Headroom en el mastering

En medio de esta guerra del volumen, es muy común encontrarnos con masterings que obvian los beneficios que puede aportar el reservar una pequeña zona de nuestro margen dinámico. Así pues, incluso en superproducciones, vemos que se ha caído en la decisión de sacrificar en calidad, en pos una pequeña cantidad de volumen extra.

Hay muchos ejemplos, entre los que podemos citar "Don't Stop" de Anastacia, "The Call" de Backstreet boys, "True Colors" de Phil Collins, "Livin' la Vida Loca" de Ricky Martin, "Let's Get Loud" de Jennifer Lopez, "Believe" de Cher, "Bob Yu Did Yu Job" de Jimmy Cliff, "Wannabe" de las Spice Girls, "Gloria's Eyes" de Bruce Springsteen, "The Only Thing" de Bryan Adams...

Todos ellos, y muchos más, han reducido su headroom a cero, con la filosofía de "dame más volumen aunque aumente la distorsión".

Pues al margen expresado en dBs que hay entre la máxima señal presente y el full scale, o 0dBFs. Dicho de otro modo, y de una forma muy simplificada, es el margen que dejamos entre 0dBFs y el nivel de salida de nuestro limitador.

En este caso, 0.5dBs:

A priori, parecería que dejar un margen es desperdiciar volumen, y por tanto, algo a evitar. Pero ya veremos que las cosas no son tan sencillas...

Cuando dejamos el nivel de salida de un limitador estándar (por ejemplo un Waves L2) a 0dBFs, en realidad lo que estamos ajustando es el valor de las muestras de esa señal. Pensad que para el limitador, no está tratando una onda, sino una serie de valores. Posteriormente, en el convertidor D/A, esas muestras regenerarán la forma de onda que irá a nuestro amplificador para ser reproducida en los altavoces.

Como se puede ver en la siguiente gráfica de una onda de 8KHz muestreada a 48KHz (luego tenemos que f(t)=fs/6, donde fs=frecuencia de muestreo), que esos samples procesados y controlados por nuestro limitador queden a un nivel no garantiza que al regenerarse la onda no vaya a haber valores de tensión superiores a esos valores.

Este problema es completamente evitable al usar un limitador analógico, dado que éstos no procesan "a saltos", si no de una forma continua. Otra opción que minimiza este problema es la utilización de limitadores digitales con sobremuestreo.

En los convertidores D/A existen filtros para reducir ciertos problemas. Estos filtros pueden reducir el contenido armónico de la señal, pudiendo alterar los valores máximos al disminuir ciertos armónicos impares, los cuales, al estar presentes en la señal, pueden ayudar a reducir el factor de cresta de la onda —esto es, la relación entre el valor RMS y de pico—. Dicho de otra forma, al "robar" armónicos, la forma resultante puede aumentar o disminuir su valor de pico.

Por ejemplo, los armónicos que justifican una onda cuadrada son infinitos. Al sufrir un filtrado, la onda se distorsiona y puede aumentar su valor.

No toda la música que se escucha se hace usando archivos lineales, como el WAV o el AIFF. Como bien sabemos, existen otros formatos muy comunes, entre los que destaca el MP3 (MPEG-3).

Al recodificar el audio y generar un MPEG-1, MPEG-2 o MPEG-3 se producen pérdidas en la señal, que provocan una nueva forma de onda al ser reproducidos, y esta, puede ocasionar nuevos picos más altos que pueden ocasionar clips.

Codificando un archivo wav de 16Bits, cuyas lecturas de pico en Logic dan valores de -0,2dBFs, y en Dolby Media Center (ITU BS1770) dan 0dBTP, nos encontramos que al codificar a mp3 a 32kbps obtenemos claros clips, mientras que la codificación a otro formato más protector como es el m4a a la misma resolución, no causa ninguno.

Archivo original:

Archivo mp3 a 32kbps:

En ambos sistemas de codificación el RMS de la señal ha sufrido un descenso, lo que supone, en términos sencillos, que suenan más bajo. Concretamente, de los -13,8dBFs del wav hemos pasado a -13,9dBFs para el mp3 y -15,1dBFs para el m4a, lo que sumado a que el mp3 conserva cierta señal en agudos (a pesar de que su calidad sea insufrible) puede que nos de una idea de por qué el m4a no se ha implantado como un verdadero estándar en esta loca carrera por el volumen.

Existen muchos convertidores en los que la última parte de su recorrido, al acercarse a full scale, su tasa de transferencia en la codificación varía del 1/1. Esto es, sufren de una especie de "Soft Clip".

Abajo vemos el caso de la Digidesign Digi 002:

Podemos observar como la mayor parte de la distorsión proviene de armónicos impares, producidos al "achatarse" la forma de onda.

Así pues, incluso aunque tengamos un archivo sin distorsión por intersample, existen convertidores que no trabajan fielmente a altos valores, y pueden producir distorsiones que en realidad no se encuentran en los archivos.

Esta situación es muy embarazosa, porque cuesta hacer entender muchas veces que la distorsión que se oye no proviene del master en sí, sino del tan amado convertidor del oyente.

En el diseño de auriculares, por ejemplo, la impedancia es muy tenida en cuenta, pues al reducirla aumenta su sensibilidad, y por lo tanto, a una misma cantidad de señal aumenta el volumen percibido, ya que los altavoces responden en realidad a la corriente, no a la tensión.

Existen algunos de muy baja impedancia que causan un nivel inesperado de la corriente por la etapa de salida del amplificador, causando distorsión. Esta corriente depende del valor de tensión, y este, a igual ajuste del preamplificador y mismos auriculares, depende del mastering.

Este problema de impedancias también puede darse en el acoplamiento de otros equipos. Por ejemplo, si conectamos la salida de un reproductor a la entrada de micro de un mixer.

Comparemos en los siguientes gráficos cual es la distorsión presente al entrar a mi Allen & Heath por línea (izquierda) y por la entrada de micrófono (derecha)

Básicamente iguales. Pero veamos que sucede si aumentamos la señal entrante en 10dBs.

Podemos observar como aumenta la distorsión en ambos, debido al aumento de la señal, pero lo hace más en la entrada de micrófono. Recordad que la entrada de microfóno tiene una impedancia de 2KOhms y la de línea (en realidad se trata del insert return) de 20KOhms.

Así pues, si no conectamos debidamente nuestros equipos, podemos encontrarnos que niveles altos de señal pueden causar distorsiones audibles.

Todos los equipos tienen un máx input level y un máx output level. Estos valores pueden ir desde los +15dBus a +30 o más. Si no tenemos en cuenta estos valores, que a su vez dependen de las impedancias de cada equipo, podemos obtener distorsiones en los momentos de más señal. Un headroom conservador reduciría estas distorsiones.

Reproductores como iTunes llevan incorporado un ecualizador gráfico con un control de volumen de +/-12dBs. De los presets de ecualización que tiene, los siguientes provocan nuevos clips:

• Acústica
• Amplificador de agudos
• Amplificador de bajos
• Amplificador de voz
• Clásica
• Dance
• Electrónica
• Hip Hop
• Jazz
• Latina
• Lounge
• Minialtavoces
• Piano
• Pop
• Profunda
• R&B
• Rock
• Sonora
• Texto hablado

Tan solo los reductores de graves y agudos no aumentan la señal. De 21 presets, todos producen un aumento de la señal, salvo tres, incluido el preset "Flat". Hubiera sido fácil para los programadores de Apple corregir este problema atenuando desde el llamado "preamplificador" del ecualizador, o simplemente utilizando ecualización sustractiva en vez de aditiva, acompañado de unas décimas de dB de margen, pero no. Así que, a saber la cantidad de gente que está escuchando todo con grandes dosis de distorsión, sin enterarse, y dando su opinión sobre esto y lo otro.

Tened en cuenta que además de ecualizar, iTunes deja "amplificar" la señal 12dBs.

No hay un consenso claro sobre la cantidad exacta de headroom a dejar, pues la posibilidad de eliminar nuevos clips escapa de nuestras manos a la hora de hacer un mastering, dado que, por ejemplo, existen reproductores digitales que permiten cambiar el nivel de la señal en el dominio digital.

Además,seguramente existen otras variables a tener en cuenta que desconozco. Espero que no sean muy importantes.... por la cuenta que me trae..

Bob Katz aconsejaba en su famoso libro, en su página 64, al menos 0,2dBs para evitar la distorsión por intersample, pero Nielsen y Lund, de TC Electronic, van más allá y aconsejan incluso 3dBs si no se utilizan limitadores con oversampling.

El problema se agrava cuando queremos elevar durante el mastering el nivel de RMS a valores altos, pues el número de picos aumenta, pudiendo incluso alcanzar la zona positiva (+0dBFs) señales lentas como la voz.

Así pues, la solución reside en un cálculo aproximado, producto de la experiencia de cada uno, y de los tests que vayamos haciendo cuando sacamos tiempo para estudiar.

Particularmente, (lo comento dado que mi principal actividad profesional aparte de algunas producciones y conciertos puntuales, es el mastering) en estos momentos encuentro la solución en el uso de limitadores analógicos acompañados de limitadores digitales con oversampling a 8x, y una dosis de headroom variable en función del nivel rms y el formato en el que se vaya a publicar.