Tag Archives: gain

GAIN – yksinkertainen mutta tärkeä säätö

Yksi tärkeimmistä säätimistä audiosignaalin polulla on “Gain”. Kyseinen säätö voi olla eri laitteissa nimeltään jotain muutakin, esimerkiksi “sensitivity” tai “trim”, mutta se tekee aina samaa asiaa: säätää sisään tulevan signaalin vahvistusta.
Kuten tiedämme, mikrofonit poimivat ilmassa etenevää ääntä ja muuntavat sen sähköiseksi jännitteenvaihteluksi. Mikrofonin herkkyydestä ja äänilähteen voimakkuudesta riippuen tuo mikrofonin tuottama jännite vaihtelee häviävän pienestä melko pieneen. Joka tapauksessa mikrofonitasoinen (mic level) signaali on niin heiveröinen, että se tarvitsee lisää vahvistusta ennen matkaansa mikserin syövereissä tai tallentimelle.

Tarkalleen ottaen tämä signaalitien osa jossa Gain-säätö sijaitsee, on nimeltään esivahvistin (engl. preamp). Nimi viittaa siihen, että jäljempänä signaaliketjun osat (kuten mikserit, tallentimet ja varsinaiset päätevahvistimet) juttelevat keskenään mieluummin suuremmalla, linjatasoisella (engl. line level) jännitteellä.

Menemättä sen syvemmälle elektroniikan puolelle, todettakoon siis vielä tiiviisti tämä työnjako: esivahvistimen (tunnetaan myös nimellä etuaste) tehtävä on vahvistaa mikrofonilta tuleva hyvin heikko jännite tasolle, jolla ketjun muut osat pystyvät sitä paremmin käsittelemään.

Mikä sitten on sopiva asetus Gain-säädölle? Pääpiirteissään pyritään signaalin voimakkuus säätämään tasolle, jolla se erottuu riittävästi pohjakohinasta (signal-to-noise ratio, SNR) mutta ei kuitenkaan vielä säröydy (clip, distortion, overdrive) ainakaan harmillisen paljoa. Kitaravahvistimissahan tietysti usein juuri tätä yliohjautumisen tuottamaa säröä haetaan tarkoituksella, mutta äänitystarkoituksiin säröä harvemmin haetaan tarkoituksella itse äänikortin tai mikserin etuasteilla.
Lyhyesti: gainia tarvitaan tarpeeksi, mutta ei liikaa.

Eri laitteet tarjoavat tason säätämisen avuksi monenlaisia ja -tasoisia mittareita ja merkkivaloja. Yksinkertaisin mittari lienee jonkinlainen signaalin yliohjautumista (eli säröytymistä) ilmaiseva Overload- tai Clip-merkkivalo joka vilkahtaa heti signaalitason noustessa optimaalista suuremmaksi.
Tässä tapauksessa siis artistin tulkitessa mikrofoniin normaalilla esitysvolyymilla ruuvataan Gain-säädintä, kunnes voimakkaimmissa kohdissa kyseinen merkkivalo syttyy. Tästä voidaan sitten peruuttaa hieman. Samalla tietysti kuunnellaan äänenlaatua – joskus signaali muuttuu inhottavan “kireäksi” jo ennen merkkivalojen syttymistäkin. Livenä tietysti ylenmääräisen vahvistuksen tarjoaminen johtaa helposti kierto-ongelmiin (eli siihen inhottavaan kaiuttimista kuuluvaan vinkunaan/ulvontaan).

Hienostuneemmissa laitteissa voi tasonsäätöön olla sitten esimerkiksi jonkinlainen mittari. Näin digiaikana kannattaa olla tarkkana siitä, minkälainen asteikko kyseisessä mittarissa on käytössä. Perinteisissä analogilaitteissa ja niitä jäljittelevissä mittareissa asteikko alkaa jostakin miinus äärettömän paikkeilta ja jatkuu sitten nollan kautta johonkin kohti +12 dB lukemia. Tällaisella “yli nollan” jatkuvalla asteikolla (esim. dBu) nolla ilmaisee optimitasoa eli gain säädetään niin, että voimakkaimmat signaalin huiput (engl. peaks) hyppivät jossakin +3 – +6 dB tietämillä. Jälleen kerran kannattaa kuunnella samalla soundia kriittisesti. Hyvät analogilaitteet värittävät esimerkiksi laulusoundia miellyttävälläkin tavalla, kun signaali ruuvataan tarkoituksella “kuuman” puolelle. Ei niin hyvät laitteet värittävät myös signaalia, mutta eivät välttämättä parempaan suuntaan.

Digitaaliset mittarit (jotka tunnistaa miinusäärettömästä vain nollaan ulottuvasta asteikosta, nimetty esim. dBFS eli Decibel, Full Scale) toimivat sitten hieman erilaisella tuntumalla. Tähtäimessä ei signaalin voimakkuuden kanssa olekaan nyt nolla, vaan muutamia desibelejä alle nollatason. Laitteen kalibroinnista riippuen analogimittarin nollataso on digiasteikolla jossakin -18 tietämillä. Esimerkiksi vaikka Audacityn tai Logicin mittarista katsoen äänikortin gain-säädin tulee ruuvata asentoon, jossa sisään tuleva signaali täyttää noin kaksi kolmasosaa (tai kolme neljäsosaa) mittarista. Numeerisesti signaalihuiput saavat siis hypellä jonnekin -12 paikkeille. Tämä varmistaa, että voimakkaampia huippuja varten on vielä yliohjausvaraa – ja toisaalta myös sen ettei miksausvaiheessa masterulostulosta lopu bitit kesken heti toista raitaa lisättäessä…

Lyhyt yhteenveto edellisestä selonteosta:
– etuasteen Gain-säädin on yksi tärkeimmistä säätimistä koko signaaliketjussa
– gain-säädön tarkoitus on sovittaa sisääntulevan signaalin voimakkuus laitteistolle sopivimmalle tasolle
– tarpeeksi, mutta ei liikaa. Liika vahvistus johtaa signaalin säröytymiseen sekä livenä kierto-ongelmiin
– käytä mittareita ja merkkivaloja avuksi, mutta käytä myös korviasi
– mittareissa on käytössä erilaisia asteikoita (analoginen dBu, digitaalinen dBFS). Vrt. 0 Celsius vs 0 Kelviniä…

Lisämateriaalia aiheesta on verkko pullollaan vaikkapa hakusanoilla “dbu vs dbfs”. Ohessa vielä verkosta bongaamani hyvin asiaa selventävä kuva: https://www.webel.com.au/sites/default/files/manual-upload/zb-reflevel-analogdigital.png