Tan solo quería mostrar una versión más doméstica de lo que ya ha explicado muy bien Lord.Camilo. Ahí va:
I2S: un poco de historiaI
2S es el protocolo estandar para transmisión de señales digitales de audio entre dispositivos electrónicos -inicialmente en formato PCM, aunque hoy en día también se usa para transmitir señales DSD-, léase los chips que realmente tratan la señal digital. Fue diseñado como un
bus de señales digitales entre una fuente (como el mecanismo lector de los CDs/DVDs), un procesador de señales (también llamado DSP, como puede ser un chip que convierta de 16/44.1 a 24/96 o un filtro digital) y el convertidor propiamente dicho (que es un chip que llamaremos DAC). Esto es importante porque generalmente se tiende a identificar el DAC con el aparato completo que convierte de digital a analógico, pero realmente el DAC es solo una parte de dicho aparato.
Lo importante de este bus es que contiene, al menos, 3 tipos de señales importantes que se transmiten en paralelo:
Data: es una linea que transmite los datos digitales -el contenido del CD- secuencialmente, es decir, en serie: un bit detrás de otro.
BCK: es una señal de reloj que indica al receptor de los datos, donde empieza cada bit de la señal de datos.
WCK: es una señal de reloj que indica al receptor de los datos donde empieza cada palabra o conjunto de bits -recordemos que en el caso de los CDs, cada palabra contiene 16 bits-.
Con estas 3 señales básicas, se maneja toda la información de la transmisión digital. También podemos en ocasiones ver alguna señal adicional como la MCK que es una señal de un "Reloj maestro" que se suele tomar como referencia para sincronizar todas las señales de reloj de los diferentes dispositivos y transmisiones, pero no es estrictamente necesaria.
Originalmente no estaba previsto fuera del mundo profesional que la transmisión de señales digitales saliera fuera de los aparatos de captura. Es decir que no se contemplaba la existencia de transportes de CDs y de convertidores separados, sino que todos los lectores de CDs eran cerrados y solo disponían del mecanismo lector y del DAC. Así pues, los elementos básicos que manejan el bus I
2S son los siguientes:
El mecanismo de lectura de la fuente digital (los CDs), que lee los bits del disco y los transmite vía el bus I
2S:
y el DAC, que lee los datos del bus I
2S y genera la señal analógica de toda vida:
De esta manera, un lector de CDs básico es algo así como esto:
Si recordais los primeros años del CD, éstos eran acusados de no sonar demasiado bien -¡sonaban horribles!-. Así fue como aparecieron los primeros lectores de CDs que incluían DSPs con diversas funciones según el diseño que se quisiera implementar: diferentes tipos de filtrado digital, oversampling, distintos niveles de dithering, etc. No hace falta que sepais que es todo esto, tan solo saber que lo que se pretendía era "adecuar" la señal digital antes de proporcionársela al DAc con el objeto de que sonara mejor. Así pues, el diseño resultante de un lector de CD moderno viene a ser el siguiente:
Por supuesto, este dibujo solo muestra los bloques de transferencia de datos básicos a efectos de comprensión del mismo. Además, llevan otros dispositivos electrónicos como la fuente de alimentación, amplificación, etc.
El problema que plantea el bus I
2S es que, al tratarse de un bus de datos, tiene unas características electricas que han sido diseñadas para funcionar como tal, pequeño voltage y bajo consumo, en un entorno pequeño y controlado, dentro de equipos cuyos dispositivos electrónicos están muy cerca e inmunes a ciertas contingencias del exterior. Es decir, el típico circuito impreso con los dispositivos electrónicos conectados a él, tal como ha comentado Lord Camilo. Al llevar separadas las señales de reloj y datos es muy importante mantener el sincronismo entre dichas señales pues la variación de cualquier señal de reloj producirá la lectura erronea de los bits o palabras de datos. Es por esto que el bus I
2S es tremendamente sensible al problema del
jitter.
AES/EBU y SPDIFTodo lo dicho anteriormente también es aplicable para la señal en sentido inverso, es decir, desde una fuente analógica, se convierte a digital (por un dispositivo llamado ADC) y se transmite vía I
2S a los dispositivos de edición de audio y las máquinas que fabricaban los CDs.
Sin embargo, los estudios de sonido se encontraron con el problema de que las distancias entre los equipos que capturaban el sonido, los de edición y los de producción solían ser demasiado grandes. La distancia en la transmisión de señales siempre genera problemas de
jitter por lo que no es aplicable conectar diferentes equipos usando un cable largo que transportara un bus I
2S pues el jitter generado por la distancia produciría pérdida de sincronismo entre las diferentes señales del bus, las de reloj y la de datos.
Para solucionar esto, la
Audio Engineering Society (AES) y la
European Broadcasting Union (EBU) diseñaron un protocolo que permitiera enviar todas las señales juntas secuencialmente en un único canal, de tal manera que el jitter afectaría por igual a todas las señales evitando que se produzca desincronización entre ambas. El resultado es el protocolo
AES/EBU que consiste en una única transmisión serie de señales digitales de audio para largas distancias.
Hay que tener claro que el protocolo AES/EBU no sustituye al I
2S. Internamente, dentro de cada equipo, la señal digital de audio se sigue tranmitiendo siempre mediante el bus I
2S, pero para conectar diferentes equipos, entonces se transmite usando AES/EBU. Esto significa que todos los equipos deben estar equipados con dispositivos de entrada que lean la señal AES/EBU y la conviertan a I
2S para transmisión interna, y con dispositivos de salida que hagan lo contrario. Más adelante ilustraré esto con el protocolo SPDIF, que funciona de la misma forma.
Con el paso del tiempo y la aparición de nuevas fuentes digitales de audio diferentes al CD, se vio la necesidad en el entorno doméstico, no profesional, de que las fuentes de audio no tenían porque estar dentro del mismo equipo que el convertidor (DAC), lo que obligaría a disponer de un DAC para cada fuente diferente. Y, además, en el caso de los lectores de CD se comprendió que los procesos de lectura y de conversión eran tan diferentes que ambos se beneficiarían de disponer de su propia electrónica trabajando separadamente. Esto planteó un caso parecido al explicado anteriormente: el protocolo I
2S se mostraba inadecuado para la transmisión entre equipos separados. En un principio se penso en adoptar el mismo protocolo AES/EBU, pero éste es un protocolo eléctricamente muy robusto, diseñado para transmisión en muy largas distancias que no se dan en un entorno doméstico, por lo que no es necasaria tanta robustez.
Así fue como los inventores del CD, Philips y Sony, decidieron adaptar el protocolo AES/EBU para uso doméstico y diseñaron el protocolo
SPDIF (anagrama de
Sony/Philips Digital Interconnect Format).
El SPDIF es una adaptación del AES/EBU para el entorno doméstico, básicamente igual pero variando las especificaciones eléctricas y alguna otra pequeña diferencia. Así pues, al igual que pasaba con el AES/EBU, internamente, dentro de cada equipo, la señal digital de audio se sigue tranmitiendo siempre mediante el bus I
2S, pero para conectar diferentes equipos, entonces se transmite usando SPDIF. Esto significa que todos los equipos deben estar equipados con dispositivos de entrada que lean la señal SPDIF y la conviertan a I
2S para transmisión interna:
y con dispositivos de salida que hagan lo contrario:
USBUSB (Bus Serie Universal) es un bus serie diseñado para transmisión de señales digitales de
datos entre ordenadores y sus periféricos a distancias medias (máximo metros sin repetidor). Por lo tanto, todo lo que se conecte al bus USB tiene que ser reconocido por el ordenador como un periférico suyo. Entonces, por el bus circula tanto la señal de intercambio de datos entre el ordenador y el periférico, como las señales de control del mismo. Además, el bus USB provee de una señal de 5V para alimentar a los periféricos conectados a él, liberándolos de la necesidad de tener una fuente de alimentación propia (de ahí el comentario acerca de la alimentación del Isabellina).
Eso quiere decir que si el bus USB se quiere usar para aplicaciones de audio, entonces el periférico conectado a él debe ser un dispositivo de audio, como una tarjeta de sonido. Es importante entender que el ordenador no sabe que lo que transmite es audio: la comunicación entre el ordenador y su periférico es siempre una comunicación de datos. Es función del periférico de audio su conversión a una señal digital de audio como puede ser SPDIF, AES/EBU o I
2S:
Generalmente la conversión desde USB siempre se realiza a I
2S ya que para eso es el protocolo estandar de transmisión de audio digital. Si lo que se desea es obtener a la salida del dispositivo USB una señal SPDIF o, directamente, analógica (los llamados DAC/USB), entonces se usan combinaciones de dispositivos como los ya vistos anteriormente:
No tiene mucho sentido convertir de USB a analógico a través de SPDIF porque entonces se realiza una doble conversión:
Finalmente, los convertidores digitales/analógicos con entradas USB y SPDIF, simplemente hacen uso de un conmutador (manual o automático) para seleccionar cual es la entrada requerida:
Esto es todo. ¡Menuda parrafada ha quedado!. Espero no haberos aburrido mucho y que, al menos, algo haya quedado claro. El objetivo era ser más didáctico que preciso.
Saludos.
Ignacio.
