El formato de audio de 32 bits flotantes parece ofrecer un rango dinámico excepcionalmente alto y una gran facilidad de uso. Sin embargo, ¡tiene sus limitaciones! Este artículo explora la grabación con micrófono de alta resolución y analiza sus limitaciones.
Existen diversos grabadores y convertidores profesionales y semiprofesionales que utilizan el formato de archivo de punto flotante de 32 bits. Estas soluciones suelen dar a entender que ya no es necesario ajustar la ganancia. Sin embargo, esto solo es parcialmente cierto, ya que existen límites en los niveles analógicos máximos de entrada.
Conclusión: El micrófono determina la calidad de sonido principal. La conversión digital de alto rango (como el formato de coma flotante de 32 bits) permite grabar por encima de 0 dBFS (pero no con resolución de 32 bits). Además, asegúrese de que la entrada máxima permitida sea superior a la salida máxima de su micrófono. De lo contrario, considere cambiar la grabadora o el micrófono.
Siempre ha sido un reto maximizar la calidad de cada eslabón de la cadena de audio durante la grabación. En el ámbito digital, la alta resolución se logra asignando más bits por muestra y utilizando una mayor frecuencia de muestreo. Sin embargo, esto puede implicar una limitación en el presupuesto de bits, ya que la alta resolución también requiere más espacio de almacenamiento.
Otro problema es el ajuste de ganancia de la entrada analógica. Anteriormente, este era el ajuste más crítico para cualquier dispositivo de audio, como preamplificadores, convertidores, grabadoras, mezcladores o transmisores inalámbricos. Hoy en día, podría pensarse que no importa al trabajar con convertidores de punto flotante de 32 bits en la entrada. Al menos, eso es lo que se suele decir.
Hoy en día, cuando trabajamos con convertidores de punto flotante de 32 bits en la entrada, se nos dice que ya no importa. Sin embargo, eso no es del todo cierto.
¿Qué diferencia al audio de punto flotante de 32 bits?
Normalmente, en la conversión de punto fijo, el número de bits por muestra determina el rango dinámico teórico, aproximadamente 6 dB por bit según la resolución disponible:
| Número de bits | Principio | Resolución (pasos) | Rango dinámico |
| 8 bits | punto fijo | 2^8 = 256 | 8 * 6 = 48 dB |
| 16 bits | punto fijo | 2^16 = 65.536 | 16 * 6 = 96 dB |
| 24 bits | punto fijo | 2^24 = 16.777.216 | 24 * 6 = 144 dB |
| 32 bits | punto fijo | 2^32 = 4.294.967.296 | 32 * 6 = 192 dB |
En la práctica, lograr una resolución completa de 32 bits con una conversión real de 32 bits es imposible debido a las tolerancias de los componentes, las condiciones térmicas y otros factores. Una resolución superior a 20-22 bits puede presentar algunos efectos secundarios, como una linealidad reducida y modulación de ruido, independientemente del número de bits aplicados por muestra. Incluso utilizando una conversión de 64 bits, la calidad del audio sería la misma, ¡pero se usarían el doble de bits en el flujo de trabajo!
Además, un rango dinámico de 192 dB, incluso en el contexto del sonido acústico, no es necesario. Cabe recordar que el rango dinámico máximo en el aire abarca desde el umbral de audición (0 dB SPL) hasta el punto donde se produce la distorsión del aire, cuando la parte negativa de la onda sonora alcanza el vacío absoluto, aproximadamente 191 dB SPL, en su punto máximo. Sin embargo, el aire comienza a distorsionar el sonido mucho antes, ya que la velocidad del sonido difiere tanto en la parte negativa como en la positiva a niveles de presión sonora extremos.
Y, en lo que respecta a los micrófonos, el rango dinámico casi siempre está por debajo de los 130 dB.
Con una solución de punto flotante, el rango dinámico en teoría puede alcanzar los 1528 dB, una cifra ridículamente alta que, por supuesto, es imposible. ¡El audio de punto flotante de 32 bits es más un principio que una realidad!
El objetivo de introducir este concepto es permitir la escalabilidad del audio. Se trata de desarrollar conversiones superpuestas que permitan grabar en un rango dinámico más amplio que el que ofrece un punto fijo, con un riesgo significativamente menor de distorsión en ambos extremos del rango dinámico.
El formato de coma flotante de 32 bits utiliza 32 bits por muestra. Sin embargo, la disposición de los bits difiere de la de los formatos lineales (véase el recuadro 1). La configuración sigue el estándar IEEE 754. En este caso, 23 bits son los significativos que describen la señal, y 8 bits proporcionan un exponente para indicar el factor de escala de la muestra. El último bit es un bit de signo que indica si la forma de onda en el momento del muestreo es positiva o negativa.
Soluciones reales de “punto flotante de 32 bits”
En la práctica, las grabadoras que utilizan el formato de archivo de coma flotante de 32 bits no emplean un convertidor de coma flotante «libre». Este formato permite, por ejemplo, la implementación de dos convertidores que funcionan en paralelo: uno optimizado para niveles altos y otro para niveles bajos. El uso del exponente para determinar qué convertidor seleccionar garantiza la mejor calidad de señal, libre de distorsión o enmascaramiento de ruido. Este método se conoce comúnmente como convertidor multietapa. Sound Devices patentó una versión de este sistema.
Ilustración del principio de uso de la conversión de punto flotante de 32 bits (multietapa). (Idea de ilustración de Tascam).
Convertidores apilados
En cierta medida, la conexión de varios convertidores (apilamiento) es una tecnología que también se aplica a los micrófonos digitales (que traducen el movimiento del diafragma a un código digital). Además, es una solución para transmisores inalámbricos digitales. (Los transmisores de la serie N de DPA funcionan de esta manera). La clave, entonces, reside en encontrar el punto de transición adecuado entre los dos convertidores para evitar cualquier tipo de interferencia.
Etapa de entrada para micrófonos (analógicos)
La mayoría de los micrófonos son analógicos, mientras que la mayoría de los dispositivos de grabación de audio son digitales. Por lo tanto, es fundamental centrarse en el proceso de conversión de analógico a digital, aunque el micrófono en sí mismo sea el que determine, en última instancia, el rango dinámico general.
Los micrófonos analógicos generan un voltaje de salida que depende de dos factores: 1) la sensibilidad del micrófono y 2) el nivel de presión sonora (SPL) en el punto de captación. En el extremo inferior del rango dinámico, el ruido propio del micrófono determina la salida mínima. En el extremo superior, el límite viene establecido por la salida del micrófono al nivel máximo de presión sonora que puede soportar.
El objetivo de la etapa de entrada/convertidor es ofrecer un bajo nivel de ruido y una resolución aceptable a niveles bajos, garantizando al mismo tiempo una conversión sin distorsión a niveles altos, justo por debajo del punto de saturación. (Recuerde que, en los sistemas digitales lineales, la distorsión suele ser mayor a niveles bajos y menor a niveles altos, hasta alcanzar el punto de saturación de 0 dBFS).
El rango dinámico de la mayoría de los convertidores de punto flotante de 32 bits utilizados en el mundo real se sitúa entre 130 y 142 dB.
Nivel máximo de entrada
Como ya se mencionó, varios grabadores, convertidores y mesas de mezclas profesionales y semiprofesionales del mercado utilizan el formato de archivo de coma flotante de 32 bits. A menudo, estas soluciones indican que los usuarios no necesitan preocuparse por los ajustes de ganancia; sin embargo, existe un límite para el nivel analógico máximo que se puede aplicar a la entrada.
En las especificaciones, busque datos como «niveles de entrada» y «nivel máximo de entrada» para las entradas de micrófono. En ocasiones, no se publican datos y deberá verificarlos usted mismo (consulte el recuadro informativo 2).
Si la salida del micrófono supera estos niveles, el audio se recortará. A continuación, se muestran algunos ejemplos de la entrada máxima aceptada en diversos dispositivos comerciales:
| Marca/Modelo | Entrada máxima |
| Grabadora portátil Tascam DR-07XP2 de 2 canales y 32 bits en coma flotante: | -4 dBu (0,63 voltios) |
| Grabadora de campo profesional de 2 canales Tascam FR-AV2 | +4 dBu (1,23 voltios) |
| Grabadora de campo Zoom F3 | +4 dBu (1,23 voltios) |
| Zoom UAC 232 (Interfaz) | +6 dBu (1,55 voltios) |
| Sound Devices MixPre-2/3/10 II | +14 dBu (3,88 voltios) |
| Convertidor de punto fijo de 32 bits Stagetec XMIC+ | +24 dBu (12,28 voltios) |
Como se muestra en la tabla, todos los sistemas tienen limitaciones, pero en grados muy diferentes. El Stagetec XMIC+ ofrece un rango dinámico de 158 dB (no de 196 dB como podría suponerse). Sin embargo, la entrada máxima que admite supera con creces la capacidad de cualquier micrófono estándar.
Micrófonos DPA y entrada de coma flotante de 32 bits
En el diagrama que aparece a continuación, los micrófonos DPA relevantes se presentan según sus niveles máximos de salida, definidos en un 1 % de THD (barra verde) y un 10 % de THD (barra roja), respectivamente.
Asimismo, en el diagrama, identifique la entrada máxima aceptada de los dispositivos mencionados anteriormente (líneas verticales discontinuas, dispositivos A, B, C, D y E). Unidad: dBu (0 dBu = 0,775 V).
En este diagrama, las barras verdes y rojas muestran la salida máxima de los micrófonos. El máximo se define en 1% THD (barras verdes) y 10% THD (barras rojas), respectivamente.
Las líneas verticales indican el nivel máximo permitido en la entrada de micrófono de una selección de dispositivos.
- A: Tascam DR-07XP2.
- B: Zoom F3, Tascam FR-AV2.
- C: Zoom UAC 232.
- D: Sound Devices MixPre-3.
- E: Stagetec XMIC+
Tenga en cuenta que, por ejemplo, el micrófono de cañón de 2017 puede ofrecer niveles de señal extremadamente altos. No es recomendable combinar este micrófono con una grabadora de tipo A. Lo mismo aplica para los modelos DPA 2012 y DPA 2015.
¿Dónde está 0 dBFS?
La sensibilidad de entrada es otra medida importante. ¿Qué nivel analógico corresponde a 0 dBFS? Podría considerarse información adicional redundante si no necesita preocuparse por la configuración de entrada. Los datos rara vez se publican. Sin embargo, indican la configuración de nivel del dispositivo. Es una especificación que se puede medir. (Véase el recuadro 3).
Aquí tienes un ejemplo:
| Marca/modelo | Nivel analógico para 0 dBFS |
| Grabadora de campo Zoom F3 | -26 dBu (39 mV) |
Manejo del archivo
El audio de punto flotante de 32 bits se puede almacenar en un archivo WAV. El encabezado del archivo incluye un bit que indica si el formato es de punto fijo o si sigue el formato de archivo de audio de punto flotante IEEE 754 (precisión simple).
Cada muestra está representada por 32 bits. Esto significa que el dispositivo ya ha determinado qué etapas/conversiones incluir en el archivo. No es posible seleccionar entre diferentes niveles de muestra.
Al importar el archivo a un DAW, es posible que se muestre recortado si la grabación superó los 0 dBFS (solo la visualización está limitada). Sin embargo, para obtener audio de punto fijo sin distorsión, se requiere normalización, un proceso estándar en la mayoría de los DAW.
Una vez normalizados y almacenados en formato de punto fijo, se pierde la representación de punto flotante y la normalización es irreversible. Como siempre, asegúrese de no sobrescribir los archivos de grabación originales. Es posible que necesite consultar este material más adelante.
Ejemplo: Archivo WAV de punto flotante de 32 bits abierto en Audition. Se grabaron cinco ráfagas de onda sinusoidal de 1 kHz en la entrada de micrófono del Zoom F3. Niveles registrados: 1, 1,1, 1,2, 1,3 y 1,4 voltios, respectivamente.
A: Archivo WAV de punto flotante de 32 bits abierto en vista de forma de onda. La forma de onda supera los 0 dBFS. (Normalmente, la escala de la vista de forma de onda está configurada por defecto a un máximo de 0 dBFS).
B: Vista de la forma de onda con la escala de amplitud ampliada.
El valor máximo registrado es de aproximadamente +30 dBFS.
Ahora bien, se observa un pequeño incremento de nivel desde el primer tono hasta el cuarto. Sin embargo, no hay incremento de nivel desde el cuarto hasta el quinto (debido a la saturación).
C: Forma de onda normalizada a -1 dBFS.
Calibración
Si planea grabar a un nivel absoluto o en varios canales simultáneamente, como en el caso del audio inmersivo, lo mejor es grabar una señal de calibración con un nivel conocido (inferior a 0 dBFS) en cada pista (mismo nivel en todas). Esto garantiza que la calibración grabada permanezca accesible independientemente de los ajustes de ganancia de normalización. La normalización puede variar entre canales si no están vinculados.
Puedes utilizar un calibrador acústico (normalmente de 94 dB SPL a 1000 Hz) si dispone de adaptadores compatibles con el micrófono.
Si no es posible utilizar un calibrador acústico, se puede usar un generador de tonos si los micrófonos tienen la misma sensibilidad. La opción más práctica es un pequeño generador de onda sinusoidal con frecuencia y nivel eléctrico fijos, aproximadamente del tamaño de un conector XLR. Existen varias versiones en el mercado. Por lo general, se trata de dispositivos pequeños que se alimentan con una batería o con la alimentación fantasma de la entrada del micrófono.
Conclusión
Utilizar una conversión de punto flotante de 32 bits para la entrada de micrófono puede ser una opción práctica si no le importa usar archivos de 32 bits en su flujo de trabajo. En la mayoría de los casos, permite que los micrófonos rindan al máximo, pero no mejora su calidad intrínseca. En la práctica, la principal limitación de la entrada es el nivel analógico máximo antes de que se produzca la saturación. Por debajo de ese punto, los límites suelen estar establecidos por el propio micrófono, como el nivel máximo de salida y el ruido propio.
El formato de archivo se aplica a varias estrategias de punto flotante. Sin embargo, cuando se formatea por primera vez en un archivo WAV compatible con IEEE 754, todos los archivos se comportan de la misma manera.
Para obtener la mejor grabación, siguen vigentes las reglas de siempre: ¡No sea descuidado con su trabajo! ¡Asegúrese de que su entrada pueda manejar toda la potencia del micrófono!
