Transmisión multicanal de audio digital
La implementación de la tecnología digital en el audio, ha ampliado sus beneficios con la posibilidad de transmitir decenas de canales de audio, MIDI, señales de control, etc., por un único conductor, ya sea fibra óptica, cable coaxial, par trenzado, FireWire, etc. Empleada desde los años 80, y cada vez más aplicada, está modificando incluso la visión de la profesión. Por ejemplo, los técnicos en redes, hasta ahora, sin prácticamente ninguna relación con el audio, pasan a convertirse en un elemento importantísimo en la implementación de cualquier montaje de sonido. Ya sean en instalaciones fijas o itinerantes, palacios de congresos o aeropuertos, supermercados o teatros, hacen que su uso esté cada vez más empleado.
En el presente artículo, y muy brevemente, introduciremos al lector a algunos desarrollos que se pueden encontrar actualmente en el mercado. Como reza el dicho…no están todos los que son, pero sí son todos los que están.
Adat (Alesis Digital Audio Tape)
Originalmente desarrollado por la compañía Alesis para la transferencia de audio digital entre sus equipos, ha llegado a ser un estándar dentro de la industria.
Utiliza cables de fibra óptica con terminación en conectores TOSLINK (conector desarrollado por TOSHIBA, de ahí su nombre), y es capaz de transmitir hasta 8 canales de audio sin comprimir a 48 kHz. y a 24 bits de resolución. La longitud máxima de los cables es de 10 metros. No transporta señales de sincronismo, por lo que es necesario añadir otro tipo de conexiones tanto para la sincronización como para el control remoto.
Madi (Multi-Channel Audio Digital Interface)
La idea básica del sistema se fundamenta en la multiplexación de hasta 32 canales AES3 (1) sobre un único cable.
Se basa en el Standard AES10-2003 “AES Recommended Practice for Digital Audio Engineering – Serial Multichannel Audio Digital Interface (MADI)”.
Es un formato de transmisión digital serie sobre cable coaxial o línea de fibra óptica con capacidad para transmitir 28, 56 o 64 canales de datos de audio digitales representados linealmente, con frecuencias de muestreo dentro del rango desde 32 kHz hasta 96 kHz., y con una resolución de hasta 24 bits por canal.
Es un tipo de conexión asíncrona Point to Point (P2P), con un ratio máximo de transferencia de datos de 100 Mb/s y de 125 Mb/s el ratio binario de canal, independientemente de la frecuencia de muestreo y del número de canales activos.
A 48 kHz. de frecuencia de muestreo, puede multiplexar hasta 32 canales AES3, mientras que a 96 kHz., puede transportar hasta 16 canales AES3.
Cada formato de canal o subtrama consta de una secuencia de 32 bits, de los cuales 24 son asignados a audio y a otro tipo de datos. 4 bits más representan validación (V), usuario (U), status (S), y paridad (P) del interface AES3, además de 4 bits asignados para el modo de identificación. De esta manera, se preserva el formato AES3. Una trama MADI consta de una secuencia de 10 bits de sincronismo y 64 o menos subtramas, dependiendo del número de canales a transmitir.
A diferencia de la conexión AES3, MADI no está diseñado para transportar información sobre código de tiempo en la muestra, por lo que cada transmisor y cada receptor deberían proveerse con una señal de sincronismo master distribuida independiente de acuerdo a la normativa AES11. Alternativamente puede utilizarse una señal de referencia de vídeo SMPTE o EBU, pero siempre de acuerdo a la normativa AES11.
(AES11 hace referencia al Standard AES “AES11-2003: AES recommended practice for digital audio engineering -Synchronization of digital audio equipment in studio operations”). El medio de transmisión es sobre cable coaxial de 75 ohmios, con terminación en conector BNC, con una longitud máxima de 100 mts., o cable de fibra óptica, con terminación en conectores ST1, cumpliendo las especificaciones ISO/IEC 9314-3 en cuanto a su compatibilidad óptica y mecánica. En base a ello, debería asegurar una longitud de transmisión de hasta 2 kms. sin amplificación.
Como AES3, MADI no tiene polaridad y además está libre de DC.
Optocore®
Aunque sus comienzos se remontan a 1993, la salida al mercado de OPTORE® se materializa en 2003. Concebido en un principio como un sistema de transmisión de audio digital, sobre fibra óptica, en la actualidad se ha convertido en una red que permite transportar, audio, vídeo, datos de control y wordclock a largas distancias. Se basa una red óptica, sincrónica, de topología en anillo.
Con un ancho de banda de 1Gbit/s tiene capacidad para transmitir hasta 512 canales de audio a 48 Khz, con una latencia de tan solo 41,6 microsegundos hasta una distancia de 700 mts con fibra óptica multimodo. Al ser la transmisión sincrónica, la multiplexación de la señal se realiza empleando la técnica TDM (Multiplexión por división en el tiempo). La ventaja de este sistema es el alto rendimiento en la transmisión, el flujo de datos es más regular y es especialmente apto para ser usado en transmisiones de alta velocidad. Comparten una única señal de reloj, que le permite determinar con precisión el tiempo y el orden de cada muestra. La topología en anillo, permite un alto grado de redundancia, la señal esta disponible en cualquier lugar de la red, y no existe un dispositivo principal que permite, en caso de malfuncionamiento de alguno de los dispositivos, que la red siga funcionando.
Disponen de una amplia variedad de módulos con diferentes funciones, para poder conectar cualquier tipo de señal a la red para una vez convertida ser transmitida, además de tarjetas dedicadas para controlar parámetros de los previos de audio desde dispositivos que no son OPTOCORE®.
Audio Por Red Ethernet
Ethernet, como sabemos, es una tecnología que permite interconexionar, por un único cable, distintos dispositivos electrónicos, ya sean impresoras, ordenadores, servidores, etc., para que puedan intercambiar información entre ellos. El ancho de banda es la cantidad de bits por segundo que pueda transmitir. El paso de anchos de banda de Mbits/seg, a Gbits/s, ha permitido el control y la transferencia de ingente cantidad datos a tiempo real. El protocolo Ethernet está definido por la sociedad de estándares IEEE 802.3 para redes de 100 MBits/seg., para 1Gigabit (GbE o 1 GigE) y para 10 Gigabits/seg (10GbE o 10 GigE), y el IEEE 802.11 para transmisiones inalámbricas. El medio de transmisión por cable es mediante (UTP) Par Trenzado de Cobre sin Apantallamiento, (STP) Par Trenzado Apantallado, ambos con cables cat-5 o cat-6, con conectores RJ45. Se puede convertir para ser transmitida por Fibra Óptica. Las distancias van desde 100 a 150 mts., para los cables de par trenzado, y de varios Kms. para la fibra óptica.
El concepto de audio en red Ethernet se refiere a la capacidad de transmitir audio digital sin comprimir, sobre infraestructuras basadas en dicha tecnología. Esto permite aprovecharse de la tecnología ya existente, además de la sencillez que comprende utilizar un único cable para la transmisión de decenas de canales de audio a grandes distancias, el control remoto de los dispositivos, e incluso la incorporación a una red ya existente con el consiguiente ahorro de costes que supone dicha posibilidad. Aquí es donde se hace importante el ancho de banda de la red. A mayor ancho, más transmisión de canales y con menor latencia.
Cuando hablamos de audio, la latencia es quizá, uno de los términos más importantes a la hora de utilizar la tecnología digital. El aumento en la velocidad de los procesadores, ha permitido que se alcancen cotas de transferencia impensables hasta hace relativamente poco tiempo.
Otro de los elementos a tener en cuenta es la redundancia. Dado que transmitimos por un único cable, en el caso de que este falle, arruinaría todo el sistema, por lo que se ha tomado muy en cuenta tanto en la configuración de los sistemas, con la doble instalación de cableado, diversas topologías de conexionado, en estrella, en anillo, en árbol de expansión o en forma de malla, así como con el hardware, con dispositivos redundantes y tecnologías de conmutación que permiten activar el dispositivo de reserva sin perder la conexión ni la configuración.
Pero esto no ha hecho más que comenzar. Se espera ansiosamente la introducción de la (UBW) Ultra Wide Band, para la transmisión inalámbrica, más insensible a las interferencias y con menor latencia que la actual WiFi. O la investigación sobre transmisión a través de cable cat-6 de FireWire a 400 Mb/s, pero sin el protocolo Ethernet, utilizando la transmisión isocrónica, mucho más ventajosa.
En resumen, los beneficios de la utilización de audio por red van, desde el ahorro en el número de cables, el control y monitoraje remoto, el direccionamiento de las señales de audio desde y hacia cualquier dispositivo integrado dentro de ella, la posibilidad de ir incorporando nuevos sistemas a los ya existentes, y el ahorro en costes, ya que tanto el hardware como el software se encuentran ampliamente disponibles en el mercado y con un uso contrastado. A continuación mostraremos algunos sistemas de audio multicanal por red que utilizan el protocolo Ethernet en sus diferentes capas.
Aes50
Formato de transmisión multicanal que se basa en el standard AES50-2005 “AES Standard for digital audio engineering-High-resolution multi-channel audio interconnection (HRMAI)”
Desarrollado por Sony Pro-Audio Lab, Oxford, y adquirido en 2007 por Klark Teknik, admite una interconexión de audio de 48 canales bidireccionales a 48 kHz. y 24 bits con el sistema SuperMAC® y hasta 348 canales bidireccionales a 48 Khz. y 24 bits con el sistema HiperMAC®.
Utiliza cable categoría 5/6, el protocolo Gigabit Ethernet, y aunque es un sistema Point to Point, permite el control de datos vía Ethernet. Esto es posible ya que la señal transmitida pasa a través de un router de audio TDM, donde, al mismo tiempo que los datos auxiliares son transmitidos al resto de dispositivos, a través de un switch, son rescatados para formar parte de una red.
Soporta un amplio abanico de formatos de codificación de audio digital, y una baja latencia, menor de 100 microsegundos.
Cobranet®
CobraNet® de Peak Audio, una división de Cirrus Logic, utiliza el método de transmisión Isocrónico, que permite el envío simultaneo de datos, sincronismo, monitoreo y control, y datos genéricos de comunicación. Usa la transmisión de paquetes de Ethernet estándar, sobre 100 Mbit, posibilitándole el uso de la tecnología y la infraestructura de una red. Aplica el concepto de Bundles, que son paquetes de datos que pueden contener hasta 8 canales de audio.
La latencia del sistema está fijada en 1,33mseg, 2,66 mseg, o 5,33 mseg., que pueden ser configurados manualmente, aunque al reducir la latencia estamos disminuyendo el número de canales que se pueden recibir y transmitir al mismo tiempo. Esto es debido a que está limitado por el ancho de banda de transmisión de paquetes con el protocolo Ethernet 100 Mbits, que son 256 muestras, (5,33 mseg). De esta manera podemos utilizar 64 canales full-duplex, a 48 Khz y 20 bits. con máxima latencia. Al aumentar la resolución o la frecuencia disminuimos el número de canales. Sin embargo, el número máximo de canales no aumenta más de 128, aunque disminuyamos la resolución o la frecuencia, pues está limitado por el número máximo de Bundles que se pueden transmitir por la red. Es curioso, pero no utiliza 44,1 kHz. en sus distintos modos de configuración.
Utiliza conexión en estrella, donde varios módulos son conectados a través de un switch, y son individualmente accesibles mediante una dirección IP. Esto permite configurar un sistema totalmente ampliable, donde a medida que vayamos necesitando más módulos los vamos conectando a los puertos libres.
Para ampliar la redundancia del sistema, aparte de los métodos posibles utilizados en cualquier red, dispone de dos puertos Ethernet, marcados como primario y secundario, activándose el secundario en el caso que el primario falle. La red puede ser Gigabit, hasta el switch principal y 100 Mbit entre el resto de módulos. La distancia a la que se puede enviar la información va desde los 100 mts. sobre cable cat-5, hasta los 2 Kmts. sobre fibra multimodo.
EthersoundTM
EthersoundTM es una técnica desarrollada por Digigram, que se aprovecha también de las ventajas del protocolo Ethernet 802.3x, para la transmisión de audio multicanal. Permite transmitir 64 canales de audio a 48 Khz y 24 bits con calidad PCM, además de datos de control y monitorización.
Utiliza conexión en cadena, es decir, cada dispositivo conectado a la red tiene un dispositivo fuente del que recibe y un dispositivo destino al que transmite.
La latencia del sistema es extremadamente baja, ya que cada dispositivo genera un retardo fijo de tan solo 1,4 microsegundos, independiente del número de canales, al que hay que añadir 104 microsegundos (5 muestras a 48 Khz.) producida por el trafico en la red. Dado que cada dispositivo añade el mismo retardo, es posible conocer la latencia total del sistema, además de poder sincronizar cada uno de ellos. En muchas ocasiones, es mayor el retardo producido por la conversión que por la propia transmisión en sí.
Ha desarrollado dos sistemas básicos de transmisión, Ethersound ES-100, sobre redes de 100 Mb/s transmitiendo 64 canales en cada dirección, además de señales de control y monitorización, y Ethersound ES-Giga, que transmite sobre redes de 1Gb/s, con 256 canales en cada dirección, y con un canal de 100 Mb/s para transmisión de datos, control remoto, etc. En ambos casos la latencia sigue siendo la misma.
En cuanto a la longitud del cable, mantiene las medidas de cualquier audio en red, es decir, hasta 100 mts, para cable cat-5, y varios kilómetros para la transmisión por fibra óptica.
Audiorail®
AudioRail Technologies fue fundada por Garth Wiebe bajo la premisa de que existían muchos colectivos que usarían sistemas multicanal digital, con pretensiones básicas y sin necesidad de grandes inversiones. Creó el protocolo M11, -4 bits, 25 Mhz.-, basado en la multiplexacion por división en el tiempo (TDM), usa transceptores Ethernet, pero sustituye el MAC por un simple FPGA (Dispositivo Lógico de Propósito General). El resultado, segun Wiebe, es un producto fiable, que cuesta mucho menos con respecto a otros desarrollos.
Tiene un dispositivo denominado ADAT RX32TX32, que consta de 8 puertos ADAT, con capacidad para manejar hasta 32×32 canales, y con resoluciones que van desde 16 a 24 bits, y a 48 Khz.
Transmite por cable cat-5, siendo la latencia de 5 microsegundos entre cada uno de los puertos. Además dispone de conversores para transmitir por fibra óptica.
LivewireTM
Axia es la división de audio en estudio de Thelos Systems. Ha desarrollado su sistema de transmisión por red denominado LIVEWIRETM.
Trabaja sobre cable cat-6 o fibra, con sus correspondientes conversores, para transportar audio, datos de programas, VoI (Voz sobre IP), y datos genéricos.
Utiliza el protocolo Ethernet, configurado para transmitir señales con criterio de alta prioridad. En base a ello es capaz transferir audio con una latencia de menos de 1 milisegundo.
Mediante tarjeta de red los ordenadores reciben directamente la señal de audio, emulando una tarjeta de sonido. Con una red de 100 Mb/s es capaz de transportar 50 canales estéreo de audio PCM a 48 kHz, y 24 bits. Con una red de 1 Gb/s es capaz de transportar más de 500 canales de audio.
Básicamente el sistema se compone, en primer lugar, de lo que llaman nodos de audio Axia, donde se conectan las señales de audio para convertirlas en señal que se transmite por la red, después un switch o más, dependiendo del tamaño de esta, y al final un paquete de control para PC. Asimismo, también dispone de nodos para la típica matriz de audio x-y, e incluso nodos GPIO.
DanteTM
Fundada por investigadores del ICT de Australia, Audinate es la compañía que ha desarrollado el sistema DANTETM. Transmite bajo protocolo Ethernet y TCP/IP. Utiliza la tecnología ZEN, que configura automáticamente los parámetros de la red, sin necesidad de asignar direcciones IP, ni configurar y administrar servidores DNS o DHCP, evitando la necesidades de expertos en configuración de redes.
MagicTM
MagicTM, acrónimo de “The Media-accelerated Global Information Carrier” es un producto desarrollado por GIBSON, dirigido fundamentalmente al mundo musical, aunque puede usarse en cualquier tipo de instalación. Además de las características inherentes a cualquier sistema de transmisión por red, incluye opciones como la posibilidad de poder transportar alimentación Phamton (48 Voltios, 350 mA.) por mismo cable de red. Tiene capacidad para transmitir hasta 32 canales bidireccionales a 32 bits, con frecuencias de muestreo que van hasta los 192 Khz.
Su latencia se sitúa en 250 microsegundos, referido específicamente entre 2 puertos MagicTM. Es conforme al estándar IEEE 802.3 PHY (physical) layer. Se basa en una red Ethernet 100 Mb/s. Usa cable cat-5 con conector RJ45. Soporta múltiples Control Channels MIDI. Tiene un interface muy intuitivo sobre pantalla.
A-NETTM
AVIOM es la propietaria de la tecnología A-NetTM, que permite distribuir audio por red, utilizando la capa 1 del protocolo de Ethernet, es decir, no usa la estructura de trama de Ethernet, siendo el tipo de conexionado Point to Point. Utiliza únicamente el ancho de banda para el streaming de audio, por lo que se reduce básicamente su latencia y se amplía la longitud del cable.
Dada sus características es muy utilizado en sistemas de monitorización en escenarios y en estudios. Su máxima capacidad permite hasta 64 x 64 canales, frecuencias de muestreo desde 44,1 hasta 192 kHz., 24 bits, una longitud máxima de 150 mts dependiendo de la configuración, compatibilidad con fibra óptica, y una latencia menor de 800 microsegundos.
mLAN
Es el acrónimo de music Local Area Network. Desarrollado por YAMAHA y presentado en 2001, se basa en el estándar IEC 61883-6 conocido como Protocolo de Transmisión de Datos Música y Audio (A/M protocol) El modo de conexión es bajo el protocolo IEEE 1394/FireWire, y utilizando mLAN, permite conectar distintos dispositivos de distintos fabricantes, a diferencia de una simple conexión FireWire entre dos dispositivos. Con la velocidad de 400 Mb/s, y dependiendo tanto de las condiciones de tráfico de la red, y de la velocidad de los buses, es capaz de transportar más de 150 canales de audio a la vez, y miles de canales MIDI. La longitud máxima del cable no puede superar los 4,5 mts, aunque por medio de repetidores se pueden alcanzar hasta 72 metros.
