Control de ganancia digital

Published On Dec-06-2017

Transcripción

Estamos familiarizados con la práctica de aumentar la ganancia del preamplificador al grabar, de manera que la señal alcance el nivel más alto posible, sin distorsionar los circuitos analógicos ni producir clipping en el convertidor o en el resto del sistema digital. De esta manera, se utiliza todo el rango de cuantización del sistema digital y se maximiza el SNR.

En numerosas ocasiones, es necesario manipular el nivel de la señal digital, luego de que ha sido grabada. Esto puede darse en la edición, al modificar el clip gain del material de audio en el secuenciador, o bien, durante la mezcla. Esto se lleva a cabo por medio de la multiplicación de cada muestra de audio por un coeficiente. Cuando este coeficiente es mayor a 1, la señal es amplificada. Cuando el coeficiente es menor a 1, la señal es atenuada.

¿Cuáles mecanismos aritméticos se emplean para obtener esta modificación de ganancia? Aunque se trata de un procedimiento que consideramos trivial y sencillo, en realidad, se trata de un proceso más complejo de lo imaginado. La razón es que llevar a cabo la operación aritmética de la multiplicación es difícil en circuitos binarios.

Una posible alternativa, sería la suma repetida, hasta lograr el resultado equivalente a la multiplicación. Sin embargo, este método tomaría demasiado tiempo como para ser verdaderamente útil en el DSP. El método que permite superar estos inconvenientes es la multiplicación rápida.

Por ejemplo, se desea la señal A por la señal B. En este método, la señal de entrada A es multiplicada simultáneamente por distintos factores, como 1, 2, 4, 8, etc., por medio del procedimiento llamado bit shifting. Luego, los bits de la señal B determinan cuáles de los múltiplos de la señal A se suman unos con otros. Para controlar eso, los bits de la señal B activan o desactivan compuertas “And” entre los bit shifters y la etapa de suma.

Figura 4.1. Esquema de la multiplicación rápida

De esta manera, por ejemplo, para multiplicar una señal por 5, se suman los múltiplos de la señal de entrada por 4 y por 1. Consideremos una señal de entrada A=011, la cual se desea multiplicar por el coeficiente B=101, es decir, 5 en binario. Al tratarse dos señales de 3 bits, el circuito de multiplicación debe tener 3 ramificaciones para el bit shifting. Una para multiplicar por 1, otra por 2 y otra por 4. La señal A es multiplicada simultáneamente por cada factor. Luego, el coeficiente B determina cuáles compuertas And se activan o desactivan para que dejar que las señales fluyan a través de ellas hacia la suma. El LSB controla la ramificación que multiplica por 1, mientras que el MSB controla la ramificación que multiplica por el factor más alto; en este caso, 4.

La señal B equivale a 101. Un 0 mantiene la compuerta cerrada, mientras que un 1 permite que la señal de esa ramificación llegue a la suma. Así, se permite que la multiplicación por 1 y la multiplicación por 4 lleguen a la suma, mientras que la multiplicación por 2 es interrumpida. Así, se obtiene una multiplicación por 5.

Cuanto mayor sea el wordlength o la cantidad de bits en cada muestra, mayor será la cantidad de ramificaciones que debe tener el circuito. Es por esto que los circuitos integrados son los más apropiados para la multiplicación de señales digitales.

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