Reducción de ruido por expansión/compresión

Virtualmente todos los sistemas de micrófonos inalámbricos usan alguna forma de compresión/descompresión para reducir el ruido. La interferencia de radio frecuencia de bajo nivel y el ruido del ambiente de RF introduce un exceso de ruido de audio en las transmisiones inalámbricas. Las normativas gubernamentales y las limitaciones de la circuitería disponible también restringen la máxima proporción de la señal-ruido (SNR Signal-to-Noise Ratio) que puede lograrse. Sin expansión/compresión, a veces también referido como companding ó compansion en inglés, la proporción de la señal-ruido de los sistemas inalámbricos sería sólo de 60 a 80 dB, demasiado baja para la mayoría de las aplicaciones profesionales. Cuando se emplea la expansión/compresión son posibles los SNRs de 100 dB o mayores.

El término "compansion" es una combinación de "compression" y "expansion" en inglés. En un sistema inalámbrico con reducción por expansión/compresión, la señal de audio está comprimida en el transmisor y expandida en el receptor. El proceso de compresión reduce el rango dinámico del audio antes de que se transmita. El rango dinámico original de 100 dB más o menos se reduce a 50 dB en una compresión de "2:1". En el receptor inalámbrico, una expansión de "1:2" aumenta el rango dinámico del audio recibido de 50 dB al original de 100 dB.

El propósito del proceso de expansión/compresión es conservar la proporción original de la señal al ruido. Si el audio hubiera sido transmitido con su rango dinámico original completo, los SNR habrían bajado a aproximadamente de 60 dB a 80 dB por el ruido introducido por la transmisión inalámbrica. Sin embargo, como el rango dinámico del audio transmitido se reduce a sólo 50 dB, casi no se ve afectado por el ruido de la transmisión.

Es decir, el ruido introducido por la transmisión de la radio es superior a 20-40 dB del audio original. Con la expansión/compresión, sin embargo, el ruido de la transmisión es de 10 a 30 dB menor que el del audio comprimido. Cuando el audio en el receptor se expande, el ruido de la transmisión se expande junto con el audio. Los componentes de audio que estén a 50 dB por debajo de la salida total, se expandirán a 100 dB por debajo de la salida total, mientras que el ruido de la transmisión que es 60 dB por debajo de la salida total se expandirá teóricamente a 120 dB por debajo de la salida total. Sin embargo, a 120 dB por debajo de la salida total está por debajo tanto del ruido en el audio original como del ruido residual de la circuitería. De esa manera, el ruido de la transmisión se habrá eliminado eficazmente.

La reducción por expansión/compresión también es eficaz para reducir el zumbido, siseo y tonos de audio de bajo nivel causados por la interferencia amortiguada. Por ejemplo, un tono de audio a sólo 50 dB por debajo de la salida total sería muy inaceptable. Con la expansión/compresión, el tono acabaría a 100 dB por debajo de la salida total, y mientras sea muy poco audible, probablemente no sería inaceptable.

La expansión/compresión puede también mejorar el rango útil de los sistemas inalámbricos. A medida que el rango aumenta, el audio de un sistema inalámbrico gradualmente se va volviendo ruidoso. Los SNR de un sistema inalámbrico típico caerían a 80 dB en rangos relativamente cortos sin la reducción por expansión/compresión. Con la reducción por expansión/compresión, el SNR del audio comprimido puede caer a 40 dB antes de que la salida SNR caiga a 80 dB. Esto representa en cualquier parte una mejora de casi dos a uno, y de diez a uno de mejora en el rango dependiendo de las condiciones.

Desgraciadamente, el proceso de reducción de ruido por expansión/compresión no es perfecto. La expansión y compresión del audio, inevitablemente introduce imperfecciones pequeñas. En los sistemas bien diseñados, estas imperfecciones son escasamente notables incluso con una escucha cuidadosa. Sin embargo, la calidad del audio es muy dependiente de la circuitería de expansión/compresión específica empleada, de la precisión de los componentes del circuito y del cuidado con que el sistema está diseñado y fabricado. Debido a que estos factores no aparecen en las especificaciones del producto, es esencial escuchar cuidadosamente el audio para evaluar los sistemas inalámbricos. Puede haber diferencias grandes en la calidad de audio de los sistemas con especificaciones similares.

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