¿Realmente existe el Micrófono Digital?

Estaba en una de las grandes tiendas de electrónica de consumo en Navidad, donde escuché una conversación entre dos personas. Estaban discutiendo las razones por las que una radio digital debería costar 90€, cuando la de al lado, que parecía tener más funciones, solo costaba 34€.

La respuesta fue que el más caro era un verdadero receptor de transmisión de audio digital (DAB) y el otro simplemente parecía una radio digital porque tenía un panel LCD de apariencia similar. Los clientes confundidos obviamente pensaron que si la radio mostraba dígitos, era digital. No es su culpa: ¿cuántas personas entienden realmente las complejidades de la modulación de señales de radio como capa de transporte para datos de audio digital? No importa la compresión, los multiplexores y los metadatos.

Beyer fabricó el primer micrófono "digital" del mundo, el MDC100 (en realidad un híbrido digital/analógico) en 1998.

            ¿Cuándo es realmente un micrófono digital un micrófono digital? Cutting Edge analiza la tecnología híbrida digital/analógica que ya tenemos y sugiere un enfoque radicalmente nuevo.

 

Ahora estamos bastante familiarizados con el concepto de "estudio totalmente digital". Interfaces digitales ampliamente disponibles, como AES/EBU, S/PDIF, MADI, el resplandeciente nombre TOSLINK y TDIF, por mencionar algunas, todas se conectan muy bien (generalmente a través de una mesa de mezclas digital) para facilitar esa idea previamente utópica: la tecnología digital. Flujo de trabajo de producción musical. Y no es probable que desarrollemos ningún tipo de entrada digital óptica directa a nuestro sistema cognitivo, al menos no durante algunos años todavía. Desafortunadamente, el camino de la señal totalmente digital desde la creación hasta la percepción del usuario es imposible. Imposible e irrelevante.

Nuestros oídos son dispositivos analógicos. También lo son todos nuestros demás sentidos. Y también lo son los fenómenos que nuestros sentidos perciben. Cuando cantamos, por ejemplo, eso es analógico. Para que un sonido sea sonido, tiene que ser analógico. Por supuesto, se puede utilizar el sonido para transmitir información digital (me vienen a la mente los módems), pero el sonido utilizado para transmitir los datos digitales (y esto también se aplica a dos personas que intercambian verbalmente números de teléfono) sigue siendo decididamente analógico.

Nada de esto es demasiado difícil de entender. Hasta que alguien diseñe bioingeniería para implantes de códecs cognitivos actualizables, siempre tendremos que volver al dominio analógico para hacer llegar cualquier información a la conciencia de las personas. Lo que me lleva a los micrófonos digitales.

Desde que descubrí el audio digital, me pregunté cuándo veríamos el primer micrófono digital. En cierto modo, parece obvio: dado que todo lo demás es digital, es sólo cuestión de tiempo que tengamos micrófonos digitales. Pero cuanto más piensas en la idea de un micrófono digital, más parece evaporarse el concepto. Explicaré lo que quiero decir con esto.

El sonido es definitivamente analógico. Lo que significa, como mínimo, que las ondas de presión en el aire, o en cualquier otro medio, no se dividen en pasos discretos. Las vibraciones del sonido no están cuantificadas en ningún sentido, y si midiéramos la intensidad de una vibración del sonido, sería muy poco probable que encontráramos que corresponde exactamente a algún tipo de escala regular. Es más, los cambios de presión que forman el sonido son sólo eso: no representan el tipo de significado "superior" que sí representan, por ejemplo, los números incrustados en un CD de audio.

Entonces, independientemente de lo que pueda hacer un micrófono digital, tiene que incorporar algún tipo de conversor de "fenómeno analógico" a "fenómeno digital". Entonces, tal vez eso es lo que debería ser un micrófono digital: un dispositivo con un transductor analógico convencional, conectado de cerca a un convertidor analógico a digital integrado, lo cual parece perfectamente razonable. No veo ninguna razón por la que no debamos llamar micrófono digital a un micrófono que tiene una cápsula analógica en un extremo y un cable de audio digital que sale del otro extremo.

Debo admitir, sin embargo, que no considero que este sea un dispositivo verdaderamente digital. Todo lo que realmente hemos hecho es acercar un poco más el convertidor AD, físicamente, a la cápsula del micrófono. No hay absolutamente nada de malo en ese concepto (y se puede ver la sensación de minimizar los tendidos de cables analógicos, especialmente cuando se trata de señales de nivel extremadamente bajo y sensibles al ruido como las que se obtienen con un micrófono típico), pero para mí no apunta nada más que a una mejora incremental y algo discutible en el rendimiento del micrófono. Si el micrófono digital 'híbrido', como preferiría llamarlo, realmente es una mejora enorme, cabe preguntarse por qué no todo el mundo lo fabrica. (Por supuesto, podría ser simplemente el costo adicional de la conversión de analógico a digital).

Altavoces digitales

Existe mucha simetría conceptual entre los altavoces y los micrófonos y, a veces, se puede utilizar un altavoz como sensor de audio rudimentario. Muy bien, todos los argumentos utilizados anteriormente (aparte de las ideas ópticas) podrían aplicarse igualmente bien a los altavoces; y de hecho, hay disponibles lo que yo llamo altavoces digitales híbridos que aceptan una alimentación de audio digital y tienen convertidores AD integrados.

Una empresa llamada 1 Limited parecía haber construido un altavoz genuinamente digital, uno en el que el convertidor de digital a analógico es exactamente lo mismo que pone el aire en movimiento. Aparentemente, los resultados podrían haber sido mejores con los prototipos y el producto parece no haber sido perseguido, pero eso no es motivo alguno para descartar la técnica. Si alguien tomara esto y lo ejecutara, podría convertirse en un desarrollo masivo en la tecnología de altavoces.

¿Delirios ópticos?

Sospecho que no veremos una gran mejora en el rendimiento del micrófono sin adoptar un enfoque radicalmente diferente a todo el problema. También hay que preguntarse qué aspecto del rendimiento convencional se podría mejorar enormemente, cuando los dispositivos que tenemos ahora son tan buenos de todos modos. Sólo cuando empezamos a utilizar la grabación de alta frecuencia de muestreo de 24 bits pudimos grabar todo el rango dinámico y las sutilezas de un buen micrófono.

Es importante que sepas que no soy un experto en micrófonos. Siempre que hablo con fabricantes de micrófonos, me sorprende el arte y la precisión que implica diseñar y fabricar sus productos. Lejos de mí sugerir una mejor manera de hacerlo. Pero siempre he tenido la persistente sospecha de que se podrían utilizar técnicas ópticas para fabricar un micrófono, y que esto podría tener ventajas sobre la forma en que se hace convencionalmente. La idea sería hacer brillar un rayo de luz de manera oblicua hacia un diafragma reflectante y de alguna manera rastrear su reflejo, cuya posición (o, tal vez, la intensidad) representaría la amplitud del audio entrante en un instante.

Esta solución tendría dos posibles ventajas: los haces de luz no pesan nada, por lo que la única inercia implicada sería la del propio diafragma. No es muy diferente a los micrófonos convencionales a este respecto, excepto que no habrá campos magnéticos o electrostáticos que "amortigüen" el movimiento. Y, por supuesto, un rayo de luz sería inmune a las interferencias electromagnéticas. Otro aspecto peculiar de esta técnica sería que se podría utilizar el movimiento del haz de luz para "amplificar" la señal de audio, simplemente alejando el detector del haz de luz. Cuanto más lejos esté el detector, mayor será el movimiento aparente (aunque no necesariamente el contenido significativo del movimiento).

El genoma digital

Vale la pena recordar que el genoma humano es, de hecho, un sistema digital. No es binario, como la mayoría de las computadoras, sino cuaternario, con cuatro valores constituyentes posibles. Por lo tanto, nuestra apariencia y quiénes somos están determinados por datos biológicos digitales.

Cualquiera que sea el estado del arte de los micrófonos ópticos, todavía no son digitales. Pero vamos al grano: ¿sería posible utilizar una tecnología óptica para crear un micrófono verdaderamente digital?

Para mí, un dispositivo es verdaderamente digital si su salida se cuantifica en pasos discretos y significativos. No tendría que ser una salida binaria, porque es fácil traducir cualquier tipo de escala numérica a cualquier otra. Tampoco tendría que ser responsable de su propia frecuencia de muestreo, porque es estrictamente una cuestión de decidir con qué frecuencia vas a leer la salida cuantificada, algo que se puede determinar interna o externamente al dispositivo.

Entonces, ¿cómo se obtiene una salida cuantificada de un micrófono óptico? Un punto de partida podría ser un dispositivo particular del mundo del vídeo llamado CCD o dispositivo de carga acoplada. Básicamente, es el sensor de imagen que se encuentra detrás de la lente de las cámaras de vídeo modernas. Contrariamente a la creencia popular, no es un dispositivo digital. La salida de un CCD es analógica y puede cuantificarse a cualquier resolución que se considere apropiada. Entonces, a primera vista, los CCD no son la respuesta para nuestro micrófono digital.

Detalle ampliado de un dispositivo de carga acoplada, que muestra su estructura de cuadrícula

Sin embargo, un atributo de los CCD que bien podría resultar útil es que normalmente están formados en una estructura de cuadrícula. Ahora bien, recuerde que no necesariamente estamos tratando de medir la intensidad del haz de luz reflejado en el supuesto micrófono óptico, sino su desplazamiento. Entonces, al colocar una rejilla CCD en el camino del haz de luz reflejado, se podría rastrear el camino de la luz monitoreando los voltajes generados por las celdas CCD. Esto produciría una lectura cuantificada que podría muestrearse a la velocidad deseada, dando una salida digital pura.

Hasta ahora, todo bien. Pero hay un par de cosas que todavía necesitan atención. En primer lugar, los CCD de vídeo son dispositivos bidimensionales, mientras que el movimiento del haz de luz reflejado es unidimensional: en otras palabras, una línea. Por lo tanto, una matriz de píxeles que cubra un área en lugar de una línea recta no es ideal, sobre todo porque incluso las matrices de alta definición tienden a alcanzar un máximo de alrededor de 1920 píxeles en línea recta. Incluso para audio de 16 bits necesitaríamos más de 65.000, y para 24 bits necesitaríamos 256 veces este número. Hasta ahora, nuestro micrófono digital óptico es varios órdenes de magnitud peor de lo que necesitamos.

No pretendo tener las respuestas, ni siquiera saber si estoy ladrando al árbol equivocado (o, más probablemente, ladrando como loco); pero aquí hay un par de sugerencias. En primer lugar, se podría al menos duplicar la resolución aparente del sensor CCD comparando la salida de las celdas adyacentes. Es poco probable que el haz de luz reflejado se centre exactamente en un píxel: al menos una parte se derramaría sobre las células adyacentes. Podríamos utilizar esto a nuestro favor suponiendo que, si, por ejemplo, dos celdas adyacentes estuvieran igualmente iluminadas, entonces el haz de luz debe estar aproximadamente a medio camino entre ellas. Esto duplicaría instantáneamente nuestra resolución. Probablemente también se podría decir que si, en un par de píxeles, uno estuviera más iluminado que el otro, tal vez la posición del haz fuera un cuarto del camino hacia uno y tres cuartos del camino hacia el otro. Etcétera. Tal vez incluso se podría idear un espejo realmente complicado que guiara el haz de luz a lo largo de una línea de píxeles y luego lo cambiara a la siguiente fila a medida que el movimiento se intensificara, "escaneando" así toda el área del CCD.

En ese momento, las débiles capacidades tridimensionales de mi cerebro se agotan por completo y cedo el paso a los expertos, ¡quienes estoy seguro me pondrán rápidamente en mi lugar!

Dave Shapton - www.soundonsound.com