Guía definitiva de audio DSP

Nuestra explicación para principiantes sobre el audio DSP y sus efectos en el mundo de los audiófilos.

El procesamiento de señales digitales (DSP) ha estado circulando en la industria de la tecnología durante algunas décadas, pero nuestros dispositivos de audio diarios aún están en proceso de adaptarse a él. Los dispositivos inteligentes como Google Home, Amazon Echo y Apple AirPods dependen en gran medida de DSP para crear una mejor experiencia de usuario.

Pero, ¿qué es exactamente DSP? ¿Es realmente tan importante y beneficioso para la experiencia auditiva?

En este artículo, profundizamos en DSP y cómo afecta nuestra experiencia auditiva.

¿Qué es DSP?

DSP, o “procesamiento de señales digitales”, es el proceso de tomar señales analógicas del mundo real (p. ej., voces e imágenes), convertirlas en información digital, realizar los cambios necesarios y luego reproducirlas en información que podamos entender y usar.

Pero los procesadores de señales digitales son computadoras que no entienden las señales analógicas que reciben de entradas como micrófonos o cámaras. Requieren un convertidor de analógico a digital (ADC) para traducir la entrada al lenguaje binario que entienden.

Los procesadores de señales digitales pueden manipular la señal convertida de muchas maneras para mejorar el resultado final para los usuarios. En las cámaras, la manipulación podría aumentar la nitidez, eliminar el desenfoque de movimiento y muchos otros.

Sin embargo, los procesadores de señales digitales hacen toda la manipulación en binario, un lenguaje que los humanos generalmente no entienden. Para que los humanos puedan usar la señal, los procesadores de señales digitales necesitan un convertidor de digital a analógico (DAC) para traducirla a algo que entendamos, como imágenes en nuestros monitores o sonidos en nuestros parlantes.

En la industria del audio, los DSP pueden hacer muchas cosas que mejoran mucho nuestra experiencia general con los dispositivos de audio. Los avances tecnológicos como el refuerzo de graves, la cancelación activa de ruido, el ecualizador adaptativo y la escritura por voz son todos los resultados del procesamiento de señales digitales de última generación.

Cómo afecta el DSP a la calidad del audio

Hay muchas maneras en que DSP ayuda con la calidad del audio. Después de todo, es la piedra angular de los dispositivos de audio modernos. Aquí hay cinco áreas más significativas que DSP mejora cuando se trata de calidad de audio:

Mejora el rango dinámico y de frecuencia

En la mayoría de los casos, el rango dinámico o de frecuencia de las señales digitales puede exceder el de una señal analógica.

Por ejemplo, las cintas de casete analógicas de consumo promedio tienen un rango dinámico entre 50 y 70 dB. Cuando ejecuta esa misma señal analógica a través de un convertidor de analógico a digital de 16 bits, el rango dinámico aumentará de 90 a 95 dB.

El rango de frecuencia típico de los auriculares dividido en graves, medios y agudos.
El rango de frecuencia típico de los auriculares dividido en graves, medios y agudos.

Además de mejorar el rango dinámico del audio, DSP también tiene la capacidad de mejorar el rango de frecuencia. En otras palabras, puede escuchar agudos más altos y graves más bajos.

Las frecuencias se miden en hercios en el espectro de frecuencia de audio. El espectro completo representa el audio en una escala de 0 a 20 kHz.

Elimina el eco no deseado

La cancelación de eco es una de las principales hazañas por las que los DSP pueden atribuirse el mérito. A través del procesamiento de señales digitales, dispositivos como su teléfono o computadora portátil pueden detectar una «copia» de la señal que acaba de transmitir como sonidos que recibe después de un breve período. El procesador de señales digitales eliminará esa copia de la siguiente señal que envíe al DAC.

Si bien el mismo proceso es plausible en dispositivos analógicos, DSP puede hacerlo mucho más rápido y al mismo tiempo es más eficiente en el consumo de energía, lo cual es deseable para dispositivos compactos como IEM y auriculares inalámbricos.

El retraso mínimo para cualquier eco perceptible es de 25 ms; cualquier retraso más corto entre la onda original y la copia probablemente pasará desapercibido para los oídos humanos.

Ayuda en la conversión

Cuando un artista graba un sonido, proporciona señales analógicas que capta el micrófono. El micrófono entregará esa señal a un convertidor de analógico a digital (ADC). Una vez que convierte la señal analógica a digital, la entregará a DSP.

El DSP codificará y guardará el archivo de salida (por ejemplo, MP3, WAV, FLAC, etc.) en la memoria. En una configuración DSP avanzada, también realizará otras manipulaciones, como control de ruido, cancelación de eco, ecualización personalizada y otras.

Cuando reproduzca la grabación, el DSP tomará el archivo de la memoria, lo decodificará y lo entregará al convertidor de digital a analógico (DAC). El DAC luego convertirá la señal de nuevo a analógica y la transmitirá a los altavoces.

Ganar control

Puede pensar en el control de ganancia como ajustar el volumen de su teléfono durante una llamada. Cuando el volumen de su teléfono es demasiado bajo, no podrá escuchar a la persona del otro lado. A la inversa, sonarán distorsionados cuando suba demasiado el volumen.

Entre el volumen más bajo y el más alto, hay un punto óptimo en el que puedes escuchar la voz de la persona a la perfección, ya sea que esté hablando normalmente o gritando a todo pulmón.

Encontrar ese ‘punto óptimo’ es uno de los principales trabajos de los procesadores de señales digitales. DSP determina ese «punto ideal» haciendo coincidir la intensidad de la señal de entrada con el voltaje que la salida (altavoces o auriculares) puede manejar cómodamente sin perder volumen ni distorsionarse.

El DSP puede tomar este punto dulce en constante cambio y ecualizar la dinámica de una manera que mejora drásticamente la experiencia auditiva.

Control de ruido o ‘Gating’

Los componentes electrónicos de los dispositivos de escucha alteran regularmente los voltajes a lo largo de la etapa de procesamiento de la señal, lo que da como resultado la reproducción del sonido. Sin embargo, el ruido no deseado que escucha, como zumbidos o silbidos, también son parte de los resultados del procesamiento de la señal que no puede evitar.

Puede imaginar el control de ruido en los dispositivos de audio como una puerta (de ahí ‘puerta’). Si susurras «déjame entrar», la puerta no se moverá. Pero cuando lo grites con un volumen mucho más alto, la puerta se abrirá. Este principio es cómo DSP puede ayudar a reducir los ruidos no deseados en su equipo de audio.

DSP puede establecer un umbral mínimo para la frecuencia de sonido que debe transmitirse al DAC y a los altavoces. Los ruidos como silbidos y zumbidos suelen tener una frecuencia baja, lo que hace posible que los procesadores de señales digitales los filtren.

Ajuste de audio automático

La rápida mejora en el procesamiento de señales digitales también genera un impacto tremendo no solo en la calidad del audio, sino también en la experiencia auditiva en su conjunto. En la última década más o menos, el DSP se ha convertido en la piedra angular de los dispositivos de audio modernos.

Por ejemplo, el ecualizador adaptativo de AirPods Pro y la función de sonido personalizado de Nuraphone usan la forma de las cavidades de sus oídos para encontrar la mejor configuración de ecualizador, lo que da como resultado una experiencia auditiva más rica y envolvente para los usuarios.

Cómo funciona el audio DSP

Los elementos básicos del procesamiento de señales digitales (DSP)
Los elementos básicos del procesamiento de señales digitales (DSP)

Los procesadores de señales digitales no pueden funcionar solos. DSP requiere la ayuda de ADC y DAC para traducir la señal de analógica a digital y viceversa.

Cuando habla o canta en un micrófono, su voz se toma como una señal analógica, que luego es procesada por un convertidor de analógico a digital (ADC). El ADC convierte los sonidos y las voces captados por el micrófono (u otra entrada) en 0 y 1, el lenguaje binario que entienden las computadoras como DSP.

Una vez que el ADC haya convertido con éxito la señal, la transmitirá al DSP. Al llegar al DSP, la señal pasará por procesos como reducción de ruido, ecualizador personalizado, refuerzo de graves, cancelación de eco, codificación y otros.

Hay varios componentes clave dentro de un DSP para realizar los procesos anteriores:

  • Memoria de programa: Contiene el programa/software que utilizará el DSP para procesar los datos.
  • Memoria de datos: Almacena los datos que necesitan ser procesados.
  • Motor de cómputo: Acceda a la información del programa y la memoria de datos y procese la señal.
  • De entrada y salida: Lo que utiliza el DSP para recopilar/distribuir información desde/hacia el mundo real.
Los sonidos son, en esencia, partículas de aire en movimiento que se pueden reproducir como señales analógicas utilizando corriente eléctrica alterna (CA). Cuando esa señal electrónica se convierte en binaria, el motor de cómputo de DSP puede alterar la información para mejorar el sonido.

La forma más básica de procesamiento de señales digitales es la cancelación de ruido y eco. En los auriculares ANC, el DSP usa los ruidos captados por los micrófonos y luego fabrica contrafrecuencias que los anularán.

Los procesadores de señales digitales también cancelan los ecos «escuchando» una copia de la señal que acaban de producir. Cuando noten una copia de una señal, la eliminarán y entregarán la salida de señal digital ‘limpia’ al DAC. El DAC luego lo convertirá en una salida analógica que puede ser útil en el mundo real.

Por qué a algunos audiófilos no les gusta el audio DSP

DSP brinda una gran cantidad de beneficios a la experiencia de escuchar audio. Aún así, tiene varios inconvenientes que alejaron a algunos audiófilos del uso de dispositivos con procesadores de señal digital.

Problemas de precisión de sonido

Muchos audiófilos tienen que ver con la pureza. Sin embargo, hay una pérdida en la precisión del sonido en el proceso de conversión de analógico a digital. Toma una onda de audio compleja y coloreada y la simplifica al lenguaje binario de 0 y 1, y muchos audiófilos dicen que pueden escuchar la diferencia.

Si bien la conversión digital es técnicamente una representación de una onda analógica en binario, la mayoría de los productores y músicos de hoy no lamentan la era predigital. La realidad es que la gran mayoría de las audiencias no sería capaz de escuchar la diferencia entre audio analógico y digital y la mayoría de los productores, músicos e ingenieros son conscientes de esa realidad.

El uso principal de DSP es ajustar el audio para eliminar cualquier imperfección. Por ejemplo, si la grabación original carece de graves, DSP puede hacer la magia tecnológica para agregarle algunos graves. La misma premisa se aplica a las voces, los medios y los agudos de cualquier canción: el DSP puede hacer que sea relativamente «mejor».

Sin embargo, si bien ninguna canción en bruto o grabaciones musicales son perfectas, eso no es del todo malo. De hecho, muchos audiófilos prefieren tener idiosincrasia en su música. La música, la distorsión, los fallos y el «ambiente» son partes igualmente importantes del sonido que quieren.

Es por eso que algunos audiófilos se mantienen alejados de DSP para mantener sus pistas de audio auténticas y fieles a lo que se pretende.

Pero, de nuevo, no todos los oyentes de música quieren ese sonido crudo y auténtico. Millones de oyentes no entusiastas solo quieren canciones que puedan disfrutar en vuelos, viajes en tren y viajes diarios.

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DAC frente a DSP

Hay algunos conceptos erróneos comunes sobre DAC y DSP. Algunas personas no pueden diferenciar los dos, mientras que otras no saben si optar por un DAC normal o algo con DSP incorporado.

Si eres una de las personas que permanece confundida, no te preocupes. Responderemos a las preguntas más frecuentes para usted a continuación:

¿Cuáles son las diferencias entre DAC y DSP?

Como su nombre lo indica, el convertidor de digital a analógico (DAC) es un dispositivo que convierte estrictamente una señal digital en una salida analógica. Si hace algún tipo de procesamiento a la señal que recibe, no es un DAC puro.

La explicación anterior está sincronizada con la respuesta de u/ruinevil en un hilo de Reddit que pregunta: «¿Hay alguna diferencia entre un DSP y un DAC?»

La perspectiva de un usuario sobre la diferencia de DAC y DSP.  (De: reddit.com)
La perspectiva de un usuario sobre la diferencia de DAC y DSP. (De: reddit.com)

Lo que puede haber confundido a muchas personas es que los DSP a menudo aparecen en el mismo sistema que DAC y ADC.

La razón de esto es que los DSP solo manejan información binaria o digital, pero el mundo que nos rodea es analógico. En otras palabras, los DSP requieren ADC para comprender la información y DAC para que la información se pueda utilizar en el mundo real.

¿Debería elegir DAC con DSP incorporado?

La respuesta directa sería: sí, debe optar por DAC con DSP incorporado. Tener DSP dentro de su DAC puede potencialmente traer muchas mejoras en su calidad de audio, independientemente de lo que esté escuchando.

DAC + DSP de Hifiberry (De: Hifiberry.com)
DAC + DSP de Hifiberry (De: Hifiberry.com)

Por ejemplo, el DAC + DSP de Hifiberry combina el procesador de señal digital y las capacidades de conversión analógica sin necesidad de dos dispositivos separados.

Pero lo que es único sobre el producto es que también se le da una pizarra en blanco. No hay software o aplicación preconstruidos en DAC + DSP de Hifiberry. Dado el tamaño compacto, existen limitaciones en lo que puede lograr. Sin embargo, una simple ecualización de sala, reducción o aumento de muestreo no debería ser un problema.

Si no está bien versado en ingeniería de audio o en el desarrollo de su propia función, pero aún desea el combo compacto DAC + DSP, el MiniDSP 2×4 HD puede ser una excelente alternativa con una interfaz fácil de usar.

Conclusión

Un procesador de señal digital es un avance tecnológico que puede realizar varias mejoras y alteraciones en una señal digital de forma rápida y precisa. En los dispositivos de audio, los DSP pueden mejorar mágicamente la calidad del sonido sin alterar los voltajes como lo haría con los equipos analógicos.

Pero si bien tener un DSP tiene ventajas, existen algunos debates sobre si es necesariamente una mejora para la experiencia auditiva en general. Después de leer la explicación anterior, ¿cuál es su posición con respecto a los DSP? ¡Haznos saber!

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