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Cómo conectar equipos audio de forma óptima: niveles y márgenes

Sacar el máximo provecho de nuestras cadenas de equipos tanto analógicos como digitales exige hilar algo más fino que simplemente asegurar la aplicación en cada conexión un correcto emparejamiento a +4dBu o -10dBV, los dos niveles de línea convencionales. La conexión óptima entre equipos audio exige considerar también los márgenes que maneja cada uno de ellos, y en el caso digital atender a los dBFS y sobre todo al valor de tensión correspondiente al punto 0dBFS.

Os contamos cómo atender esta cuestión muchas veces desatendida y que puede causar numerosas sorpresas que a veces etiquetamos como problemas o fallos de los equipos cuando son realmente una falta de correcto ajuste por nuestra parte que origina un exceso de distorsión o una pérdida de márgen y el consiguiente aumento del ruido.

En otro tutorial previo hablaba de los límites inferior y superior en el margen dinámico de los sistemas analógicos y digitales, y su lectura permite contar con ciertos conceptos para abordar mejor este de hoy.

Interconexión entre equipos: ojalá fuera tan simple

En nuestros estudios y directos interconectamos múltiples sistemas audio entre sí, y lógicamente conviene contar con estándares que garanticen que la conexión sea sencilla y funcione adecuadamente sin más que tirar un cable. Estándares que se refieren no sólo al conector y al cable, también al tipo y nivel de señal que ha de usarse. Lo habitual en audio es que representemos la información mediante la variación del voltaje. Por ejemplo, un micrófono nos da una tensión variable que refleja en su ‘forma’ las variaciones del sonido que capta.

Para no tenernos que dedicar a medir, calibrar y equilibrar una por una cada conexión que hagamos entre nuestros distintos equipos, se manejan niveles de tensión normalizados, que en nuestro caso se resumen (en cuanto a niveles de línea) en +4dBu y -10dBV, que tenéis descritos en un tutorial. Si conecto una salida que genera tensiones de un determinado nivel a una entrada que espera encontrar también señales de ese mismo nivel, debería funcionar sin problemas de saturaciones ni pérdidas de margen, etc. Sin duda una comodidad y una garantía necesarias tanto para el profesional (por razón de calidad y tiempo) como para el doméstico (por razón de simplicidad). Muy bonito... pero no del todo cierto. No basta con igualar esos niveles nominales en cada conexión.

La interconexión óptima exige mirar con algo más de detalle las especificaciones y hacer un mínimo planteamiento de ajuste de niveles, ganancias, etc. por culpa de que

  • En cada sistema digital el nivel que corresponde a 0dBFS (el nivel ‘a fondo de escala’) puede ser diferente. Aunque en todos ellos opere como una cota que no debe superarse jamás, su valor en cuanto a tensión no está definido salvo para cada equipo, sin un estándar único.
  • En cada sistema analógico sí tenemos niveles nominales +4dBu o -10dBV conocidos y fijos, pero hay diferencias en cuanto a la holgura (headroom) por encima de ellos antes de presentar problemas serios de saturación. Holguras y márgenes particulares en cada equipo que han de recabarse de sus hojas de especificaciones.

Veamos pues con mayor detalle qué sucede.

+4dBu y -10dBV no lo es todo: son referencias, no máximos absolutos

Es importante tener claro que al hablar de +4dBu y -10dBV no se trata de niveles 'máximos' tolerables, no son los límites de trabajo nuestros sistemas. En muchos sistemas se puede superar ese nivel sin que aparezca una distorsión grave, hay prevista cierta holgura que debe ser tenida en cuenta para resolver de forma 'óptima' una interconexión.

La indicación +4dBu o -10dBV indica niveles nominales, niveles para 'alinear'. Definen qué es lo que podemos esperar cuando un 'vu-meter' señale el nivel '0 VU' (o un 'dB-meter' el nivel '0 dB'). Un equipo funcionando en +4dBu estará generando o recibiendo (según se trata de salida o entrada) una señal de valor RMS 1,23 V cuando su medidor señale '0 VU'. Etiquetar +4dBu implica un significado concreto de tensión en el punto '0 VU' del medidor de nivel, pero típicamente se seguirá aceptando señal que lo supere hasta un cierto margen sin generar especial distorsión.

¿Para qué esa holgura? Por la ceguera de los vúmetros a los picos, que exige dejar un amplio margen para que estos quepan sin resultar muy deformados o recortados.

La ceguera a los picos en los vúmetros

Tanto los dBV como los dBu, concebidos en los tiempos del 'todo analógico', se definieron en relación al nivel RMS, que no deja de ser un valor promedio (root mean square) y no instantáneo. Cualquier representación de tipo RMS es por definición incapaz de ver los picos, que son los primeros candidatos a la saturación / distorsión. Por ejemplo los vúmetros tradicionales, que representan nivel RMS y no valores pico, pero que aun así se han venido usando con éxito para ajustar niveles… al menos hasta que llegaron los sistemas digitales.

Para compensar esa ‘ceguera’ hacia los picos, los sistemas pueden típicamente manejar niveles mucho mayores. No es extraño que un equipo +4dBu esté capacitado para operar sin entrar en distorsión severa hasta +24dBu, lo que implica que por encima del nivel 0 VU hay todavía una holgura de 20 dB.

Imágenes del interfaz US-16x08
tascam.com

Por ejemplo en el interfaz Tascam US-16X08 y centrándonos en sus entradas 11 a 16 que son estrictamente de línea (las otras son línea/instrumento o bien micro), cuentan con conmutadores para trabajar en formatos -10dBV o +4dBu con las siguientes características en cuanto a nivel:

Entradas 'Line' Switch en -10dBV Switch en +4dBu
Nivel nominal -10dBV (0.3162Vrms) +4dBu (1.228Vrms)
Nivel máximo +10dBV (3.162Vrms) +24dBu (12.182Vrms)

En ese mismo interfaz las salidas operan siempre a +4dBu:

Salidas 'Line' (no disponible en -10dBV) +4dBu
Nivel nominal - - - +4dBu (1.228Vrms)
Nivel máximo - - - +24dBu (12.182Vrms)

Veis precisamente ese margen de 20dB entre el nivel ‘nominal’ y el máximo recomendado por el fabricante antes de entrar en una distorsión severa. En otros casos podréis encontrar otros márgenes diferentes, luego veremos un ejemplo con un interfaz RME. Hay incluso quien dice observar una preferencia en fabricantes americanos hacia los 20dB de holgura y en los europeos a los 18 dB, pero en todo caso lo único cierto es que no hay un estándar y que hay que mirar las especificaciones de cada equipo.

Pensad en lo generoso de tal margen. Recordad que 20dB (factor 100 en potencia, 10 en amplitud)) implican que los picos tendrían que ser 10 veces superiores a la tensión RMS para ser gravemente dañados. Además en los sistemas analógicos la aparición de la distorsión es progresiva puede ser relativamente benigna y tolerable.

Deberiamos no basarnos sólo en medidas RMS y atender a también los niveles pico. Al menos para prepararnos para un 'cuidado con los picos' que es esencial en sistemas digitales.

Límites en digital y correspondencia con niveles analógicos

Frente a ese límite ‘laxo’ en analógico, sabemos que los sistemas digitales no se llevan bien con rebasar su ‘fondo de escala’, por encima del cual aparece el recorte (‘clipping’) de cualquier pico como forma molestísima de distorsión. Tan molesta que no debe permitirse que suceda ni siquiera por lapsos brevísimos de tiempo. En el ejemplo del interfaz Tascam del que hablábamos antes, el nivel máximo que citan las especificaciones está asociado al punto 0dBFS (0dB a fondo de escala o ‘full scale’, es decir, el nivel justo al límite de la representación digital).

Conseguir que ese desencaje de filosofías (codo rígido digital, codo suave analógico) no impacte en nuestros resultados obliga a considerar cómo desde un sistema digital recibimos o enviamos señales para interactuar con otro analógico (por ejemplo para incorporar un intrumento externo vía previo, o para insertar un efecto o procesamiento externo, o para atacar cualquier etapa, etc.). Es importante, como en cualquier conexión, que nos ocupemos de que se correspondan los niveles nominales y los márgenes por encima de ellos. El valor en dBu o dBV que corresponde a los 0dBFS es un dato esencial para ello, que nos permite comparar con los niveles y márgenes tolerables en el sistema analógico que vayamos a emplear.

Encajar no sólo niveles, también los márgenes

No sólo en la conexión entre digitales y analógicos, también entre dos sistemas analógicos puede haber diferentes definiciones de los márgenes, más allá de que coincidan sus niveles nominales, que obliguen a plantear con lápiz y papel cómo resolver de forma óptima la conexión. Incluso en la conexión entre dos digitales a través de sus entradas/salidas analógicas, tendremos necesidad de plantearnos qué está pasando. Y de ese tipo será el caso que use para ilustrar con un ejemplo qué procedimiento seguir para estudiar el conexionado entre dos sistemas en cuanto a sus niveles.

Os indico alguna información que da RME sobre los niveles en las entradas y salidas su Fireface UC formando parte de las especificaciones del producto: Aunque no veais ningún conmutador físico, vía software se configura para usar uno entre tres posibles niveles que aparecen rotulados como: -10 dBV, +4 dBu, Lo/HiGain. El fabricante informa de que esos tres ajustes corresponden a determinados niveles a fondo de escala (full scale):

  • 0 dBFS @ Hi Gain: +19 dBu
  • 0 dBFS @ +4 dBu: +13 dBu
  • 0 dBFS @ -10 dBV: +2 dBV
Fireface UC
rme.com

Un ejemplo práctico

Podemos pensar dónde se sitúan los niveles y márgenes en este caso de dos productos concretos tomados del catálogo de Tascam y de RME, y veréis que asoman diferencias. Para definir las conexiones óptimas, y qué posibles problemas podría daros una u otra conexión es útil que penséis en términos como los que muestra este esquema que os he preparado a partir de los datos antes ofrecidos de estos interfaces y que tenéis explicado a continuación.

Un esquema de niveles y márgenes para analizar conexiones
pablofcid

Mientras el Tascam US-16x08 venía caracterizado por situar sus niveles nominales literalmente en +4dBu o -10dBV y ofrecer un margen de 20dB por encima, que deja sus 0dBFS en +24dBu y +10dBV respectivamente, en el caso de RME se ofrecen tres opciones, ninguna de ella coincidente con esa visión de corte 'tradicional' que aplica Tascam.

La opción que RME etiqueta como -10dBV ofrece un margen de 12 dB por encima de dicho nivel hasta llegar al 0dBFS (más allá comenzaría el recorte o clipping), por lo que en términos de margen recorta mucho antes que el Tascam trabajando a -10dBV. Todo un ejemplo de una conexión que aparentaría estar bien hecha (-10dBV en ambos) pero que distaría de estarlo.

La opción etiquetada como +4dBu por RME trabaja con niveles más altos pero tiene su recorrido posible por encima de la referencia de +4dBu es de sólo 9 dB (de nuevo muy alejado de los 20dB en Tascam). Pero ese ajuste +4dBu de RME podría (aunque el etiquetado no lo diga) concebirse como una conexión -10dBV con un márgen ampliado, que llegaría a ser del orden de los 20dB.

Finalmente cuenta con una opción (hi/lo gain) que podría operar como conexión +4dBu con márgen de 15dB o como conexión -10dBV con márgen de casi 27dB.

Es evidente en este ejemplo que ajustar la ‘mejor’ conexión no es tan simple como limitarse a elegir el nivel ‘pro’ +4dBu o ‘consumer’ -10dBV. La figura anterior muestra que una opción muy razonable en este caso en una hipotética conexión para entregar señal del RME al Tascam por vía analógica podría ser usar la salida RME en +4dBu y la entrada Tascam en -10dBV, pero a la vez asegurándonos de no exprimir al límite el recorrido en el RME hasta los 0dBFS (que se sale del recorrido aceptable en el Tascam). Otra opción sería usar la salida RME en ‘hi gain’ hacia entrada Tascam +4dBu pero sabremos en ese caso que estaremos dejando sin aprovechar unos 6dB del recorrido posible en la entrada Tascam. Son opciones entre las que tendremos que elegir, cada una con sus propios compromisos.

A la inversa, para llevar señal del Tascam al RME, parecería sugerirse la opción de salida Tascam a -10dBV y entrada RME a +4dBu, pero las salidas del Tascam sólo ofrece nivel +4dBu. Así que habrá que usar salida Tascam a +4dB atacando a la entrada ‘hi gain’ de RME pero tendremos que ser muy vigilantes de los niveles porque la entrada máxima de RME quedaría 5dB por debajo de la salida a fondo de escala en Tascam, así que tendremos que ser nosotros (no lo garantiza la conexión) quienes nos aseguremos de que los picos en esa salida están como máximo a -5dBFS en el interfaz Tascam, condición que evitará provocar 'clipping' en esa entrada del RME.

Conclusiones

Como vemos, esa sensación garantista que nos da conectar dos equipos simplemente ajustándolos a un mismo estándar (+4dBu o -10dBV) no siempre se corresponde con la realidad. Pueden aparecer problemas.

En el ejemplo que hemos realizado, dado que era conexión entre dos interfaces digitales, hubiera sido más sensato usar una conexión digital (exigiría sincronizar sus relojes haciendo uso de un ‘word clock’). Pero me ha permitido mostraros un ejemplo con datos reales y fáciles de interpretar, tomando la salida analógica de un interfaz hacia la entrada analógica del otro. Así hemos combinado en un solo ejercicio conceptos de ambos mundos, de lo analógico y de lo digital. Y por otra parte tampoco se trata de un caso puramente ficticio: no pocas veces veréis conectar dos sistemas digitales a traves de las salidas y entradas de audio analógicas.

Y desde luego en casos donde queráis conectar un sistema analógico y uno digital, o bien dos analógicos entre sí, no hay más remedio que mirar cómo andan los márgenes, no podemos fiarnos sólo de la igualdad de los niveles nominales.

Sabemos que si forzamos un sistema o una entrada analógica a niveles ya comprometidamente altos lo que va a suceder es una aparición de distorsión que no necesariamente va a ser desagradable, y por tanto tenemos el 'colchón' de lo analógico. Pero no está de más ser conscientes de a qué niveles empezará a tener lugar una saturación significativa, para que estemos especialmente atentos al posible cambio de color que se produzca en el audio. La regla de los 20dB de márgen es sólo una costumbre, no es necesariamente la que siguen todos los equipos.

Cuando contemos con ajustes finos de nivel podremos compensar los desajustes que se produzcan entre los niveles y márgenes de un equipo y el siguiente. Cuando no, no queda más remedio de tirar de algún atenuador si queremos evitar la entrada en saturación.

Pablo Fernández-Cid
EL AUTOR

Pablo no puede callar cuando se habla de tecnologías audio/música. Doctor en teleco. Ha creado diversos dispositivos hard y soft y realizado programaciones para músicos y audiovisuales. Toca ocasionalmente en grupo por Madrid (teclados, claro).

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