La interfaz de audio SPDIF, parte II

El audio digital es prácticamente un estándar en los sistemas de entretenimiento hogareño de la actualidad. En la primera parte de esta nota vimos que la interfaz HDMI resuelve en muchos casos esta cuestión, pero hay ocasiones en que el audio digital debe manejarse por separado, y para eso se utiliza la interfaz SPDIF. En esta segunda y última parte veremos más detalles técnicos de esta interfaz.

Hemos visto que existen dos clases de conexiones SPDIF: coaxial y óptica. El cable para conexiones coaxiales es similar a un cable RCA mono simple. El cable para conexiones ópticas, en cambio, es de fibra óptica, y puede presentarse con dos distintas clases de conectores. El más común es uno cuadrado, pero también pueden encontrarse conexiones tipo plug de 3,5mm, más habitualmente en computadoras portátiles. Existen adaptadores para convertir los conectores cuadrados comunes en conectores tipo plug de 3,5mm.

La disponibilidad de conectores SPDIF listos para usarse depende del modelo de la motherboard o de la notebook que se utilice. Mirando la parte posterior de la PC puede verse fácilmente si existen conexiones SPDIF coaxiales u ópticas. En las notebooks es más difícil de detectar, puesto que usualmente el conector SPDIF está combinado con el conector de auriculares, utilizando ambos un plug de 3,5mm. Es por esta razón que muchos usuarios pueden creer que no cuentan con salida SPDIF en sus notebooks, cuando esta característica está presente en la forma de un conector de auriculares común (en tal caso debería estar escrito el texto “SPDIF” cerca del conector, o un símbolo que asemeja una onda cuadrada atravesada por una flecha hacia la izquierda; de lo contrario, deberán verificarse las especificaciones del equipo).

Existen otros trucos para detectar el soporte para SPDIF. Una forma es usar la computadora en la oscuridad y reproducir música, mirando la conexión de auriculares para ver si de ella proviene una luz roja, la cual indica la presencia de una interfaz SPDIF en el interior (no se debe mirar directamente a la fuente de luz, ya que puede dañar a los ojos). Otra técnica es observar el color del conector. Si es verde claro, muy probablemente el conector no admita funcionalidad SPDIF; si es negro, probablemente sí (aunque lamentablemente, no todos los fabricantes utilizan este esquema).

La gran mayoría de las motherboards actuales incluyen una interfaz SPDIF, aún cuando no presenten conectores SPDIF soldados a ella. Para agregar los conectores, es necesario buscar un cabezal en la placa que ofrezca la salida SPDIF. Este cabezal puede estar rotulado con diferentes nombres, tales como “JSP1”, “SPDIF_OUT”, “SPDIFO”, “HDMI_SPDIF”, etc. Para más seguridad, debe recurrirse al manual de la mother.

Una vez localizado el cabezal, debe adquirirse un adaptador que habilite las conexiones SPDIF a través de un espacio libre en la parte posterior del gabinete de la PC (como el de la foto).

La interfaz de audio SPDIF, parte I

SPDIF (o S/PDIF) significa Sony/Philips Digital Interface, y consiste básicamente en una interfaz que transmite audio digital de una calidad muy superior a la que brindan las conexiones analógicas tradicionales. En la serie de notas que comienza aquí, veremos los detalles de esta interfaz y cuándo conviene usarla.

Actualmente existen dos interfaces principales que se usan para transmitir audio en formato digital: SPDIF y HDMI. SPDIF sólo transmite audio, mientras que HDMI también transporta señales de video digital. La razón por la que existe SPDIF es que no todos los equipos de audio/video ofrecen una salida HDMI. Es el caso de reproductores de CDs profesionales, que poseen una salida SPDIF pero no HDMI, debido a que no transmiten video. Además, en ciertas situaciones se necesita transmitir video por HDMI y audio por una conexión SPDIF.

¿Cuándo utilizar SPDIF?

Es conveniente utilizar una conexión de audio digital siempre que sea posible, debido a que provee la mejor calidad de sonido. La pregunta es cuándo conviene usar HDMI y cuándo usar SPDIF.

En caso de conectar dos equipos de audio, si uno de ellos no cuenta con conector SPDIF, no habrá más remedio que conectarlos mediante una interfaz analógica, utilizando un par de cables RCA. Además, para poder utilizar una conexión de audio digital, ambos equipos deberán contar con el mismo tipo de conector, ya que existen dos tipos: coaxial (RCA) y óptico (Toslink).

En el caso de que el equipamiento incluya salidas HDMI y SPDIF, pero sólo se desea conectar audio, también se utiliza la interfaz SPDIF. Por ejemplo, si se quiere conectar una PC a un home-theater para escuchar música o jugar un juego, pero no se desea enviar las imágenes a la TV, es conveniente usar la conexión SPDIF entre la PC y el home-theater.

Conexiones SPDIF

Existen dos clases de conexiones SPDIF disponibles para consumidores: coaxial y óptica. La conexión coaxial usa un conector RCA mono, comúnmente de color naranja que lo diferencia de las conexiones de video que emplean un conector similar pero de diferente color. La conexión SPDIF óptica emplea un conector cuadrado denominado Toslink (por Toshiba Link). Algunos equipos ofrecen ambos conectores, mientras que otros sólo incluyen uno de ellos.

En reproductores profesionales de CDs es posible encontrar ambos tipos de conectores con un switch que habilita SPDIF digital. En consolas de juegos de última generación puede encontrarse una salida digital SPDIF al lado de la salida HDMI.

En la segunda parte de este tutorial veremos cómo son los cables utilizados para conexiones SPDIF y cómo instalar la interfaz de audio digital en una computadora.

¿Qué es HD Audio?

La denominación “HD Audio”, si bien suele usarse en forma genérica para definir prácticamente a cualquier tecnología de audio de alta definición, corresponde a un estándar –también conocido como “Azalia”– creado por Intel para dotar a sus chipset de audio on-board de alta calidad. En esta nota veremos en qué consiste este estándar.

Todos los chipsets Intel basados en el bus PCI Express soportan High Definition Audio (o HD Audio). Este estándar provee dos nuevas características: audio de alta calidad y multi-streaming, que permite que más de una señal sea enviada a dispositivos de audio diferentes; por ejemplo, para poder ver un DVD en el living, enviando el audio a través de una red inalámbrica, mientras se habla por VoIP en forma simultánea desde la oficina.

Antes de que Intel lanzara HD Audio, la calidad del audio on-board dependía de que la motherboard tuviera un controlador de audio de alta calidad separado. Con la tecnología HD Audio, el componente south-bridge del chipset produce audio de alta calidad por sí mismo, sin la necesidad de un chip controlador separado que elevaría el costo de la motherboard. El chip south bridge sólo necesita un chip códec externo para hacer las conversiones digital/analógica y analógica/digital. Tal chip es poco costoso en comparación con un chip controlador “completo”.

HD Audio provee sonido envolvente con una tasa de muestreo de 192 KHz y resolución de hasta 32 bits. Otras soluciones de audio embebidas en los chipsets soportan una tasa de muestreo máxima de 48 KHz y resolución de 20 bits, aún cuando soportan configuración 5.1 (audio envolvente de 6 canales).

Intel está promoviendo HD Audio junto con Dolby Labs, creadores de tres niveles de audio para PCs en base a HD Audio: Dolby Sound Room, Dolby Home Theater y Dolby Master Studio. Estos tres niveles están dirigidos al usuario entry-level, de rango medio y high-end, respectivamente. Las características de dichos niveles son las siguientes:

Dolby Sound Room: audio de dos canales que soporta las tecnologías Dolby Virtual Speaker y Dolby Head Phones. Estas dos tecnologías simulan audio 5.1 usando sólo 2 parlantes, en base a la tecnología Dolby Pro Logic II. Posee una relación señal/ruido de al menos 75 dB.

Dolby Home Theater: audio de 6 canales (5.1) con una relación señal/ruido de al menos 85 dB, en base a la tecnología Dolby Pro Logic II.

Dolby Master Studio: audio de 8 canales (7.1) con una relación señal/ruido de al menos 95 dB, en base a las tecnologías Dolby Pro Logic IIx y Dolby Digital Live.

Algo interesante acerca de la tecnología Dolby Pro Logic II es que permite que el sistema use audio 5.1 (o 7.1 con Dolby Pro Logic IIx) aún cuando la fuente de sonido tenga sólo dos canales (como ocurre con los CDs, por ejemplo), gracias al uso de una serie de filtros.

Digital Live es la tecnología de streaming de Dolby Labs, utilizada para transferir música almacenada en la PC a un receptor remoto; por ejemplo, enviando música a un receptor ubicado en el living a través de una red inalámbrica.

La idea detrás de estos niveles es facilitar al usuario el entendimiento de qué clase de sonido on-board ofrece la mother que está adquiriendo, en base al logo Dolby que esté impreso en la caja (Sound Room, Home Theater o Master Studio).

U2, YouTube y el Global Live Webcast

Esta entrada debí haberla escrito en la madrugada de ayer, a las 2:10 de la madrugada, pero la ilusión de haber vivido un concierto de tal magnitud me dejo tan embelesado que no sería justo, y no hay nada mejor que dejar reposar las ideas para poder plasmarla con la mayor objetividad posible.

Para aquellos que no estén enterados, U2 es una banda irlandesa con más de 30 años en los escenarios, una larga trayectoria discográfica y sin hablar del líder de la banda Bono, el cual ha sido nominado al Premio Nobel de la Paz en 3 ocasiones (ninguna de ellas ha podido ganarlo).

Su último tour 360º Tour, lo ha llevado por ciudades emblemáticas como Barcelona, Londres, Ámsterdam, Milán, París, Berlín, Bruselas, y del origen de este Post... El U2 360º Tour Los Ángeles.

Como todo concierto, se necesita un lugar de gran concentración, y para ellos eligieron el estadio de futbol americano Rose Bowl, que se encuentra en Pasadena California.

Hasta el momento todo concuerda con la historia de cualquier evento musical. La noticia bomba fue dada el 20 de Octubre, primero por las redes sociales y luego a través de comunicado oficiales, en el cual anunciaba que U2 en conjunto con YouTube (que es uno más de los productos del gigante Google) para transmitir vía Live Stream (en vivo por internet) y de forma gratuita el concierto de Los Ángeles.

La euforia desatada, tanto a nivel de fanáticos, como de entusiasta de la Web 2.0 no se hizo esperar. Originalmente fueron anunciado 16 países que podrían verlos, pero para el sábado 24 se anuncio de completa libertad para cualquiera de poder disfrutar el espectáculo.

Y así fue como a las 11.40pm (GTM -4.30), inicio el espectáculo más esperado. Más de 26 países estuvieron concentrados delante de la pantalla de sus computadores, laptop e inclusive Smartphone viendo y oyendo tan magistral espectáculo... Y no lo digo solo por ser fanático de la banda desde hace 9 años, sino por la forma en la que YouTube manejo la transmisión de datos.

Igualmente se anunció que podrían hacer comentario a través de las redes sociales con más auge de la actualidad, me refiero a Facebook y Twitter, las cuales estaban incrustadas en la Página Oficial de U2 en YouTube.

Los comentarios del concierto pudieron ser seguidos con un gadget agregado al iniciar el concierto, a través del hashtag #U2WebCast (aunque en Venezuela se uso #WebCastU2).

El impacto de la fluidez del video, de cualquiera de los rincones de los cuales me reportaron sintonía (Venezuela, España, México, Estados Unidos, Perú y Argentina) me dejo abrumado.

Estamos hablando de aproximadamente 1 millón de personas observando el concierto a nivel mundial, con diferentes anchos de bandas y dispositivos, lo cual fue solucionado de una manera muy ingeniosa... Ajustar la transmisión del Concierto dependiendo del Ancho de Banda que se utilizara.

Doy un ejemplo:

En mi caso, mi conexión local de Internet (localizada en Barquisimeto, Venezuela) es de 256 Kbps (si lo sé es poco, pero la zona donde vivo no han cambiado las piezas para permitir mayor velocidad), YouTube detecto que mi mejor conexión de Banda Ancha era de 200 Kbps, y coloca la transmisión del concierto (conocido técnicamente como Bitrate) en 189 Kbps

Un amigo de Maracaibo, Venezuela tiene una conexión de 512 Kbps, YouTube le calculo un Ancho de Banda de 500 Kbps y coloco la transmision del concierto en 489 Kbps.

Así, de esa manera YouTube resolvió de una manera sumamente genial el Live Stream del concierto, a nivel personal puedo decir que el Sonido en todo el concierto solo se me cayó durante 1 minuto (Comparándolo con los 2 horas 21 minutos 23 segundos que duro todo el recital) realmente no fue nada tomando en cuenta mi tipo de conexión.

Durante todo el día de hoy he estado analizando el alcance de lo que hizo U2 junto a YouTube, y no lo digo solo por el alcance mediático de transmitir el concierto. Hay que ir un poco más para poder entender realmente el alcance de los que nos dejo la experiencia.

El Global Live Concert es una muestra de que se están rompiendo viejos paradigma, los artistas se están dando cuenta que el Internet es un grandioso medio publicitario. De que con plataformas confiable, una buena coordinación es posible llevar eventos de calidad mundial a cualquier rincón del mundo.

En lo personal creo que U2 es un pionero en lo que a tecnología Web 2.0 se refiere, ya que con algo tan simple como un Live Stream, mas de 50 mil personas entraron a sitios relacionados con U2, y no solo hablo de visitar el Website de la banda (u2.com) sino de tiendas en líneas como Amazon, BestBuy que para la ocasión tuvieron sus enlaces bien a la mano.

Esto demuestra dos puntos fuertes:

1. Una vez más que las Redes Sociales si pueden generar rentabilidad
2. El que algo sea libre, no necesariamente significa gratis.

Para concluir, la gente de YouTube, archivo el Stream del concierto para aquellos que no lo pudieron disfrutar... aquí se lo dejo

Gracias a los siguientes enlaces por su informacion:

Weblog Deken Uber U2 en Vivo en Rose Bowl y en YouTube al mundo

Weblog La Propaladora YouTube transmitió en vivo el recital de U2, ¿Nuevo hito social media?

Weblog Segundo Plano Gracias u2

Estadisticas de Bit.ly del Concierto de U2 en Pasadena California

Wikipedia U2

Wikipedia 360º Tour

Link de Descarga Directa Concierto U2 Global Live Webcast (ojo esta en formato flv)

Explicacion sobre la Frecuencia en el Sonido y los Bits

Anoche, después de 2 semanas de sufrimiento... Logramos hacer correr el Call of Duty 5 (Call of Duty World at Conflict). El motivo por el cual no logramos que corriera al principio (después de una pizza y una googleada) no fue otro que la tasa de frecuencia con la que teniamos configurada la tarjeta de sonido.

Como técnico, siempre he pensado que tener un equipo de computación al 100% de su capacidad es lo mejor que puede existir para su rendimiento. Pero al parecer todos cometemos errores. Buscando la razón por la cual el juego funciona en una frecuencia de sonido de 48000Hz en vez de 196000Hz. Descubrí algo que realmente es importante conocer si son de esas personas que le gusta tener su PC lo mas óptimo posible.

La definición de Wikipedia de Frecuencia de muestreo es la siguiente:

"La tasa o frecuencia de muestreo es el número de muestras por unidad de tiempo que se toman de una señal continua para producir una señal discreta, durante el proceso necesario para convertirla de analógica en digital. Como todas las frecuencias, generalmente se expresa en hercios (Hz, ciclos por segundo) o múltiplos suyos, como el kilohercio (kHz), aunque pueden utilizarse otras magnitudes."

Esto quiere decir que la frecuencia de muestreo no es otra cosa que el tiempo que toma la conversión de analógica a digital y viceversa. Recuerde que nuestra computadora es la señal digital, mientras que nuestras cornetas convencionales u audífonos convencionales son señal analógicas.

Es un error frecuente y extendido, creer que una misma señal muestreada con una tasa elevada se reconstruye mejor que una muestreada con una tasa inferior. Entonces nos preguntamos como sabremos cual es la mejor frecuencia de muestreo para mí?.

La respuesta viene de, según del teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, el cual enuncia que para poder replicar con exactitud la forma de una onda es necesario que la frecuencia de muestreo sea superior al doble de la máxima frecuencia a muestrear.

Un ejemplo: una señal X, tiene una onda de 10 kHz (Recuerden que 1kHz = 1000Hz); en su reconstrucción es suficiente tanto si se obtiene de una tasa de muestreo de 25000 muestras por segundo como de una de 50000 muestras por segundo ya que la superan por el doble. Pero recuerden que a mayor calidad de muestreo (o Frecuencia de Sonido) mayor espacio consumirá el archivo de sonido.

El proceso de muestreo (que no debe ser confundido con el de cuantificación) es, desde el punto de vista matemático, perfectamente reversible, su reconstrucción debe ser exacta, no aproximada. Dicho de otro modo, desde el punto de vista matemático al que se refiere el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon.

Ahora por que nos es importante conocer este teorema, en lo que al sonido y nuestro computador se refiere.

Bueno, según estudios científicos, en lo que a audio se refiere, la máxima audiofrecuencia perceptible para el oído humano joven y sano está en torno a los 20 kHz, por lo que teóricamente una frecuencia de muestreo de 40000 sería suficiente para su muestreo; no obstante, el estándar introducido por el CD, se estableció en 44100 muestras por segundo. La frecuencia de muestreo ligeramente superior permite compensar los filtros utilizados durante la conversión analógica-digital.

Hay que tener en cuenta que no todas las fuentes sonoras se aproximan a los 20 kHz que corresponden a esta frecuencia máxima, pero esto no significa que esa sea la frecuencia que utilizan todos los equipos. Los sistemas domésticos de baja calidad pueden utilizar tasas de 22050 muestras por segundo o de 11025 muestras por segundo (limitando así la frecuencia de los componentes que pueden formar la señal). Además, las tarjetas de sonido de los equipos informáticos utilizan frecuencias por encima o por debajo de este estándar, muchas veces seleccionándolas en función de las necesidades concretas (sobre todo, en aplicaciones de audio profesional).

El nivel de muestreo más estandarizado del mercado en cuanto a estudio de grabación suele ser el de 48 Khz que son 48.000 muestras por segundo. Al parecer esa fue la idea inicial de los inventores del CD, pero resultó que una obra clásica de no recuerdo que autor (es intrascendente), no cabía en un CD, y por eso se redujo esa frecuencia de muestreo a 44,1 Khz.

Ahora, ya entrando al entorno digital, el sonido para poder ser almacenado digitalmente, es necesario una cuantificación, y allí es donde entran los bits.

A nivel informático un bit no es otra cosa que una representación de un estado eléctrico de 0 (cero) y 1 (uno), se podría definir como la parte mas primoldial de cualquier elemento digital. Bien, el sonido se almacena en forma de señales, también conocido como niveles de muestreo, lo cuales se calculan elevando el número 2 (por eso de la matemática binaria) por el número de bit que va a componer un sonido en un tiempo determinado.

Ejemplo: si yo quiero cuatro niveles de sonido yo tendría que elevar 2^2 lo cual me da 4, se podría definir entonces que ese sonido sería de 2 bits.

No es lo mismo tomar una muestra de 2 bits que sólo reflejaría 4 niveles de señal (una aberración sin sentido), a tomar una muestra de 16 bits (la resolución de un CD comercial) que es capaz de medir 2^16 es igual a 65.536 niveles de señal diferentes.

Actualmente, en los estudios digitales modernos, ya se graba a 24 Bits, e incluso a 32 Bits. Por ejemplo, lo habitual en estudios caseros es ser 24bits, lo que viene a resultar: 2^24 es igual 16 millones de profundidad de señal.

Se intuye que a mayor cantidad de bits, mayor cantidad de sonido se puede almacenar, aunque eso es proporcional a la Frecuencia de muestreo que estemos utilizando.

En resumen, tendríamos que trabajar en nuestras computadoras para un óptimo rendimiento con los siguientes valores:

Calidad DVD

• 96000hz/24bits en Windows XP
  
• 96000hz/24bits en Windows Vista
  

Calidad Blue-Ray (o el difunto HD-DVD)

• 192000hz/24bits en Windows XP
  
• 192000hz/24bits en Windows Vista
  

Por que estos valores, hay que aclarar que los 24 bits no son reales ya que ahí que evaluar el ruido de cualquier sistema (incluídos los de audio digital) es a través de la relación señal/ruido (S/R) en decibeles. Para el audio digital, la máxima S/R que puede obtenerse es, aproximadamente, igual a 6*n, donde n es la resolución en bits.

Por lo que el rango dinámico para 24 bits es 24 x 6 = 144 dB. Lamentablemente, la electrónica analógica actual no puede dar ese rango dinámico. Para lograrlo habría que trabajar con impedancias muy bajas (del orden del ohm o menos), corrientes muy bajas en los amplificadores y temperaturas bajo cero. La mayoría de las placas de sonido que soportan 24/96 especifican una relación señal/ruido de 110 dB o menos lo cual reduce la performance real a unos 18 bits. A pesar de ello, la performance será mejor que la de cualquier placa de 16 bits porque los fabricantes usan mejores amplificadores, filtros, etc., para 24 bits que para 16 (ninguna placa de 16 bits llega a 110 dB de relación señal/ruido).

En cuanto a la frecuencia de muestreo, el asunto es diferente. Por empezar, cualquier sistema debe ser capaz de muestrear correctamente los 20 kHz, lo cual requiere una frecuencia de muestreo de al menos 40 kHz. Sin embargo, antes de muestrear hay que remover las frecuencias superiores a 20 kHz con un filtro antialias. El problema es que ningún filtro real puede dejar pasar hasta 20 kHz sin alteración y luego bloquear por completo lo que está por encima de 20 kHz. Un filtro real necesita cierta banda de transición, por ejemplo de 20 kHz a 22 kHz, donde el filtro pasa de no atenuar casi nada hasta atenuar casi todo.

Un filtro así permitiría usar una frecuencia de 44 kHz (o 44,1 kHz, como es la norma). Pero de todas maneras una banda de transición de 2 kHz es demasiado angosta y requiere un filtro complejo que, como subproducto, produce distorsiones de fase (las distorsiones de fase son importantes pues deterioran la imagen espacial estéreo o tridimensional del sonido). Este problema se puede resolver muestreando a más frecuencia, por ejemplo 96 kHz, que permite que el corte del filtro se produzca a 48 kHz en vez de a 22 kHz. Este filtro tiene una pendiente menos abrupta y es, por consiguiente, más simple y deja menos "cicatrices" en la señal.

En resumen:

Como utilizar las Frecuencias:

• 8000hz : Teléfonos, adecuado para la voz humana pero no para la reproducción musical. En la práctica permite reproducir señales con componentes de hasta 3,5 kH.
  
• 22050 : Radio En la práctica permite reproducir señales con componentes de hasta 10 kHz.
  
• 32000hz : Vídeo digital en formato miniDV.
  
• 44100hz : CD, En la práctica permite reproducir señales con componentes de hasta 20 kHz. También común en audio en formatos MPEG-1 (VCD,SVCD, MP3).
  
• 47750 : Formato PCM de Nippon Columbia (Denon). En la práctica permite reproducir señales con componentes de hasta 22 kHz.
  
• 48000hz : Sonido digital utilizado en la televisión digital, DVD, formato de películas, audio profesional, juegos de computadoras y sistemas DAT.
  
• 50000hz : Primeros sistemas de grabación de audio digital de finales de los 70de las empresas 3M y Soundstream.
  
• 96000hz o 192400hz : HD DVD, audio de alta definición para DVD y BD-ROM (Blu-ray Disc).
  
• 2822,4kHz : SACD, Direct Stream Digital, desarrollado por Sony y Philips.
  

Como utilizar los bit:

• 16 bits : Formato estandar para CD
  
• 24 bits : Formato estandar de las placas de sonido Hi-Fi. Equipos profesionales con AC3
  
• 32 bits y superiores : Futuro estándar de los Estudios de Grabacion, en esta etapa se utilizarían sólo complementos digitales (consola, micrófonos, audífonos, etc), ya que 24 bits es el tope teórico para almacenamiento digital desde medio analógico.
  

Fuentes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_de_muestreo

http://www.guitarramania.com/index.php/contenidos/home-studio/145-digital--analogico-i-de-que-hablamos--1-entrega

http://formacion.wordpress.com/2007/05/02/que-significan-20-bits-o-16-bits-en-sonido/

http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~acustica/audigfaq.htm