¿Cual es la diferencia entre Ganancia y Volumen?

Los términos de ganancia y volumen suelen ser usados indistintamente o prestarse a confusión. 

En parte por la forma en la que están etiquetados los controles de muchos amplificadores de instrumento y en parte porque al oído pueden representar un mismo resultado. 

Sin embargo existe una diferencia entre ganancia y volumen.

Te contamos al respecto a continuación:

¿Qué es la ganancia?

La ganancia se puede definir como el cambio relativo entre dos valores o estados.

En la vida cotidiana, entendemos por ganancia como la diferencia entre el precio de venta y el precio de compra.

En el audio, la ganancia se refiere a lo mismo pero refiriendo a otro tipo de valores como el voltaje o la corriente.

Para ejemplificar esto, veamos un ejemplo básico de ganancia en un amplificador de emisor común.

Al lado izquierdo del gráfico tenemos la señal que ingresa y en la parte superior derecha tenemos la señal que veríamos a la salida. 

Imagen: vista de un esquema de circuito de la etapa de ganancia de un amplificador de emisor común. 

La ganancia entonces sería la relación entre estas dos señales. Para hacerlo usaremos la siguiente fórmula:

Donde: Vout = Voltaje de salida y Vin = Voltaje de entrada. 

En este caso, la definición esta aplicada al voltaje pero bien podría aplicarse a la potencia o a la corriente.

El resultado de la ecuación tiene como unidad el dB o decibel y también es conocido como Factor de amplificación.

Si bien esta definición es, por ahora, simple más adelante veremos cómo puede prestar a la confusión.

¿Qué es el volumen?

En el audio, el volumen es la percepción subjetiva de la intensidad del sonido

El fenómeno en si es complejo de explicar porque involucra el nivel de presión sonora, que se puede medir y las curvas de percepción de la sonoridad del oído que son algo más subjetivas.

Lo que sucede es que definimos al volumen como la percepción de cuan «fuerte» suena algo: el nivel de presión sonora de dicho sonido comparado con un parámetro conocido el umbral de audición. 

El nivel de presión sonora interactúa con el funcionamiento del sistema auditivo respecto al nivel y la frecuencia, que estudiaron primero Fletcher y Munson, dando origen al gráfico que lleva su nombre.

En la práctica el sistema auditivo no percibe igual a todas las frecuencias: a niveles bajos de presión sonora se perciben menos las frecuencias bajas y agudas.

A su manera, el oído tiene su propia ecualización.

A niveles más elevados de presión sonora nuestro sistema auditivo se hace más neutral: percibe de manera más pareja los bajos, medios y agudos.

Imagen: curvas de igual snoridad de Fletcher y Munson. Estas curvas refieren la variación de la percepción de la frecuencia respecto a la intensidad de sonido en dB. Mientras menos intenso es el sonido, menor cantidad de bajos y agudos se perciben.

Diferencia entre ganancia y volumen

En términos teóricos las diferencia más notoria entre ganancia y volumen es que la ganancia es la medición de un fenómeno puramente electrónico: voltaje, potencia, corriente, que no necesariamente implica la participación de una fuente que emita sonido como un parlante.

En el caso del ejemplo del amplificador de emisor común, el voltaje de salida será mayor al voltaje de salida en función del factor de amplificación anteriormente explicado.

Se produce entonces una ganancia de voltaje.

En el ejemplo no intervino un parlante ni se movió una sola partícula de aire: no intervino el sonido.

Existen otros componentes electrónicos (como los filtros de audio o ecualizadores) que producen atenuaciones.

O lo que es lo mismo, producen una ganancia negativa.

En cambio, el volumen es la medición de un fenómeno físico que en el audio está irremediablemente relacionado con un fenómeno físico que produce movimiento de aire.

Es decir, podemos crear un aumento o reducción de ganancia en un circuito electrónico o en la teoría.

Sin embargo, un aumento o reducción de volumen se produce cuando se mueve una mayor o menor cantidad de aire para representar un mismo sonido.

La diferencia en un amplificador de guitarra

Usaremos como ejemplo un amplificador de guitarra y analizaremos sus controles y lo que hace cada uno.

En el caso de este amplificador que es de lo más simple que hay, vemos que tenemos un control de ganancia y uno de volumen.

Si tuviésemos el amplificador en frente veríamos que el control de volumen tiene una gran influencia sobre el nivel de sonoridad percibido.

Por su parte la ganancia tiene mayor influencia sobre la distorsión o saturación del sonido.

Imagen: vista de un cabezal de amplificación para guitarra de la firma Orange. En el mismo se puede observar una perilla para la ganancia y otra para el volumen de salida.

Por qué sucede esto

Sucede que el potenciómetro de Gain o ganancia regula la cantidad de señal que llega a la segunda etapa de amplificación que, en este circuito, tiene mayor control sobre la saturación.

Por su parte, la perilla de volumen está conectada casi al final del circuito y regula la cantidad de señal que llega a las válvulas de potencia.

Estas están conectadas, a su vez, al parlante mediante un transformador.

En este circuito la diferencia es sencilla: las primeras etapas de amplificación manejan voltajes más bajos y tienen una mayor injerencia en la cantidad de distorsión de la señal.

La ganancia en este caso determina la cantidad de distorsión mientras que el volumen determina el volumen efectivo.

Técnicamente hablando, ambos potenciometros regulan la ganancia del circuito pero por la topología del circuito, que está pensado para distorsionar, la perilla de ganancia regula la cantidad de saturación y la perilla de volumen regula la ganancia de la etapa de potencia.

En la práctica la perilla de volumen regula el nivel, controlando la cantidad de potencia que le llega al parlante y de ahí hacia afuera es problema del parlante o altavoz.

Tanto la perilla de gain como la de volume suelen venir con distintos nombres: Pre-amp, Gain, Master, Normal Volume, etc. 

Sin embargo, las funciones suelen ser similares en casi todos los casos.

Imagen: vista del circuito esquemático del amplificador de la firma Orange Tiny Terror. En el esquema se resalta en rojo la sección de circuito relacionada a la ganancia y en verde la del volumen de salida.

No son lo mismo pero pueden ser lo mismo

Como habíamos dicho antes la curiosidad de estos dos términos es que representan cosas concretas pero para fines prácticos les asignamos representaciones mentales de manera de hacer que sea más fácil comprender que hace cada control en un circuito.

Ahora, lo curioso del caso es que el control de ganancia o pre-amp volume no existió desde siempre porque el mismo concepto de distorsión no existió desde siempre. 

Es importante entender que la ganancia sucede en muchas partes del circuito y puede incluso ser negativa, por ende incluso un control de volumen maestro tiene una injerencia sobre la ganancia.

Ejemplos con dispositivos reales:

Voy a citar algunos dispositivos describiendo lo que hacen y comparándolos en términos de ganancia y volumen:

• Booster de guitarra: Es en esencia una etapa de amplificación que se encarga de amplificar y por ende tiene una ganancia positiva. La diferencia es que esta diseñado de tal manera de tener el sonido más limpio posible y no producir distorsión. Al producir una ganancia nosotros vamos a escuchar la señal mas fuerte en términos de volumen porque el circuito ve un voltaje mucho más alto a la entrada.
• Treble Booster: Esto es exactamente lo mismo, la única diferencia es que la etapa de amplificación incorpora además un filtro pasa-altos que permite atenuar las frecuencias graves y resaltar los agudos. En esencia se produce una ganancia mayor en frecuencias agudas que en las bajas.
• Pedal de distorsión: Un pedal de distorsión sigue exactamente los mismos principios. Una o varias etapas de amplificación que tienen asociada una ganancia pero que se diferencian de los ejemplos anteriores porque introducen cierto recorte en la señal ocasionando justamente la distorsión. La realidad es que la distorsión, saturación y overdrive son lo mismo en términos electrónicos: Señales más o menos recortadas o distorsionadas.

Estos son solo algunos ejemplos que demuestran que el fenómeno de ganancia esta asociado intrínsecamente a la amplificación pero en el caso práctico suele estar relacionado con la distorsión.

Otros ejemplos incluyen consolas donde el control de ganancia regula el nivel de amplificación inicial que se le da a la señal del micrófono, para que pueda pasar del nivel de miliVolts al nivel de Volt.

O un pedal de wah, donde la ganancia regula justamente la ganancia que tiene el filtro y por ende que tanto se van a enfatizar las frecuencias por donde barre.

Ganancia en equipos de estudio

Si tienes una interfaz de audio, es probable que ésta tenga una perilla de ganancia o "gain".

La función de esta ganancia es incrementar o amplificar el nivel de la señal que entrega un micrófono, para que llegue al denominado nivel de línea.

Esto es necesario ya que los micrófonos emiten un voltaje que está en el orden de los miliVolts (milésima de volt) lo que no es suficiente para poder registrar o modificar las señales.

Cualquier preamplificador de micrófono estudio que tenga un ajuste de gain o input gain se refiere a este mismo parámetro para incrementar el nivel de la señal de micrófono.

Por otro lado, muchas veces estos previos tienen un ajuste de nivel de salida o output.

La idea es poder generar un color mayor con la ganancia de entrada y ajustar con independencia el nivel de salida para que sea el óptimo para grabar.

También es normal encontrar ecualizadores que presentan perillas de ganancia, donde el objetivo es incrementar o atenuar el nivel en una determinada zona de la frecuencia.

Ganancia en el secuenciador

En el dominio digital también tenemos plugins que nos permiten el ajuste de la ganancia de la señal. Como puede ser un plugin de utility, gain, trim o incluso el ajuste de ganancia que se realiza en el clip o región de audio.

La práctica de optimizar los niveles de las señales antes de mezclar se llama estructura de ganancia o gain staging y es el pilar fundamental para poder conseguir mezclas limpias, claras y cristalinas.

Otras herramientas digitales que tienen un ajuste de la ganancia son:

• Plugins de filtro o EQ: es común encontrar un ajuste de ganancia de entrada o input gain y de ganancia de salida o output gain. El objetivo es que la señal ingrese al circuito con el nivel óptimo y poder compensar por la ganancia de la ecualización a la salida del plugin.
• Compresores: suelen tener un ajuste de la ganancia de salida llamado make up gain, o ganancia compensatoria. Este parámetro sirve para compensar por las atenuaciones producidas por la compresión.
• Plugins de distorsión: al incrementar la cantidad de armónicos de una señal también se aumenta el nivel percibido y por eso muchos de estos plugins traen una ganancia de salida o output gain, para poder compensar el nivel y emparejarlo.

En definitiva el dominio digital no es una excepción y vamos a encontrar un abanico de herramientas que tienen ajustes o parámetros relacionados con la ganancia, que dan cuenta del mismo concepto al final del día.

Imagen: ejemplo de un plugin de EQ digital. En verde se resalta la ganancia de entrada o input y en rojo la ganancia de salida o output.

Imagen: ejemplo de un compresor con su ajuste de make up gain resaltado en rojo.

Imagen: ejemplo de un plugin de distorsión donde resaltamos en rojo la ganancia de salida o output.

Conclusiones:

Como podemos ver a pesar de que es relativamente simple de definir en términos teóricos la diferencia entre ganancia y volumen ir al plano práctico es un poco mas difícil porque son conceptos que pueden suceder juntos o no.

En un principio lo mejor es asociar la ganancia a las etapas de pre-amplificación y el volumen a las de potencia.

Dicho de otra manera: la ganancia controla la señal antes de que llegue a la etapa en la que se prepara para ser reproducidas por un parlante.

Lo mejor es tratar de entender los conceptos de la manera más teórica posible para poder entender bien sobre que parte del circuito tiene injerencia cada uno de los controles.