¿Qué es un Convertidor Analógico-Digital?

¿Qué es un Convertidor Analógico-Digital?

¿Qué es un Convertidor Analógico-Digital?

Un convertidor de audio de calidad es el componente más vital de cualqueir estudio moderno. Un conversor barato puede hacer que un micrófono y previos de medio millón de euros parezcan grabados con la grabadora de Windows. Y en contrapartida un buen convertidor AD/DA conseguirá el nivel máximo de detalle y profundidad armónica de cada instrumento en las grabaciones.

Pero, ¿por qué es una pieza tan vital? ¿cual es su lugar dentro de un estudio de grabación? ¿cómo hace para convertir el sonido analógico en digital?

 

¿Qué es un convertidor de audio?

A nivel básico, los convertidores de audio digital (DAC) convierten las señales de audio de un tipo de señal a otro. Indagando más en lo técnico, un convertidor analógico-digital es un dispositivo electrónico que convierte una entrada de tensión analógica en un valor digital. La salida digital puede funcionar con diferentes esquemas de codificación como el código binario y operar bajo diferentes protocolos de comunicaciones como el Dante.

Un convertidor de analógico a digital (AD) transforma las señales de audio analógicas de cualquier tipo, bien sea un micrófono, un preamp, etc… a señales de audio digitales en una codificación concreta que pueden ser interpretadas por un DAW (Pro tools, Cubase, etc…) y por tanto grabadas en un formato digital, usualmente en bruto y conteniendo toda la información posible que se ha muestreado.

Un convertidor de digital a analógico (DA) funciona al revés, convirtiendo la información de audio digital en binario de nuevo a señales de audio analógicas que pueden ser reproducidas por altavoces o cascos, o pasadas a través de otro equipo de estudio analógico como compresores, reverbs… Muchas veces están integrados ambos en el mismo dispositivo, llamado AD/DA.

¿Qué es un Convertidor Analógico-Digital?

Al convertir una señal analógica, que contiene infinitos puntos en su onda, a una señal digital, que necesariamente está cuantizada y funciona por puntos discretos, siempre vamos a «perder» parte de lo que está sonando. Es imposible capturar el 100% de la onda original, pero si que podemos recoger tantas tantas muestras que no se aprecie la diferencia.

La resolución de un convertidor se refiera precisamente a esto,  la cantidad de valores digitales discretos que puede producir en un rango de valores de tensión de una señal analógica por una unidad de tiempo. Puede sonar complicado, pero es más simple de lo que parece.

Hoy en día, la mayoría de los estudios profesionales dependen totalmente de los sistemas de audio digital, y gran parte de la carga de trabajo es llevada por los convertidores de audio digital.

 

¿Cómo surgen los convertidores analógico-digital?

El primer gran estandar de grabación en la industria musical de masas fue la grabación en cinta, permitiendo un gran grado de editabilidad y post-produccion. Sin embargo esta tecnología alcanzó sus límites técnicos muy pronto, y no tardó en ser sustituida por el boom digital años después.

La primera grabación digital que se realizó a nivel mundial fue en 1971 y en directo, como era normal en la época, por la empresa japonesa NHK. Aunque las grabaciones digitales comerciales eran posibles a finales de los 70, la tecnología de grabación digital no se hizo popular hasta 1984 cuando Sony lanzó una versión avanzada de su procesador de audio PCM. Sony utilizó también su segundo as en la manga, que fue el lanzamiento del formato CD con calidad de 44Khz. Todo un bombazo.

¿Qué es un Convertidor Analógico-Digital?

Los estudios de grabación se dieron cuenta rápidamente de los beneficios de trabajar en el dominio digital. Sin embargo la tecnología digital del momento era grande y cara, los ordenadores eran aun muy poco potentes, y las discográficas y artistas seguían arraigados a los métodos clásicos. A finales de los ochenta la industria fue transicionando al digital poco a poco, en paralelo con el desarrollo de la informática moderna.

A medida que la tecnología seguía avanzando, la calidad del sonido mejoró y el digital se convirtió en estándar para estudios de grabación profesionales. En 1999, «Livin’ la Vida Loca» de Ricky Martin fue la primera canción grabada, editada y mezclada completamente «in the box», es decir, sólo mediante un convertidor y un ordenador, sumando pistas en digital.

A partir de los años 2000 se empezaron a comercializar para el público interfaces de audio digital con preamplificación y conversión AD/DA integrada en una máquina de pequeñas proporciones y conexión USB. Sin embargo los estudios profesionales de hoy día siguen dependiendo de DACs aislados y de gran tamaño, ya que parte de los componentes analógicos no pueden ser miniaturizados sin experimentar una pérdida de calidad.

 

¿Cómo funciona un convertidor de audio digital?

El convertidor DAC o ADC (Analog Digital Converter o Digital Analog Converter en inglés) tiene que realizar los siguientes procesos secuencialmente:

¿Qué es un Convertidor Analógico-Digital?

1- Muestreo de la señal analógica

Para muestrear una señal eléctrica analógica y luego convertirla en digital, el primer paso es tomar valores discretos de tensión o voltaje a intervalos regulares de la onda sinusoidal a grabar. La frecuencia a la que se realiza el muestreo se mide en kilohercios (kHz) y está intimamente a la riqueza sonora que se puede extraer de la señal analógica.

2- Cuantización del muestreo

Una vez que se ha muestreado el audio analógico, el DAC asigna cada muestra a una marca de tiempo diferente dentro de la forma de onda a través de la cuantificación. La cuantificación representa la componente de muestreo de las variaciones de valores eléctricos tomados en diferentes puntos de la onda analógica, lo que permite medirlos y asignarles sus correspondientes valores en el sistema numérico preestablecido y en un sistema temporal unificado.

3- Codificación de la cuantización

¿Qué es un Convertidor Analógico-Digital?Una vez realizada la cuantización, los valores de las tomas de tensión se representan alfa-numéricamente mediante codificaciones previamente establecidas. Lo más habitual es codificar la señal digital en código binario que el ordenador puede procesar, aunque existen otras formas de codificación destinadas a protocolos de comunicaciones que requerirán de un decodificador en el punto de destino.

Este código, sea en el sistmea que sea, representa una aproximación de los voltajes exactos de la forma de onda en un momento dado. Ajustando la frecuencia de muestreo y la profundidad de bits se varía esta aproximación y por tanto la calidad de tus grabaciones de audio digital.

 

¿Qué es la frecuencia de muestreo?

La tasa de muestreo es una medida de cuántas muestras toma el convertidor por segundo. Puedes entender los herzios como «fotografías» individuales del estado de la onda en ese instante temporal. Cuantas más tomas por segundo obtengas para tu audio digital, mayor similitud con la onda analógica tendrá.

¿Qué es un Convertidor Analógico-Digital?La mayoría de los DAC modernos pueden trabajar a velocidades de muestreo muy altas, y los profesionales llegan a la máxima establecida para la industria. Las más normales son:

  • 44,1 kHz/seg. o Calidad CD.
  • 48 kH/seg. o Calidad DVD.
  • 88,2 kHz/seg. Usada para algunas producciones audiovisuales.
  • 96 kHz/seg. Usada para algunas producciones audiovisuales.
  • 192 kHz/seg. o Calidad Blu-Ray.

La frecuencia de muestreo mínima para música es de 44.100 muestras por segundo, y por debajo de esa cifra se empieza a notar una grave pérdida de calidad. Este es un número que no está elegido al azar; la frecuencia de muestreo debe ser mayor que el doble de la frecuencia máxima que se desea reproducir, o si no el DAC no será capaz de registrar esa frecuencia.

Los humanos escuchamos un máximo de 20kHz de frecuencia, por lo que para grabar digitalmente sonidos de estas frecuencias es necesario muestrear a mínimo 40kHz. Otro factor que hizo de la «calidad CD» un estándar fue el nacimiento del vídeo digital, que debía ser transmitido en PAL o NTSC y requería de tasas de frecuencia compatibles con la codificación de las señales de televisión.

En contrapartida, al utilizar una mayor frecuencia de muestreo el DAC puede capturar más información y recrear con mayor precisión la señal de audio. Sin embargo aumentar la tasa de muestreo aumenta radicalmente la carga de trabajo sobre el DAC y el equipo informático, además de multiplicar el peso de los archivos digitales generados. Esto a veces resulta un factor limitante en el número de canales que se pueden usar simultaneamente.

 

¿Qué es la profundidad de bits?

La profundidad de bits controla la cantidad de rango dinámico. Dicho de otra forma determina la cantidad de espacio entre los sonidos más fuertes y los más silenciosos. Puede parecer que esto no tiene sentido pero está enraizado en como funciona el audio digital que obtienen los DACs.

Los DACs trabajan con lo que se conoce como audio PCM o con modulación de pulsos. A cada valor se le asigna una amplitud específica de la forma de onda de audio. La profundidad de bits  representa aquí el número de bits de información en cada muestra, siendo cada bit «0» o «1» en binario. Cuanta más información contenga la muestra, más precisamente podrá ser recreada por el procesador de audio que convertirá la señal en analógico de nuevo para ser reproducida o tratada.

La razón es que cada bit de información digital solo puede representar «Encendido» o «Apagado». Es decir, la frecuencia suena o no suena. Sin emabrgo al juntar cadenas de bits se pueden crear más combinaciones exponencialmente, lo que resulta en más valores de información posibles sobre la onda.

¿Qué es un Convertidor Analógico-Digital?
Prácticamente todos los DACs actuales pueden abarcar:

  • 8 bits. Estándar para la primera época de la informática, no es capaz de abarcar un gran abanico.
  • 16 bits o «Calidad CD». Era el estándar anterior en la industria.
  • 24 bits. Es el estándar en el audio digital actual.
  • Float de 32 bits. No muy diferente a 24 bits. Permite operaciones con coma flotante que pueden ser relevantes en el tratamiento posterior de la onda.

La diferencia es evidente con sólo escucharlo. En un sistema de 24 bits tienes más de 16 millones de estados posibles de la onda por segundo, mientras que en un sistema de 16 bits tienes poco más de 65.000 (que parecen muchos, pero no lo son). Las profundidades de bits más altas permiten hacer más fuertes los momentos fuertes y más silenciosos los momentos tranquilos ofreciendo un mayor rango dinámico, una mejor relación señal/ruido y más margen de error para los decodificadores y sistemas de escucha.

 

¿Qué es un «Word Clock»?

¿Qué es un Convertidor Analógico-Digital?Un word-clock, tambien llamado reloj maestro, es básicamente un oscilador de cuarzo preciso como el de los relojes digitales que se utiliza para sincronizar múltiples dispositivos de audio digital. Los estudios necesitan a menudo encadenar diferentes DACs u otros dispositivos de audio de tal forma que funcionen como uno sólo, o en su defecto se sincronizen perfectamente con el DAW.

En general todos los ordenadores y máquinas similares cuentan con un reloj interno para funcionar. El Word-Clock vendría a ser el reloj que ajusta el resto de relojes para que toda la cadena digital esté perfectamente sincronizada. Si la sincronía entre dispositivos digitales falla se corre el riesgo de artefactos en el audio, chasquidos, clicks, o directamente pérdida de la señal.

La mayoría de los DAC e interfaces de audio modernas incluyen work-clocks incorporados, y si sólo necesitas una máquina no tienes que preocuparte de esto. Pero en los estudios profesionales optan por utilizar un dispositivo autónomo que ofrezca el reloj maestro, ya que a menudo requieren un enrutamiento de señal más complejo y la sincronización de varios DACs.

 

¿Qué convertidor digital necesito para mi estudio?

Dependiendo de tus necesidades y de los requerimientos de grabación, calidad y canales que tengas te irá mejor un formato de DAC u otro.

Las interfaces de audio compactas all-in-one dominan el mercado de los homestudios a nivel mundial, pero muchas veces no ofrecen las soluciones que un estudio en auge necesita. Los grandes estudios siguen funcionando con equipos en rack y diferentes routings a medida, aunque cada vez más se ven formatos integrados y soluciones informáticas que pueden marcar la diferencia.

Puedes consultar nuestro artículo sobre «Los 10 mejores convertidores de audio digital» como guía para profesionalizar tu sistema de conversión digital. En el analizamos los mejores convertidores, diferentes modelos, y porqué son líderes en su campo.

 

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2 Comments
  • Richard Castro LIVESOUND
    Posted at 13:15h, 20 septiembre Responder

    Gracias esta muy bien explicado, a veces es un poco lioso comprender como actuan los conversores

    • ComebackStudios
      Posted at 13:15h, 20 septiembre Responder

      Gracias a ti por el feedback!

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