Introducción a los DAC: Guía del aficionado a los auriculares | Parte 1

En la Parte 1 de esta guía de DAC, aprendemos cómo se convierten los archivos digitales en audio analógico, incluyendo los formatos de archivo, la alta resolución, las entradas y las salidas.

Imagen de cabecera. El DAC Bryston BDA-3. (De: bryson.com)
Imagen de cabecera. El DAC Bryston BDA-3. (De: bryson.com)

Escucho música, ¿necesito un DAC?

En resumen, sí, y si tienes un teléfono, un portátil o un ordenador, ya tienes uno.

Espera. Espera, no dejes de leer ahora.

La verdadera pregunta es ¿Necesito comprar un DAC externo?

Y esa pregunta es un poco más complicada. Sigue leyendo…

A DACo Convertidor de digital a analógicoes (tal y como dice) un dispositivo que convierte las señales digitales en señales analógicas. El audio que comienza como una serie de 1s y 0s acaba convirtiéndose en música que sale de tus auriculares. Es el DAC (y algunos otros pequeños componentes en el camino) el que hace que se produzca la magia.

Aunque la nomenclatura popular es «DAC», un convertidor digital-analógico puede abreviarse comoD/A‘, ‘D2A‘, o ‘D-a-A‘.]

Fuentes analógicas, como pletinas de casete, carrete a carrete, placas giratorias o Radios AM/FM no requieren conversión de digital a analógico, simplemente porque no son digitales. Los DAC se utilizan para convertir fuentes y archivos de audio digitales (como streaming, mp3, FLAC, ALAC, CD, SACD, DVD-Audio, etc.) en una señal analógica que se envía a un amplificador para su reproducción.

¿Ya tengo un DAC?

¿Escuchas música desde un teléfono o un reproductor de CD? Entonces sí, ya tienes un DAC.

En casi todas las fuentes digitales, o al menos en las que tienen toma de auriculares, se incluyen chips DAC económicos (que van desde unos pocos dólares hasta decenas de dólares). Como la mayoría de las cosas en esta afición al audio personal, lo que preocupa es la calidad de esos componentes y su capacidad para reproducir un sonido de alta fidelidad.

Gordon Moore creador de la Ley de Moore. (De: betanews.com)
Gordon Moore creador de la Ley de Moore. (De: betanews.com)

Los DAC suelen estar basados en un chip informático, y como todo lo que se basa en un ordenador, La Ley de Moore implica que con el tiempo la potencia de cálculo mejora continuamente (se hace más pequeña, más rápida y más barata).

Vamos a centrarnos en la incorporación de un DAC externo a tu dispositivo de reproducción de audio digital y en la necesidad de comprar uno. Este DAC externo evita el económico interno de tu fuente digital.

Este artículo está dividido en dos partes:

  1. Parte 1 examinará cómo se crean los archivos de audio digital y cómo conectar un DAC externo. Esto incluye hablar de las conexiones de entrada digital (desde la fuente) y de las salidas de audio analógicas.
  2. Parte 2 del artículo explorar el funcionamiento de los DAC incluyendo temas, características, conjuntos de chips, muestras y filtros.

Se requiere una comprensión básica de cómo se crea el audio digital para entender las diferencias entre las entradas digitales, como la USB, la óptica y la coaxial. Así que, sin más preámbulos, vamos a hablar de cómo convertir el sonido analógico en un archivo digital.

Fundamentos del audio digital

Convertir la música en bits: Conversión analógica a digital (ADC)

La cadena típica desde un músico hasta ti tiene este aspecto (de AudioAdvice.com):

  • Durante el proceso de grabación, un artista coloca una pista. Los micrófonos recogen los sonidos de las voces y los instrumentos como señales de audio analógicas.
  • Los ingenieros de grabación almacenan las señales analógicas como digitales. Los equipos de grabación utilizan convertidores de analógico a digital para transformar las señales analógicas en señales digitales para su almacenamiento. Hoy en día, esto suele significar almacenarlas como señales digitales en forma de archivo de audio digital.
  • Durante la reproducción, un DAC decodifica las señales digitales almacenadas. Al hacerlo, el DAC vuelve a convertir esas señales en audio analógico.
  • A DAC envía las señales analógicas convertidas a un amplificador. El amplificador, a su vez, envía la música a través de tus auriculares o altavoces estéreo.
El proceso de conversión de analógico a digital. (De: MusicRepo.com)
El proceso de conversión de analógico a digital. (De: MusicRepo.com)

Centrémonos ahora en la parte que te permite escuchar una grabación de audio en tus auriculares. El proceso de conversión que toma la música y te permite escucharla no es tan complicado. La reproducción comienza en el ámbito analógico o en el digital.

  • Archivo de audio digital → DAC → Salida analógica
  • Grabación analógica → ADC → Archivo de audio digital → DAC → Salida analógica

Como puedes ver, la única diferencia es que una grabación analógica debe convertirse en un archivo digital antes de ser almacenada y enviada al DAC.

El proceso de conversión de digital a analógico. (De: MusicRepo.com)
El proceso de conversión de digital a analógico. (De: MusicRepo.com)

Señales analógicas

No hace mucho tiempo, no existía lo digital en la cadena. Los micrófonos captaban la señal analógica y la almacenamos en formato analógico en un carrete a carrete cinta. A partir de ahí se creaba un disco y se movía físicamente la aguja de un tocadiscos para crear el sonido al recorrer los surcos del disco. (¿Puede haber algo más analógico?)

Por tanto, la pregunta es ¿cómo se convierte una señal analógica en un archivo digital??

Frecuencia de muestreo, profundidad de bits y tasa de bits

Un señal analógica representa continuamente el sonido a través de una onda de tensión que varía continuamente. Cada onda tendrá una cresta y un valle (un período) y cuántos periodos hay por segundo es el frecuencia (medida en Hz).

Para convertir esa señal en una flujo de bits de 1s y 0s, la onda analógica es muestreada (se mide la altura) a intervalos de tiempo determinados (el frecuencia de muestreo).

Comparación de la frecuencia de muestreo y la profundidad de bits. (De: izotope.com)
Comparación de la frecuencia de muestreo y la profundidad de bits. (De: izotope.com)

Para el audio en CD, la frecuencia de muestreo estándar es de 44.100 muestras por segundo y se almacena en forma de 16 bits binarios («palabras»), lo que se conoce como profundidad de bits. La profundidad de bits indica cuántos datos se graban por muestra y es una medida de la precisión con la que se representa un sonido en el audio digital.

Es posible que hayas visto estos números antes: 16 bits/44,1 kHz, o a veces sólo 16/44, es la abreviatura común para el audio en CD.

«Una mayor profundidad de bits proporciona una grabación de sonido más detallada. Una profundidad de bits baja hace que se pierdan los sonidos silenciosos… Por cada aumento de 1 bit, la precisión de la grabación se duplica. Cuanto mayor sea la profundidad de bits, mejor sonará la grabación». – Lifewire

Tasa de bitsSin embargo, es una medida de ancho de banda (datos en el tiempo) expresada en miles de bits por segundo (Kbps). La tasa de bits influye directamente en el tamaño del archivo digital. A diferencia de la profundidad de bits, que determina el nivel de detalle de una grabación y es una medida de precisión, la tasa de bits determina la calidad general del archivo de audio.

Entender los números

Nombre Profundidad de bits / Tasa de muestreo Tasa de bits
Unidades bit / kHz Kbps
Medición de Cantidad / Frecuencia Ancho de banda
Responsabilidad Dinámica y detalle / Precisión Calidad general y tamaño del archivo

Obviamente, en todos estos casos, se prefieren las cifras más altas. El aumento de la calidad, la precisión, el detalle y la mejora del rango dinámico son objetivos claros para la reproducción musical de alta fidelidad. Pero, ¿cuánto es suficiente?

Te puede interesar: Entender la frecuencia de muestreo, la profundidad de bits y la tasa de bits

Los límites de la audición y la norma del Libro Rojo

Aquí nos encontramos con las limitaciones de la audición humana. El ser humano tiene un rango de audición limitado en comparación con otros animales (como perros y murciélagos) y (por desgracia para los que ya no somos jóvenes) empeora con el tiempo.

«El rango de frecuencias de audición ‘normal’ de una persona joven y sana es de unos 20 a 20.000 Hz. Y aunque el rango audible ‘normal’ para la intensidad de sonido es de 0 a 180dB, todo lo que supere los 85dB se considera perjudicial, por lo que deberíamos intentar no llegar a ese nivel.

A medida que envejecemos, son las frecuencias superiores las que perdemos primero. Así que cuando llegamos a la mediana edad, podemos esperar oír hasta unos 14.000 Hz». – Atención Auditiva Nacional

En el corazón de la conversión digital está el Teorema de Nyquist (nombre del ingeniero electrónico Harry Nyquist). Sin insistir demasiado en esto, el teorema de Nyquist afirma que la máxima frecuencia de audio que puede representarse con una determinada frecuencia de muestreo es igual a la mitad de la frecuencia de muestreo.

Para captar todas las frecuencias audibles, es necesario (como mínimo) muestrear a una velocidad del doble de la percepción humana. Si elegimos un rango superior (22 kHz) que esté ligeramente por encima de la media (20 kHz), esto sería así:

2 x 22 kHz = frecuencia de muestreo de 44 kHz

«Espera», dices, «¡he visto ese número hace muy poco!»

El viejo CD de audio digital de 16 bits/44,1 kHz. (¡Así es como se les ocurrió la frecuencia de muestreo!) Esto se indica en la sección ‘Libro Rojo estándar», que define todos los parámetros y propiedades del formato CD.

El disco compacto. (De: Britannica.com)
El disco compacto. (De: Britannica.com)

Se decidió una profundidad de bits de 16 para capturar una rango dinámico de 96dB.

Ten en cuenta que una conversación a gritos en el metro o el sonido de un ATV es de unos 95 decibelios y que todo lo que supere los 85dB se considera potencialmente perjudicial para tu audición.

Aunque en la gran mayoría de los casos, un rango dinámico de 96dB debería ser capaz de captar el audio correctamente, las distinciones de la música más exigente (como la música clásica) requieren más rango dinámico que una canción pop.

Las diferencias entre los pasajes más silenciosos y los más ruidosos son mayores, por lo que, para encapsular mejor estos matices, se han popularizado las resoluciones más altas (profundidad de 24 y 32 bits).

El audio digital de 16 bits tiene una profundidad de bits máxima de 96dB, el de 24 bits tiene un máximo de 144dB y el de 32 bits tiene un máximo de 192dB.

Compresión sin pérdidas y con pérdidas

Más arriba hemos hablado del tamaño del archivo y su correlación con la tasa de bits. Si alguna vez has copiado un CD a mp3, sabrás que una mayor tasa de bits dará lugar a archivos de mayor tamaño. En los primeros tiempos del audio digital, para combatir el creciente tamaño de los archivos y el coste del almacenamiento, la gente ideó formas ingeniosas de almacenar el audio digital en tamaños reducidos.

Un formato de compresión perfecto que almacena todos los datos de audio -cada bit de cada muestra- se considera ‘sin pérdidas’. Los archivos de audio sin pérdidas pueden convertirse a cualquier otro tipo de archivo sin pérdidas sin perder calidad, ya que se conservan todos los datos originales.

La forma más obvia de ahorrar espacio es comprimir el audio para almacenarlo y luego descomprimirlo para reproducirlo. Esto requiere un tipo especial de programa informático llamado códec (coder-decoder).

Otra forma de ahorrar espacio es analizar el audio y eliminar los bits que no son audibles. De este modo, se utiliza la función ‘con pérdidasnació el formato de compresión de audio. La copia con pérdidas no es perfecta; es un compromiso de calidad frente a tamaño. Por eso la selección de la tasa de bits es importante al crear un archivo con pérdidas.

La única razón para utilizar un formato con pérdida de velocidad de bits más baja es ahorrar espacio de almacenamiento si estás dispuesto a sacrificar la calidad del sonido.

Una representación visual de la compresión con pérdidas. (De: cdn.geckoandfly.com)
Una representación visual de la compresión con pérdidas. (De: cdn.geckoandfly.com)

Los archivos de audio digital creados con tasas de bits más bajas serán más pequeños pero sonarán peor (y viceversa). El consenso general es que, si tienes que elegir un tipo de archivo con pérdidas en lugar de uno sin pérdidas, seleccionar una tasa de bits de 320 Kbps dará como resultado un archivo de audio digital que generalmente no se distingue de la fuente original sin pérdidas (como un CD).

En el experimento de escucha de Lifehacker llegaron a la conclusión de que:

«…nadie puede oír la diferencia entre un archivo de audio CBR de 320kbps y el CD. Y los resultados VBR de 192kbps tienen un apenas diferencia estadísticamente significativa frente al audio bruto del CD con un nivel de confianza del 95%. Estoy hablando de una diferencia absolutamente muy poco. aquí».

El audio digital de un CD no está comprimido y no tiene pérdidas. Se puede comprimir en un archivo digital sin pérdidas o con pérdidas. Un archivo comprimido sin pérdidas puede tener 1/2 del tamaño del archivo de audio digital original, mientras que un archivo comprimido con pérdidas puede tener 1/10 del tamaño del original. (Estas son generalizaciones aproximadas a modo de ejemplo).

Tasa de bits constante CBR vs Tasa de bits variable VBR. (De: cdn.shopify.com)
Tasa de bits constante CBR vs Tasa de bits variable VBR. (De: cdn.shopify.com)

La compresión de archivos de audio no tiene por qué fijarse en una «tasa de bits constante» (CBR), sino que puede ser una tasa de bits cambiante o «variable» (VBR). La ventaja del VBR es que reduce aún más el tamaño del archivo (por supuesto, con una pequeña penalización de calidad), ya que el códec disminuye automáticamente la tasa de bits para los pasajes tranquilos y la aumenta para los pasajes complejos.

En el mundo actual, el almacenamiento es barato y los archivos musicales son relativamente pequeños. ¿Por qué comprometer la calidad y utilizar un formato con pérdidas cuando los formatos sin pérdidas ofrecen copias perfectas de la música original?

Tipos de archivos de audio digital

Como ya hemos comentado, los archivos de audio digital pueden guardarse con o sin pérdidas y con distintas tasas y profundidades de bits. Al igual que con todo lo demás, hay formatos de archivo digital que compiten entre sí. Algunos formatos de archivo son de código abierto y otros son propiedad de empresas.

Una ventaja de muchos tipos de archivos digitales de audio es la inclusión de metadatos (ilustración del álbum, información sobre el artista y el título de la canción, etc.) dentro del propio archivo.

Un ejemplo de campos de metadatos en un archivo de audio digital. (De: creativefieldrecording.com)
Un ejemplo de campos de metadatos en un archivo de audio digital. (De: creativefieldrecording.com)

Formatos de audio con pérdidas

Los formatos con pérdidas más comunes en el audio digital son los universales MPEG-1 Audio Layer III (MP3) y su sucesor previsto Codificación de audio avanzada (AAC). Ambos son muy populares, pero la alternativa AAC tiene una ligera ventaja en la calidad del sonido con la misma tasa de bits.

El MP3 es el estándar de código abierto, mientras que el AAC se utiliza en el iTunes de Apple, el streaming de Apple Music y el streaming de YouTube.

Ogg Vorbis (OGG) es otro formato de archivo con pérdidas que es popular por ser de uso libre y sin patente. Se utiliza para la música del juego en muchos videojuegos y es el formato en el que se Spotify servicio de música en streaming.

Audio de Windows Media (WMA) es una serie de códecs de audio propios desarrollados por Microsoft. Incluyen varias versiones diferentes: WMA (con pérdidas), WMA Voice (con pérdidas sólo para la voz), WMA Pro (multicanal) y WMA Lossless.

Calidad maestra autentificada (MQA) fue lanzado en 2014 por Meridian Audio y es un híbrido de compresión con y sin pérdidas. Es un formato controvertido debido a las restricciones de las licencias y a las discutibles afirmaciones sobre el audio frente a los resultados. El MQA es utilizado principalmente por la servicio de streaming TIDAL.

«No hay duda de que MQA degrada la calidad del audio para los usuarios que no tienen un descodificador MQA. La parte compatible de la señal MQA equivale a unos 13 ó 15 bits a una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz o 48 kHz.

La pérdida de resolución se debe a la reducción del muestreo, al ruido de vacilación y al ruido pseudoaleatorio del canal de compresión de alta frecuencia que ocupa los 8 a 11 bits inferiores. Cuando se descodifica completamente, la resolución de MQA se limita a 17 bits a 96 kHz». – BenchMarkMedia.com

Comparación de audio con y sin pérdidas. (De: 7labs.io)
Comparación de audio con y sin pérdidas. (De: 7labs.io)

Formatos de audio sin pérdidas sin comprimir

Formato de archivo de audio en forma de onda (WAV) fue desarrollado por Microsoft y IBMy es el método de codificación estándar del formato de CD. No está comprimido y, por tanto, requiere mucho más espacio de almacenamiento que los formatos comprimidos sin pérdidas.

Formato de archivo de intercambio de audio (AIFF)) fue desarrollado por Apple en 1988 como una alternativa a WAV (también sin comprimir) con soporte mejorado de metadatos.

Los formatos de archivo de audio sin pérdidas son capaces de reproducir audio estándar o de alta resolución.

Formatos comunes de archivos de audio digital. (De: whathifi.com)
Formatos comunes de archivos de audio digital. (De: whathifi.com)

Formatos de audio comprimido sin pérdidas

Códec de audio sin pérdidas gratuito (FLAC) es el estándar (casi) universal debido a su formato abierto y su licencia libre de derechos. No está soportado oficialmente por Apple, ya que tiene su propio Códec de audio sin pérdidas de Apple (ALAC) formato. Ambos pueden reducir el tamaño del archivo original sin comprimir alrededor de un 50 por ciento y conservar una copia idéntica de los datos de audio originales.

M4A es un archivo de audio digital guardado en el formato MPEG-4 y codificado con AAC o ALAC (y como tal puede tener pérdidas o no).

Flujo Digital Directo (DSD) (formatos .dsf y .dff) fue creado por Sony y Philips por su Super Audio CD (SACD). Los archivos DSD vienen en varias frecuencias de muestreo, desde DSD64 hasta DSD512, que muestrea audio de frecuencias de 2,8224 MHz a 22,5792 MHz (ocho veces la frecuencia de SACD). También se conoce como flujo de bits SACD de 1 bit.

El estándar más común de Modulación por impulsos (PCM) se utilizó en el competidor de SACD DVD-Audio y el tema de qué formato (DSD vs PCM) era superior estaba en constante debate. Ambos formatos utilizan un enfoque diferente en cuanto a la frecuencia de muestreo y la profundidad de bits.

Audio de alta resolución (Hi-Res)

Lo que constituye el audio de alta resolución es objeto de debate. QuéHiFi proporciona lo que probablemente sea la definición más segura:

«El Grupo de Entretenimiento Digital, la Asociación de Electrónica de Consumo y la Academia de la Grabación, junto con los sellos discográficos, han definido formalmente el audio de alta resolución como: «Audio sin pérdidas que es capaz de reproducir toda la gama de sonido de las grabaciones que han sido masterizadas a partir de fuentes musicales de calidad superior a la de un CD».

En sus términos más sencillos, el audio de alta resolución suele referirse a los archivos de música que tienen una frecuencia de muestreo y/o una profundidad de bits superior a la del CD, que se especifica en 16bit/44,1kHz».

El logotipo de la certificación de audio de alta resolución. (De: shelleypalmer.com)
El logotipo de la certificación de audio Hi-Res. (De: shelleypalmer.com)

Habrás notado la inclusión de «Hi-Res Audio» y «Hi-Res Audio Wireless» certificación en muchos productos de audio últimamente. La definición de «audio» fue anunciada por la Asociación de Industrias Electrónicas y de Tecnologías de la Información de Japón (JEITA) en 2014, mientras que la definición de «inalámbrico» se anunció en 2018.

La certificación define las condiciones mínimas que deben cumplir los productos (amplificadores, micrófonos, altavoces, auriculares, etc.) para ser considerados «Hi-Res» por esta asociación y poder mostrar el logotipo.

¿Dónde puedo comprar música de alta resolución?

Servicio Género Formatos de archivo admitidos
7digital Alternativo, Ambient, Africano, Americano, Blues, Clásico, Country, Cristiano, Navidad, Cámara, Infantil, Dance, Deep House, Drum & Bass, Dancehall, Dubstep… FLAC (24 bits).
Sonidos acústicos Super HiRez Blues, Pop/Rock, Clásica, Vocalistas femeninas, Folk, Jazz… DSD, FLAC y ALAC.
HDtracks Rock, Rock clásico, Pop, Jazz, Clásica, Country, Electrónica, Folk, Fusión… AIFF, ALAC, WAV, FLAC y DSD. Velocidades de muestreo de hasta 352/24 bits
iTrax Acústico/Guitarra, Blues, Acústico/Instrumental, Rock/Pop, Jazz, Clásico, Country/Folk, Eléctrico/Instrumental, World, Crossover, R&B y Navidad. FLAC y WAV.
Música nativa DSD y más allá Big Band, Clásica, Recopilación de música clásica, Crossover de música clásica, Gospel, Acústica independiente, Jazz, Recopilación de jazz… DSD.
Qobuz Pop, rock, Electrónica, Soul, Funk, R7B, Rap, Blues, Country, Folk, Bandas sonoras, Clásica, Jazz, Mundo y Niños. FLAC (24 bits).
Maestros de ProStudio Alternativo, Blues, Clásico, Country, Francófono, Vacaciones, Jazz, Pop, R&B/Soul, Rock… AIFF, ALAC y DSD (hasta 11,2896 MHz).
Una comparación de diferentes tipos de archivos. (De: play-fi.com)
Una comparación de diferentes tipos de archivos. (De: play-fi.com)

Si prefieres suscribirte a un servicio de streaming de audio de alta resolución (en lugar de comprar y descargar archivos de música) tus mejores opciones son:

Entradas digitales y salidas analógicas

Las conexiones digitales y analógicas de la parte trasera del Brooklyn Dac +. (De: mytekdigital.com)
Las conexiones digitales y analógicas de la parte trasera del Brooklyn Dac +. (De: mytekdigital.com)

Conexiones digitales por cable

Como hemos dicho, un DAC necesita una fuente digital (a veces denominada «transporte») que sirva un archivo de audio digital como un flujo de 1s y 0s. Esta fuente puede estar conectada al DAC mediante un puerto digital y un cable, o incluso de forma inalámbrica. Aunque hay varias interfaces digitales de audio menos comunes (Wordclock, Firewire, Rayoetc.) que omitiremos por brevedad, los tipos más comunes de conexiones digitales por cable que se encuentran en los DAC son

AES3

AES3 (o AES/EBU) es una norma creada por la Audio Engineering Society para transferir una señal de audio digital estéreo (2 canales de audio PCM sin comprimir) a través de un único cable digital XLR. Aunque físicamente parece lo mismo que un cable XLR estándar, no es posible utilizar un cable XLR analógico en lugar de uno digital, pero sí lo contrario.

S/PDIF

El ‘Sony/Philips Digital InterFace‘ (S/PDIF) existe desde hace décadas. En Wikipedia: «La señal se transmite a través de un coaxial con conectores RCA o un cable de fibra óptica con conectores TOSLINK. El S/PDIF interconecta los componentes de los teatros domésticos y otros sistemas digitales de alta fidelidad».

El S/PDIF es capaz de transmitir audio a una velocidad de hasta 24 bits.

Coaxial

Coaxial se refiere a una conexión eléctrica estándar de la norma S/PDIF, normalmente a través de un único cable de 75 ohmios coaxial (2 conductores). Normalmente se conecta a través de una única conexión RCA, aunque de 3,5 mm, BNCo se pueden utilizar diversas tomas de corriente y enchufes personalizados.

El uso de conectores RCA para las señales coaxiales no es lo ideal, ya que el RCA no puede mantener la capacidad especificada de 75 ohmios como el conector BNC, sin embargo, se convirtió en el estándar de la industria.

«Los conectores BNC fabricados para el uso de vídeo (¡pero no los fabricados para otros usos!) están diseñados para una impedancia característica de 75 ohmios… ¿existe un verdadero conector RCA de 75 ohmios? En realidad no…

…las dimensiones de la clavija RCA y de la toma de corriente son erróneas para la impedancia característica de 75 ohmios… una clavija RCA ordinaria soldada se vuelve asimétrica, y se aleja drásticamente de las dimensiones requeridas para mantener una impedancia de 75 ohmios…» – Cable Blue Jeans

USB, coaxial y dos entradas digitales ópticas en el V90. (De: musicalfidelity.com)
USB, coaxial y dos entradas digitales ópticas en el V90. (De: musicalfidelity.com)

TOSLINK (Toshiba Link) se diseñó originalmente para interconectar los reproductores de CD de Toshiba con sus amplificadores. Es un sistema estandarizado conector de fibra óptica y un cable que suele denominarse simplemente «cable óptico». Los conectores se reconocen fácilmente por su forma cuadrada y su luz roja brillante.

El propio cable de transmisión de luz suele ser de plástico, lo que limita su longitud útil a 5-10 m y puede dañarse fácilmente si se enrolla o dobla con fuerza. Hay cables de vidrio o de sílice más caros.

Existe una norma de audio profesional ADAT Lightpipe que utiliza los mismos conectores que TOSLINK, pero no es compatible.

Las tomas TOSLINK eran muy comunes en los componentes de cine en casa (antes del estándar HDMI) para transmitir audio envolvente 5.1 o 7.1 (Dolby Digital o DTS). Admite hasta 2 canales de audio sin comprimir PCM audio (explicación del audio PCM más abajo). Los cables ópticos no son vulnerables a problemas de audio como bucles de tierra y Interferencias de RF.

Mini TOSLINK es (como habrás adivinado) un conector de fibra óptica estándar más pequeño. Desde el exterior, una toma mini TOSLINK parece idéntica a una típica toma de auriculares estéreo de 3,5 mm. De hecho, las tomas combinadas se utilizan en numerosos dispositivos (como en muchos modelos de MacBook Pro de Apple) que pueden aceptar tanto una clavija de auriculares de 3,5 mm como una clavija mini TOSLINK.

La clavija mini TOSLINK es 0,5 mm más larga que una clavija de audio estándar de 3,5 mm, por lo que las conexiones eléctricas están separadas de las ópticas y no dañarán el LED de transmisión de la toma.

USB

Bus serie universal (USB) El audio es algo más complicado que las anteriores conexiones digitales, ya que se presenta en varios sabores. A través del USB, la señal de audio se transfiere en forma de paquetes en lugar de un flujo continuo de audio PCM.

Esto requiere una señal de reloj adicional para mantener todo a tiempo, así como circuitos en el DAC para descodificar los paquetes de nuevo en un flujo de audio.

No quiero dedicar demasiado tiempo a los detalles, sino tocar el tema del USB a un nivel superior, para que tengamos una comprensión básica de cómo funciona todo.

El simple DAC OL con una sola entrada USB y salidas RCA. (De: jdslabs.com)
El sencillo DAC OL con una sola entrada USB y salidas RCA. (De: jdslabs.com)

El USB ofrece tres tipos de sincronización isócrona (de ancho de banda fijo), todos ellos utilizados por los dispositivos de audio:

  • Asíncrona – El ADC o DAC no se sincroniza con el reloj del ordenador central, sino que funciona con un reloj de funcionamiento libre local del dispositivo.
  • Sincrónico – El reloj del dispositivo se sincroniza con las señales de inicio de trama (SOF) o de intervalo de bus del USB…
  • Adaptativo – El reloj del dispositivo se sincroniza con la cantidad de datos enviados por trama por el host.

…en el hi-fi mundo, donde el modo asíncrono se anuncia como una característica, y los modos adaptativos/síncronos tienen mala reputación. En realidad, todos los tipos pueden ser de alta o baja calidad, según la calidad de su ingeniería y la aplicación.

El asíncrono tiene la ventaja de estar desvinculado del reloj del ordenador, pero la desventaja de requerir conversión de la frecuencia de muestreo al combinar varias fuentes». – Wikipedia

Basta con entender que la música digital se envía en forma de paquetes de datos desde la fuente (a través del cable USB) hasta el DAC, en marcos temporales periódicos definidos por el reloj. Hoy en día, la transferencia de datos asíncrona (en la que la fuente no dicta la temporización) suele ser el método preferido en las aplicaciones de audio de alta fidelidad.

Clases de audio USB

Hay tres clases de audio USB, abreviado como UAC (Clase de audio USB) o ADC (Clase de dispositivo de audio), y se denominan creativamente Clase 1 (o UAC 1), Clase 2 y Clase 3. Todos pueden transmitir audio de alta calidad, pero difieren en la resolución que pueden soportar.

La UAC 1 es capaz de soportar un máximo de 24 bits/96kHz (profundidad de bits/velocidad de muestreo) para el audio estéreo. Las clases 2 y 3 son capaces de soportar un máximo de 32 bits/384 kHz.

Antes de la Windows 10 En la versión 1703 de 2017, Windows sólo admitía UAC 1 por defecto y requería la instalación de controladores adicionales para la compatibilidad con la Clase 2. Apple Mac OS admite por defecto tanto la Clase 1 como la Clase 2.

UAC 1, UAC 2 y UAC 3 se diferencian de las especificaciones comunes USB 2.0, USB 3.0 o USB C, que definen velocidades, cables, conectores, etc. y no se refieren específicamente al audio (como UAC). Qué manera de confundir la nomenclatura.

«El USB 2.0 y el audio funcionan bien juntos. Los flujos de datos de máxima calidad de audio con 7 canales de audio a las tasas de bits más altas caben fácilmente en el ancho de banda disponible del USB 2.0. Lo que no era perfecto era el consumo de energía del actual estándar de audio USB». – Synopsys

El nuevo UAC 3 surgió con la llegada de la especificación USB C y pretende ser más eficiente en el consumo de energía al transmitir datos periódicamente en lugar de estar siempre encendido. También permite a los fabricantes añadir funciones (como el soporte de cancelación de ruido) y eliminar la tradicional toma de auriculares analógica de 3,5 mm de los dispositivos móviles para mejorar la resistencia al agua.

Para enturbiar un poco más el agua, todas las clases de USB admiten en realidad la transmisión de audio tanto analógico como digital. Esto sólo afecta a la conexión de los auriculares y no a los DAC, que requieren una conexión digital.

Android y USB OTG

Android es siempre un poco del oeste salvaje en lo que respecta a los estándares y la transmisión de audio digital no es (por desgracia) diferente. La última vez que se actualizó oficialmente el conjunto de funciones de audio USB de Android fue en 2014 con la versión 5.0 (Lollipop). La mayoría de las recientes actualizaciones de audio de Android han sido para mejorar la compatibilidad con el códec Bluetooth.

Android 4.1 y superior es compatible con «Modo accesorio de audio«, que tiene un máximo de 16 bits/44,1 kHz. Es la única forma de obtener audio analógico a través de una interfaz USB. Android 5.0 y superior soporta un subconjunto de UAC 1 con un máximo de 24 bits/48kHz.

Logotipo de USB OTG. (De: wikipedia.org)
Logotipo de USB OTG. (De: wikipedia.org)

Para proporcionar formatos de audio de mayor resolución, un cable USB especial llamado ‘USB On-The-Go‘ (OTG) debe ser utilizado para activar el cable ‘USB host‘ del dispositivo Android. A continuación, se puede utilizar una aplicación y un controlador personalizados para habilitar flujos estéreo y multicanal (hasta resoluciones de 32 bits y frecuencias de muestreo superiores).

La aplicación típica de reproductor de audio para emparejar con USB OTG es Reproductor de audio USB PRO. Es compatible con la mayoría de los formatos de audio (como DSD, FLAC, MQA, APE, MP3, etc.), así como con resoluciones y frecuencias de muestreo superiores.

Conexiones digitales inalámbricas: Bluetooth

Algunos DAC más recientes admiten conexiones inalámbricas desde la fuente, además de las tradicionales por cable. En concreto, hablamos de la compatibilidad con Bluetooth, pero es importante señalar que nuestro verdadero objetivo es la conexión desde la fuente a un dispositivo DAC externo y no a los auriculares con Bluetooth.

Estos DAC inalámbricos se conectan a la fuente, no con un cable, sino que se conectan mediante Bluetooth. Luego los auriculares o un amplificador se conectan con cables al DAC.

  • Fuente → Conexión inalámbrica por Bluetooth → DAC → Cables analógicos → Auriculares o amplificador
El DAC inalámbrico EarStudio ES100. (De: makkyon.com)
El DAC inalámbrico EarStudio ES100. (De: makkyon.com)

DAC inalámbricos y códecs Bluetooth

SBC es el códec básico de baja complejidad para Bluetooth que admite frecuencias de muestreo de hasta 48 kHz y tasas de bits de 345 kbps para flujos estéreo.

Bluetooth suele utilizar el aptX para transmitir un flujo de audio de mayor calidad de forma inalámbrica a un dispositivo. Desarrollado originalmente en la década de 1980, aptX es una familia de algoritmos de compresión de códecs de audio propietarios de Qualcomm.

El reciente aptX HD soporta audio de alta definición de hasta 24 bits/48 kHz de frecuencia de muestreo y se considera «casi sin pérdidas», ya que conserva las frecuencias de audio de hasta 20 kHz y un rango dinámico de al menos 120 dB. Su principal competidor es el Códec LDAC.

Códecs Bluetooth. (De: androidauthority.com)
Códecs Bluetooth. (De: androidauthority.com)

LDAC también es un códec con pérdidas. Desarrollado por Sony, LDAC admite hasta 24 bits/96 kHz y es el primer códec inalámbrico con la función ‘Audio inalámbrico de alta resolución(desde septiembre de 2019). Desde Android 8.0 (Oreo), LCAC es de código abierto y puede integrarse libremente en los dispositivos Android.

LHDC significa códec de audio de baja latencia y alta definición. Comparado con el códec de audio SBC, LHDC permite transmitir casi 3 veces (900 kbps) los datos.

AAC (o Advanced Audio Coding) es el códec inalámbrico elegido por los dispositivos portátiles de Apple. Los dispositivos Android tienden a evitarlo, o a no manejarlo eficazmente.

Es importante tener en cuenta que, aunque las conexiones digitales inalámbricas son capaces de enviar datos de audio de alta resolución a algunos DAC, a diferencia de las conexiones por cable, el Bluetooth no es una conexión digital sin pérdidas.

Los códecs de Bluetooth no son capaces de ofrecer la misma calidad que una conexión digital directa por cable. Sin embargo, los impactos audibles de esta conexión sin pérdidas siguen reduciéndose con cada norma Bluetooth sucesiva que se publica.

Salidas analógicas

Bien, has conectado tu DAC a tu fuente mediante una de las conexiones digitales anteriores. Ahora es el momento de sacar ese dulce, dulce sonido analógico a tus auriculares o amplificador. Por suerte, el lado analógico de las cosas es un poco más sencillo de entender.

Salidas analógicas RCA y XLR a la izquierda y entradas digitales a la derecha en la parte trasera del Yggdrasil. (De: schiit.com)
Salidas analógicas RCA y XLR a la izquierda y entradas digitales a la derecha en la parte trasera del Yggdrasil. (De: schiit.com)

Las salidas analógicas DAC más comunes que puedes encontrar son:

RCA

RCA (Radio Corporation of America) se utilizan desde la década de 1940 para las conexiones de los fonógrafos, y así nació la omnipresente toma «fono». Ganó popularidad en los años 50 con los equipos de música domésticos y ha permanecido prácticamente sin cambios desde entonces.

Utiliza las tomas RCA de tu flamante DAC para conectarlo a tu amplificador de auriculares o a tu equipo de música doméstico, independientemente de la antigüedad de los demás componentes.

Siendo un poco entusiasta del audio vintage, con un amor por los equipos Marantz de la época de los 70, es una bendición que este estándar haya prevalecido. Todos los componentes estéreo son compatibles y utilizan los mismos cables a través de sus conexiones RCA analógicas. ¡Hoo-rah!

Las tomas RCA pueden ser de salida variable mediante un control de volumen, o más comúnmente pueden ser ‘nivel de líneaSalida de nivel de línea. El estándar de salida de nivel de línea suele definirse como una impedancia de fuente de 100-600 ohmios y que alcanza 2 voltios pico a pico.

Auriculares

Las tomas de auriculares son de 3,5 mm (1/8″) o de la variedad más grande de 6,3 mm (1/4″). La presencia de una toma de auriculares indica que también hay un circuito amplificador dentro del DAC (es una unidad integrada DAC/Amp).

XLR

Las tomas XLR tienen el aspecto de un círculo que contiene 3-4 clavijas y utilizan una clavija de conexión de micrófono estándar. Normalmente se incluyen en los DAC de gama alta con un circuito de salida balanceado. Para más información, te sugiero que leas nuestro artículo Balanceado vs. No balanceado.

Resumen

Esto nos lleva al final de Parte 1. Ahora hemos comprendido bien la importancia de la calidad y los formatos de los archivos de audio digital. También hemos visto las mejores formas de conectar un DAC a una fuente digital y a un amplificador o auriculares. Con estos fundamentos, estamos preparados para la segunda parte de la serie «Introducción a los DAC» y examinar lo que ocurre dentro del DAC para convertir ese archivo digital en música.

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Roberto es licenciado en Informática, habiendo acumulado una valiosa experiencia a lo largo de los años trabajando en Guiaparacomprar.com como programador. Roberto además es un especialista en marketing digital y profesional de las tecnologías de la información con más de 10 años de experiencia.

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