Teoria de procesadores de audio

Teoría de los procesadores de audio multibanda y su influencia en el alcance en FM estéreo

Oscar Bonello, AES Member, Solidyne Labs-Buenos Aires NOTA: Este trabajo ha sido publicado como paper, en inglés, por el Journal of the Audio Engineering Society, New York, Marzo 2007 (www.aes.org)

0 - INTRODUCCION
La tecnología del procesado de audio para aumentar la modulación de las emisiones deradiodifusión en AM y FM ha sido usada durante muchos años habiendo sido objeto de numerosas publicaciones. En el caso de las transmisiones de AM ha sido demostrado, hace mucho tiempo por O.Bonello [1] que el procesado aumenta de forma mensurable el nivel rms promedio de audio, permitiendo predecir el incremento del alcance de la emisora en base a la mayor potencia en bandas laterales. El uso detécnicas digitales de procesado de audio mediante DSP ha refinado la tecnología de los procesadores multibanda, logrando un sonido muy sólido y agradable al oído, además de cumplir su función de incrementar el nivel promedio de modulación. Sin embargo, los principios básicos de diseño son guardados como celoso secreto. Un aspecto particularmente importante es el estudio del alcance de lastransmisiones de FM. Esto es debido al hecho de que la potencia de una señal de FM no depende del nivel de modulación, sino que siempre es constante, por serlo su amplitud. Las bandas laterales de la FM tienen además un comportamiento muy complejo, que hace difícil sacar conclusiones. Como resultado de estas comprobaciones, casi todos los ingenieros de comunicaciones piensan que en FM el procesado de audiocarece de la ventaja de incrementar el alcance de la estación. A esto, sin embargo, se contrapone la experiencia de los ingenieros de audio a cargo de las estaciones de broadcasting en FM, quienes saben por experiencia práctica que la instalación de un buen procesador de audio le permite mejorar su llegada en áreas marginales, aunque no están claras las razones por las que esto ocurre. En esteestado de cosas, el presente trabajo busca aclarar de manera científica el concepto del aumento del valor rms de la modulación y su influencia en el alcance de una radio de FM mono y FM estéreo.

1- AUMENTO DEL VALOR RMS DE LA MODULACION
Vemos en la FIG 1 el diagrama en bloques simplificado, de un procesador de audio multibanda, ya sea digital o analógico. El número de bandas usualmente varíaentre 3 y 6 bandas. La señal de audio viene con pre-énfasis y es llevada a filtros de banda, generalmente de 24 dB/octava. Cada banda es comprimida con compresores de pendiente elevada (usualmente mayor de 20:1). Los tiempos de ataque y recuperación son ajustados por el ingeniero de la estación para optimizar el sonido, desde un punto de vista psicoacústico.

FIG 1 Diagrama en Bloques de uncompresor multibanda

A primera vista surge que al comprimir en bandas separadas es posible lograr una elevada densidad de sonido pues cada banda es nivelada para máxima señal. Esto se vincula con el concepto de sonoridad de una señal de programa. Es un concepto clásico de la psicoacústica vinculado con la forma en que en el oído interno, más precisamente en la membrana basilar, son excitadas las ciliasy sus correspondientes terminales nerviosas. Dicha excitación se distribuye por bandas de frecuencia sobre la membrana formando una especie de analizador de espectro biológico. Cada una de las notas musicales ocupa una determinada zona de la membrana basilar. Vemos en la FIG 2 la excitación que producen dos tonos. Esto representa una típica situación al escuchar un tema musical en el cual existendos bandas predominantes. Si este material sonoro es comprimido en varias bandas, el nivel sonoro de cada una de ellas se incremente, como se ve en la parte inferior de la FIG 2, logrando una excitación más amplia de la membrana basilar, que el oído asocia con un sonido de mayor sonoridad, aunque su nivel rms sea el mismo.

FIG 2 Excitación de la membrana basilar del oído

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