Adaptador PCM

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Un adaptador PCM es un dispositivo que codifica audio digital como video para grabarlo en una grabadora de videocasete . El adaptador también tiene la capacidad de decodificar una señal de video a audio digital para su reproducción. Este sistema de audio digital se utilizó para masterizar los primeros discos compactos .

El audio de modulación por código de pulsos (PCM) de alta calidad requiere un ancho de banda significativamente mayor que una señal de audio analógica normal. Por ejemplo, una señal PCM de 16 bits requiere un ancho de banda analógico de aproximadamente 1-1,5  MHz en comparación con los 15-20  kHz de ancho de banda analógico necesarios para una señal de audio analógica. Una grabadora de audio analógica estándar no puede cumplir con este requisito. Una solución a la que se llegó a principios de la década de 1980 fue utilizar una grabadora de cintas de vídeo, que es capaz de grabar señales con mayores anchos de banda.

Era necesario un medio para convertir el audio digital en un formato de vídeo. Un sistema de grabación de audio de este tipo incluye dos dispositivos: el adaptador PCM, que convierte el audio en pseudovídeo, y la grabadora de vídeo. Un adaptador PCM realiza una conversión de analógico a digital que produce una serie de dígitos binarios que, a su vez, se codifican y modulan en una señal de vídeo en blanco y negro , que aparece como un patrón de tablero de ajedrez vibrante, que luego se puede grabar como una señal de vídeo.

La mayoría de los adaptadores PCM basados ​​en vídeo graban audio a 14 o 16 bits por muestra, con una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz para PAL o NTSC monocromo , o 44,056 kHz para NTSC en color. Algunos de los modelos anteriores, como el Sony PCM-100, grababan 16 bits por muestra, pero utilizaban solo 14 de los bits para el audio, y los 2 bits restantes se utilizaban para la corrección de errores en caso de cortes u otras anomalías presentes en la cinta de vídeo.

El uso de vídeo para el adaptador PCM ayuda a explicar la elección de la frecuencia de muestreo para el CD, ya que el número de líneas de vídeo, la velocidad de fotogramas y los bits por línea acaban dictando la frecuencia de muestreo que se puede conseguir. Por tanto, se adoptó una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz para el disco compacto , ya que en aquel momento no había otra forma práctica de almacenar audio digital que mediante una combinación de adaptador PCM y grabadora de vídeo.

Es más sencillo si se utiliza el mismo número de líneas en cada campo y, fundamentalmente, se decidió adoptar una frecuencia de muestreo que pudiera utilizarse tanto en equipos PAL como NTSC monocromo. Dado que el NTSC monocromo tiene una frecuencia de campo de 60 Hz y el PAL tiene una frecuencia de campo de 50 Hz, su mínimo común múltiplo es 300 Hz y, con 3 muestras por línea, esto produce una frecuencia de muestreo que es un múltiplo de 900 Hz. Para NTSC monocromo la frecuencia de muestreo es 5 m × 60 × 3, donde 5 m es el número de líneas activas por campo, que debe ser un múltiplo de 5 (el resto se utiliza para la sincronización), y para PAL la frecuencia de muestreo es 6 n × 50 × 3, donde 6 n es el número de líneas activas por campo, que debe ser un múltiplo de 6. Las frecuencias de muestreo que satisfacen estos requisitos (al menos 40 kHz (para codificar sonidos de hasta 20 kHz), no más de 46,875 kHz (que no requiere más de 3 muestras por línea en PAL) y un múltiplo de 900 Hz (para permitir la codificación tanto en NTSC como en PAL) son, por tanto, 40,5, 41,4, 42,3, 43,2, 44,1, 45, 45,9 y 46,8 kHz). Los más bajos se eliminan debido a que los filtros de paso bajo requieren una banda de transición, mientras que los más altos se eliminan debido a que se requieren algunas líneas para el intervalo de borrado vertical; 44,1 kHz era la tasa utilizable más alta y finalmente se eligió.

Las frecuencias de muestreo de 44,1 y 44,056 kHz fueron el resultado de una necesidad de compatibilidad con los formatos de vídeo en blanco y negro de 25 cuadros (países PAL) y 30 cuadros (países NTSC) utilizados para el almacenamiento de audio en ese momento.

Las muestras de audio se graban como si estuvieran en las líneas de un barrido de trama de vídeo, de la siguiente manera: los estándares de vídeo analógico representan el vídeo a una velocidad de campo de 60 Hz ( NTSC , Norteamérica - o 60/1.001 Hz ≈ 59.94 Hz para NTSC en color) o 50 Hz ( PAL , Europa), lo que corresponde a una velocidad de cuadro de 30 cuadros por segundo (cuadro/s) o 25 cuadro/s - cada campo es la mitad de las líneas de una imagen entrelazada (alternando las líneas pares y las impares). Cada uno de estos campos está a su vez compuesto de líneas - un cuadro de 625 líneas para PAL y 525 líneas para NTSC, aunque algunas de las líneas son en realidad para sincronizar la señal, y un campo comprende la mitad de las líneas visibles en un barrido vertical. Luego, las muestras de audio digital se codifican a lo largo de cada línea, lo que permite la reutilización de los circuitos de sincronización existentes: como video, las imágenes resultantes parecen líneas de puntos binarios blancos y negros (más bien grises) a lo largo de cada línea de escaneo. La frecuencia de línea (líneas por segundo) era 15.625 Hz para PAL (625 × 50/2), 15.750 Hz para NTSC de 60 Hz (monocromo) (525 × 60/2) y 15.750/1,001 Hz (aproximadamente 15.734,26 Hz) para NTSC de 59,94 (color), y por lo tanto, para grabar audio a más de 40 kHz se requería codificar varias muestras por línea, siendo suficientes 3 muestras por línea, lo que daba como resultado hasta 15.625 × 3 = 46.875 para PAL y 15.750 × 3 = 47.250 para NTSC. Es deseable minimizar el número de muestras por línea, de modo que cada muestra pueda tener más espacio dedicado a ella, haciendo así más fácil tener una mayor profundidad de bits (16 bits, en lugar de 14 o 12 bits, digamos) y mejor tolerancia a errores, y en la práctica, la señal era estéreo, requiriendo 3 × 2 = 6 muestras por línea. Sin embargo, algunas de estas líneas están dedicadas a la sincronización (vertical): específicamente, las líneas durante el intervalo de borrado vertical (VBI) no se podían usar, por lo que se podía usar un máximo de 490 líneas por cuadro (245 líneas por campo) en NTSC, y alrededor de 588 líneas por cuadro (294 líneas por campo) en PAL (nótese que, en video, PAL tiene (hasta) 575 líneas visibles ^[1] mientras que NTSC tiene hasta 485).

El Sony PCM-1600 fue el primer grabador comercial de vídeo de 16 bits. El 1600 (y sus versiones posteriores, el 1610 y el 1630) utilizaban videograbadoras especiales con formato U-matic también suministradas por Sony para transportes , como la BVU-200B (el primer modelo de videograbadora optimizado para funcionar y que se vendió con la PCM-1600 en 1979), ^[2] la BVU-800DA, la VO-5630DA y las posteriores DMR-2000 y DMR-4000, que se basaban en las videograbadoras industriales VO-5850 y la BVU-800 de transmisión, respectivamente. En esencia, se trataba de versiones modificadas de los grabadores de vídeo Sony U-Matic existentes, adaptados para su uso con los adaptadores de la serie 1600, desactivando los circuitos compensadores de croma y de pérdida de señal de los VCR, lo que dificultaría la grabación adecuada de los datos de audio digital basados ​​en vídeo monocromo de los adaptadores de la serie 1600 si se activaban. El BVU-200B que venía con el PCM-1600 también se modificó para que su punto de conmutación del cabezal de vídeo se moviera al intervalo de borrado vertical de la señal de vídeo que contenía audio digital que se estaba grabando, para evitar errores o interferencias con los datos de audio digital. La edición se llevó a cabo utilizando un adaptador de la serie 1600 y dos o más de estos VCR con un controlador de edición DAE-1100 o DAE-3000. Las series 1600 fueron los primeros sistemas utilizados para masterizar discos compactos de audio a principios de los años 1980 por muchos de los principales sellos discográficos; las cintas de audio digitales finales en formato U-matic 1600 se enviaron a plantas de prensado de CD para ser grabadas en un disco maestro de vidrio utilizado para hacer los CD replicados.

Sony también lanzó varios modelos semiprofesionales/de consumo de adaptadores PCM:

• Sony PCM-1 (introducido en 1977) ^[3]
• Sony PCM-F1 (el primer modelo comercializado para el consumidor que se vendió con una videograbadora complementaria de formato Betamax , la Sony SL-2000, SL-F1 o SL-F1E, para grabación y reproducción) ^[4]
• Sony PCM-100
• Sony PCM-501ES
• Sony PCM-601 (incluye entrada y salida de audio digital SPDIF)
• Sony PCM-701

Technics también fabricó un adaptador PCM portátil alimentado por batería, el SV-100, un adaptador de componentes de alta fidelidad, el SV-110, y una versión con un transportador de videocassette VHS incorporado , el SV-P100. ^{[ cita requerida ]} Todos los adaptadores PCM de Technics (Panasonic) están limitados a una resolución de 14 bits. Otras marcas y modelos de adaptadores PCM ofrecidos en el mercado fueron el Nakamichi DMP-100, el JVC VP-100, el Sharp RX-3, el Sansui PC-X1 y el Hitachi PCM-V300. ^{[ 5 ]}

dbx, Inc. también fabricó un adaptador de pseudo-video, el Modelo 700. Se diferenciaba de los modelos mencionados anteriormente en el hecho de que no utilizaba PCM, sino modulación delta-sigma . Esto daba como resultado una grabación digital de mayor calidad con un rango dinámico mayor que el que podía ofrecer la modulación PCM estándar. ^{[ cita requerida ]} Al igual que un adaptador PCM estándar, el Modelo 700 también utilizaba un VCR para el transporte.

En 1987, unos años después de la introducción del adaptador PCM, Sony presentó un nuevo formato basado en casete para la grabación de audio digital llamado cinta de audio digital (DAT). Dado que el DAT no dependía de una grabadora de casete de vídeo independiente, era un formato mucho más portátil y menos complicado de utilizar que un sistema basado en un adaptador PCM. Las grabadoras DAT tenían su propio transporte integrado mediante un pequeño casete exclusivo del formato. El DAT utilizaba una cinta de 4 milímetros (0,16 pulgadas) de ancho cargada en un casete de 73 mm × 54 mm × 10,5 mm (2,87 pulgadas x 2,12 pulgadas x 0,41 pulgadas) de tamaño. Los datos de audio se grababan en la cinta mediante grabación de barrido helicoidal , de la misma manera que un VCR conectado a un adaptador PCM grabaría en una cinta de vídeo. En esencia, el DAT era una versión modernizada, integrada y miniaturizada de un sistema basado en un adaptador PCM.

Al igual que un adaptador PCM, DAT podía grabar solo dos pistas de audio a la vez, pero el tamaño más pequeño del equipo y del medio, además de poder aceptar múltiples frecuencias de muestreo y otra flexibilidad, ^[a] le daban a DAT muchas ventajas sobre los sistemas basados ​​en adaptadores PCM.

Los grabadores digitales capaces de grabar en varias pistas ^[b], como el formato ProDigi de Mitsubishi y el formato DASH de Sony, también estuvieron disponibles en el mercado de audio profesional casi al mismo tiempo que se introdujeron los adaptadores PCM. Otros sistemas de grabación de audio digital basados ​​en cinta superaron los problemas que hacían que los grabadores analógicos típicos no pudieran satisfacer las demandas de ancho de banda (rango de frecuencia) de la grabación digital mediante una combinación de velocidades de cinta más altas, espacios entre cabezales más estrechos utilizados en combinación con cintas de formulación metálica y la distribución de datos en múltiples pistas paralelas.

A pesar de su obsolescencia, los aficionados aún pueden utilizar los modernos DVD o discos Blu-ray como medio de transporte para la codificación basada en vídeo de transmisiones de audio digital.

• Watkinson, John. El arte del audio digital. Oxford: Focal Press. ISBN 978-0-08-049936-9.OCLC 171287847  .