El Headroom y el entorno digital
El headroom es el nivel de diferencia entre el nivel nominal y el punto de saturación.
El nivel nominal de los equipos profesionales se sitúa en +4 dBu, mientras que el de los equipos no profesionales opera sobre −10 dBV. En equipos profesionales es necesario tener un mayor headroom para poder trabajar con un margen suficiente antes de llegar al punto de distorsión. Este nivel se sitúa muy por encima del ruido de fondo que puede provocar el propio equipo.
El ruido de fondo es el nivel más bajo dentro de las etapas del rango dinámico. Para entender esta etapa, tenemos que tener claro que todos los equipos analógicos tienen un nivel de ruido de fondo. Su nivel dependerá de la calidad y de las características del equipo. Este nivel de ruido, será inviolable y si, por ejemplo, un equipo analógico tiene un nivel de –100dB VU de ruido de fondo, este siempre será el mismo.
La relación señal ruido es la distancia que hay entre la señal y el ruido de fondo; es la diferencia que hay entre el pico de la señal y el ruido de fondo. Por ejemplo, estamos trabajando con una señal a 0dB VU (nivel nominal) y nuestro hardware tiene un ruido de fondo a –100dB VU, significa que tenemos 100 dB de relación señal ruido. Por tanto, cuanto más alejada esté nuestra señal del ruido de fondo mayor calidad conseguiremos en el proceso. En cambio, si tenemos una señal próxima al ruido de fondo, seguramente tengamos ruidos de Hiss y de Hum.
El nivel nominal se encuentra normalmente en los 0dB VU y es el rango de funcionamiento “correcto” del equipo. En este rango, el equipo no aporta ni color a la señal, ni ruido de fondo.
El Techo Dinámico o Headroom es el rango de volumen que tenemos entre el nivel nominal (rango donde no aportamos color a la señal) y el punto de distorsión (punto más alto de las etapas del rango dinámico). Este es el rango del famosísimo “color analógico”, jugando con el volumen dentro de esta etapa podemos empezar a colorear la señal y a aportar nuevos armónicos a nuestro sonido, así como también nos da la posibilidad de alejarnos más del ruido de fondo.
El nivel habitual de +4 dBu (1,228 V) es el que encontramos en muchos equipos profesionales —aunque éste puede variar según cada fabricante y suelen especificarlo en su manual. Al trabajar con mesas analógicas, veremos que el punto cero del medidor corresponde al nivel nominal de la mesa. Todo el rango o techo dinámico del que disponemos antes de llegar a distorsionar se conoce como headroom, y habitualmente se sitúa entre los 10 y 25 dBu.
La distorsión es la última etapa del rango dinámico del mundo analógico. Hay que tener en cuenta, que, aunque nuestra señal esté en esta etapa, puede que no notemos una distorsión como tal (el sonido suena mal) si no que, dependiendo de la calidad del hardware, estemos añadiendo ese color analógico mágico que tanto nos gusta a los que nos dedicamos a esto. En cambio, si nos pasamos, podemos generar sobrecargas en los circuitos y además de generar defectos en el sonido, podemos poner en riesgo la integridad de algunos componentes de nuestro equipo.
Técnicamente, el headroom (medido en decibeles) es la relación entre la señal máxima no distorsionada que puede manejar un sistema y el nivel medio para el que está diseñado el mismo.
En términos coloquiales, el headroom de audio es la cantidad de amplitud (o volumen) que puede aumentar una señal de audio sin causar distorsión. El headroom suele referirse al espacio deseado entre el punto de saturación de una señal y el ruido de fondo de una mezcla dinámica.
No conviene tener demasiado headroom, ya que un espacio excesivo dará lugar a una mezcla innecesariamente silenciosa. Sin embargo, un headroom demasiado pequeño puede crear inicialmente una mayor sonoridad percibida, pero a costa de saturar y distorsionar la canción al filtrarse a través del canal maestro. Un headroom insuficiente también puede reducir el rango dinámico de una canción, haciendo que el oyente perciba la señal de audio como plana.
Por ejemplo, supongamos que tienes un sistema de grabación con un nivel medio nominal de -10 dB. Si puedes pasar una señal de +7 dB sin distorsión a través de tu sistema, tienes un headroom de 17 dB.
Sin distorsión es la palabra clave. Si te quedas sin headroom, se producirá distorsión. Sin embargo, eso puede ser algo bueno - si te quedas sin headroom en un amplificador Orange, obtienes una distorsión agradable y deseable. Pero para monitores de estudio o un mezclador, esto no es algo bueno.
Todos los equipos, incluso los que incorporan sistemas digitales (como un instrumento virtual), tienen un punto de saturación. Si alguna vez has tocado la guitarra demasiado fuerte en un amplificador, es probable que hayas experimentado la saturación. La saturación se produce cuando se agota el espacio libre, lo que hace que la señal de audio cruja y distorsione, ya que la potencia de la señal de entrada supera a la del contenedor del equipo o software.
En los sistemas de audio digital, el punto de saturación está a 0 dBFS (decibelios de la escala completa) en los deslizadores de canal. Muchos equipos analógicos también tienen un punto de recorte de 4 decibelios a escala completa. Cualquier sistema digital tiende a descansar en 0 dBFs para el recorte, pero el equipo físico puede diferir en función de su uso previsto y cuando fue creado.
Disponer de la cantidad adecuada de headroom en cada fase del proceso de grabación es esencial para poder entregar una mezcla bien equilibrada al ingeniero de masterización.
En un mezclador analógico diseñado para un nivel medio de señal de +4 dB, los indicadores VU están calibrados para mostrar 0 VU a +4 dB. Sin embargo, un mezclador profesional diseñado para +4 dB puede proporcionar un nivel de salida de +24 dB.
Así, a 0 VU tienes un margen de 20 dB (24 - 4 = 20) para garantizar que los aumentos de nivel imprevistos -como un cantante demasiado alto- o los transientes fuertes se reproduzcan correctamente.
Otros términos importantes que desempeñan un papel importante en el cálculo del headroom:
- Relación señal/ruido: Medida que describe el rendimiento de un sistema de audio en términos de ruido, calidad de la señal y fidelidad. Se calcula comparando el volumen de la señal de audio con el ruido de fondo del sistema (un sistema puede ser una mesa de mezclas, un DAW, un amplificador de guitarra...).
- Noise floor (ruido de fondo): El ruido de fondo de un dispositivo o sistema es el ruido generado por el propio dispositivo cuando no hay señal. Se mide en decibelios. Todos los aparatos electrónicos generan algo de ruido, ¡incluso un trozo de cable! Al minimizar el ruido de fondo, se amplía el rango dinámico y se reduce la relación señal/ruido. Así se consiguen grabaciones o producciones musicales más limpias y sin distorsiones.
En primer lugar, 0 dBFS (FS significa "Full Scale") en un sistema digital significa el nivel máximo absoluto que el sistema puede manejar. A diferencia de los sistemas analógicos, que tienen un headroom "invisible" por encima de 0 VU, 0 dBFS es el máximo que se puede alcanzar.
Por esta razón, muchos productores de música calibran sus sistemas de grabación (DAW) a -18 dB por debajo de 0 dBFS, ya que esto crea un headroom que un sistema digital no tiene intrínsecamente.
Pero: si grabas con -18 en lugar de 0, pierdes unos 3 bits de resolución (cada bit corresponde a unos 6 dB). Pero si grabas con una profundidad de bits de 24 bits, sólo tienes 21 bits, que sigue siendo más que la resolución real de la mayoría del hardware (un conversor de 24 bits no tiene una resolución real de 24 bits debido a imprecisiones del propio conversor, ruido, disposición de la placa, etc.). También tienes más margen para compensar picos, resonancias y subidas repentinas de nivel.
Pero ese no es el único punto en el que entra en juego el headroom con los sistemas digitales. El headroom se refiere al rango dinámico: una vez que las señales entran en el ordenador, los DAW actuales disponen de motores de audio con un rango dinámico prácticamente ilimitado.
Es casi imposible superar el margen del motor de audio. Por lo tanto, los canales de mezcla individuales pueden entrar "en la zona roja" sin causar distorsión.
Pero la señal de audio tiene que salir de la DAW en algún momento y volver al mundo analógico, a través de convertidores D/A (convertidores de digital a analógico) y hardware. Y éstas tienen un rango dinámico limitado.
Se ha demostrado que es más eficaz poner el master-fader a 0 y utilizar los faders de canal para encontrar la mejor mezcla, en lugar de llevar los faders de canal a niveles rojos y bajar el fader maestro para compensar.
Si mantienes el fader master a 0, gracias a la alta resolución del motor de audio de tu DAW, no supone ningún problema que los niveles de los canales individuales en los faders estén a -16.
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