemos aumentar a altura dos “morros” e a profundidade dos “vales” (ou seja, a amplitude) ou, em outras palavras, “fortalecer o sinal”, “adicionar ganho” não indefinidamente.

Não falaremos aqui sobre o design do circuito dos dispositivos, vamos apenas acreditar que cada um deles possui um limite físico até o qual o dispositivo pode aumentar a amplitude do sinal proporcionalmente – sem “quebrá-lo”.

Quando o ganho atinge um ponto crítico e ultrapassa os valores permitidos, o circuito físico do dispositivo começa a cortar as “montanhas” por cima e aparar os “vales” por baixo.

Na linguagem da engenharia, isso é chamado de “recorte analógico”. Nesse caso, além do sinal sonoro útil, chiados, chocalhos e estalos podem ser ouvidos nos alto-falantes. Na engenharia de áudio, isso também é chamado de “distorção não linear”.

Agora podemos entender que o nível de volume na tecnologia musical é uma mudança na amplitude do sinal ANTES do limite além do qual ele começa a distorcer. E o “ganho” pode facilmente ultrapassar esses limites.

O paradoxo é que quando o ganho aumenta significativamente além do valor permitido, a pressão sonora criada pelos alto-falantes (para os quais o sinal processado é enviado) nem sempre aumenta. O que foi dito acima é verdadeiro para processamento de áudio digital.

Digamos que dentro de uma DAW que envia o sinal processado para a placa de som, ao cortar e aumentar o ganho no console virtual para a zona de valores insanos, não ocorre nenhum aumento real no nível de volume. Nos alto-falantes dos monitores de áudio ouvimos apenas o acréscimo de cada vez mais distorção. Isto se deve à representação especial do som em “digital”, sobre a qual diremos algumas palavras a seguir.

Por enquanto, vamos voltar aos “decibéis negativos”. Lembre-se que dB são unidades relativas que só fazem sentido se estiverem relacionadas a algum ponto de referência.

Na gravação de som, tal ponto é considerado o nível do sinal além do qual começa a distorção. É designado como “zero”. Tudo o que está na zona “a zero” é um sinal sem corte, cujo nível é indicado em dB com um “menos”. Tudo acima é um sinal distorcido com corte de amplitude (“picos e vales”). E eles denotam isso em dB com um “mais”.

É comum exibir o nível de volume em decibéis “negativos” tanto em dispositivos analógicos quanto digitais. É conveniente e visual.

O que acontece com o volume no digital?

Em nossas placas de som, o sinal analógico é primeiro amplificado ligeiramente por um pré-amplificador e depois passado por um conversor analógico-digital (ADC). Para simplificar, é isso que um ADC faz:

1. Em отсекает полосу частот, убирая излишнее, por exemplo, звук ниже 20 Герц, который человек все равно не слышит;
2. АЦП разбивает непрерывный сигнал на определенное количество отдельных значений (discriterização e conversão), para Isto é, a verdade é que você pode encontrar o seu sino no local “configurado”.

A frequência de amostragem determina o número dessas “colunas”. A profundidade de bits de quantização, ou “profundidade de bits”, determina a precisão de cada representação de “coluna”.

Quanto maior a taxa de amostragem (mais barras), mais próximo o sinal digital estará da onda senoidal suave original.

A profundidade de bits afeta a precisão da medição do sinal em um determinado momento. Quanto mais bits, menor será o erro. 16 bits para áudio não é ruim, 24 bits é ainda melhor.

• O ADC codifica ou “digitaliza” cada “coluna”, representando-a como um número específico com um número de série.

Nas nossas estações de áudio digital, o som físico, primeiro convertido num sinal analógico e depois num sinal digital através de um ADC, torna-se um conjunto de abstrações matemáticas. Compreender que o som é apenas matemática é importante. Não há “som” real nos fios ou no software.

O nível de volume “zero” em uma estação de áudio digital, além do qual começa a distorção, também é condicional. Para uma profundidade ADC de 24 bits, o “zero digital” é apenas 24 “células” binárias, cada uma contendo o valor “1”.

Como o dia 25 e todas as células subsequentes estão faltando, um sinal que excede “zero” simplesmente não pode aumentar de volume. Em vez disso, mais e mais distorções são adicionadas a ele.

Ao trabalhar com níveis de volume em estações de áudio digital, é importante evitar distorções. Porque o sinal digital coletado dos barramentos master de nossa estação de áudio é enviado para um conversor digital para analógico (DAC), que o envia para monitores de áudio ou fones de ouvido. Aqui ouvimos distorção (corte), o que indica danos à trilha de áudio. Às vezes, a distorção pode ser agradável, como ao adicionar uma leve distorção de fita (fita), que os engenheiros de som podem usar propositalmente.

Como lidar com os níveis de volume em seu DAW

As gravadoras mundiais, tanto no Ocidente quanto no Oriente, que possuem engenheiros de som em sua equipe ou firmam contratos com eles, geralmente solicitam mixagens e stems de músicos sem masterização com níveis de volume não superiores a -6 dB no pico. Eles precisam disso para ter um “espaço de volume” para processamento posterior.

É importante entender que estamos falando de picos, e não do nível médio de pressão sonora de uma trilha sonora, que é medido em RMS ou LUFs (loudness média formal combinada com a sonoridade percebida).

A lógica e a experiência ditam que ao gravar vozes, instrumentos ao vivo e sintetizadores através de uma placa de som, podemos controlar o nível de ganho na entrada e ver o nível de -dB dentro do DAW.

Esforce-se para garantir que os picos do sinal gravado na entrada nunca excedam -6, -5 dB é aceitável e não permita que a “renda” chegue a 0 dB.

Ao usar sintetizadores virtuais e instrumentos sampleados dentro de sua DAW, você pode se sentir um pouco mais livre. Porém, é necessário que haja sempre um “headroom” de volume nas saídas dos instrumentos virtuais e plug-ins de processamento.

Ao iniciar um arranjo em um projeto, é recomendado definir imediatamente os faders do console DAW para todas as faixas em -10, ou preferencialmente -12 dB. Isso criará uma reserva de volume.

É importante lembrar que a trilha sonora costuma conter drama. Eventos musicais se desenvolvem, levando ao clímax. E quando muitos instrumentos entram no forte ao mesmo tempo, o nível total do sinal no barramento mestre excederá necessariamente o nível do sinal de qualquer faixa específica. Portanto, o rótulo para processamento final (masterização) deverá fornecer um arquivo em que os picos não ultrapassem -6 dB.

É melhor evitar exceder esse nível no barramento master durante o arranjo e a pré-mixagem do que perder tempo diminuindo o nível de cada faixa posteriormente. Você também deve estar ciente da possibilidade de automação de volume, o que pode levar a problemas adicionais. É aconselhável obter na mixagem preliminar a mesma imagem originalmente pretendida.

O medo de que uma mixagem soe “tranquila” costuma ser infundado. O som em um DAW nunca é realmente “silencioso” – é apenas uma abstração matemática. Um engenheiro de gravadora que receber uma mistura seca ou hastes com picos de -8 ou até -10 dB não ficará desapontado. Ele mesmo fará todos os ajustes necessários.

Ao trabalhar com níveis de volume em sua DAW, existem algumas regras a serem seguidas que o ajudarão a evitar a maioria dos problemas.