El debate empezó hace ya casi dos años, justo en el momento en el que Apple hizo pública su decisión de eliminar el jack de 3,5 mm de su iPhone 7 en beneficio del más versátil puerto USB de tipo C. Varias marcas no tardaron en seguir sus pasos y también desterraron definitivamente el jack de algunos de sus móviles, mientras que otras aún hoy siguen apostando por incluir este veterano conector para auriculares. Sin duda, es una historia conocida que aún no ha escrito su último capítulo.

Lo más curioso es que el paso del tiempo todavía no ha conseguido apaciguar la acalorada polémica que ha polarizado la opinión de los usuarios. Y es comprensible que sea así porque es un tema muy interesante y con implicaciones que van más allá de lo evidente. Nuestra intención cuando nos propusimos preparar este artículo no era otra que intentar arrojar un poco de luz sobre todo este panorama analizando cuál es el rol del DAC, qué implica llevarlo fuera del smartphone como consecuencia directa del «destierro» del jack de 3,5 mm y qué podemos hacer dadas las circunstancias para disfrutar lo máximo posible el sonido de nuestro móvil.

El iPhone 7 no es el primer smartphone que se queda sin jack de 3,5 mm, pero sí el primero de gran consumo y repercusión que lo hace

Y es que, como en muchos otros contextos, comprobaremos que la posición más equilibrada no está ligada a ninguno de los dos extremos. Ambas opciones, contar con el jack de 3,5 mm o no hacerlo, acarrean ventajas y compromisos que a los usuarios nos viene bien conocer para elegir con acierto la opción que mejor se adecua a nuestras necesidades. Esperamos contribuir, aunque solo sea mínimamente, a hacerlo posible.

¿Qué es un DAC y cómo hace su trabajo?

La música que tenemos almacenada en nuestros teléfonos móviles es de naturaleza digital. Y el sonido de los vídeos que reproducimos y los juegos a los que dedicamos nuestros momentos de ocio también. Su naturaleza digital conlleva que la información que la describe está codificada en forma de un conjunto enorme de bits (ceros y unos), y que, por tanto, es discreta. La música que contiene un CD, un disco duro, un DVD o un Blu-ray Disc también es digital. Y, por tanto, también es discreta.

En el párrafo anterior he utilizado dos veces la palabra «discreta» porque es el adjetivo que describe la propiedad más importante de la información digital en contraposición con las señales analógicas, que son continuas. La música que contiene un disco de vinilo es de naturaleza analógica, y, por tanto, es continua. Para entender con claridad cuál es la diferencia entre una señal digital (discreta) y otra analógica (continua) solo tenemos que pensar en la manera en que podemos dibujarlas en un papel. Si somos capaces de representar un fragmento amplio de la señal sin necesidad de separar la punta de nuestro lápiz del papel podemos estar seguros de que estamos ante una señal continua. Y, por tanto, analógica.

Por el contrario, si para representar nuestra señal nos vemos obligados a separar la punta de nuestro lápiz del papel porque no es una curva continua, sino un conjunto de puntos entre los que existen huecos, podemos estar convencidos de que estamos ante una señal de naturaleza digital. Y, por tanto, discreta. Llegados a este punto podemos plantearnos una pregunta que tiene toda la lógica del mundo: ¿podemos pasar una señal del dominio digital al analógico y viceversa? Sí, por supuesto que se puede. Nuestro sistema auditivo solo es capaz de percibir sonido de naturaleza analógica y capaz de propagarse a través del aire que nos envuelve bajo la forma de unos sutiles cambios de presión que provocan la vibración de unos pequeños huesecillos, también conocidos como osículos auditivos, que tenemos en nuestro oído medio.

Las señales de naturaleza analógica son continuas, y las digitales son discretas

Si no fuese posible transportar la información de audio almacenada en nuestros smartphones en el dominio digital, o en cualquier otro soporte de naturaleza digital, al dominio analógico, no podríamos escucharla. Lo curioso es que nuestros oídos no son los únicos que necesitan recibir el sonido en formato analógico. Los altavoces integrados en nuestros auriculares y cajas acústicas también necesitan recibir la información en el dominio analógico para poder transmitir al aire los cambios de presión de los que hemos hablado unas líneas más arriba, aunque en este caso esta información de audio está codificada en una señal eléctrica continua.

Antes de seguir adelante me parece interesante que nos detengamos un momento para reconocer que un altavoz, en realidad, es un transductor. Los hay de muchos tipos, pero lo realmente curioso es que un transductor es un elemento que es capaz de transformar un tipo de energía en otro. Los altavoces en particular transforman la energía eléctrica que reciben de un amplificador en energía acústica, que se manifiesta bajo la forma de cambios de presión que se propagan a través del aire y que son recogidos por nuestro sistema auditivo. Los micrófonos también son transductores, pero, curiosamente, realizan la conversión contraria: transforman la energía acústica que recogen bajo la forma de unos sutiles cambios de presión del aire en energía eléctrica.

Esta gráfica refleja la periodicidad con la que es necesario tomar las muestras de la señal analógica original para poder reconstruirla a posteriori a partir de la señal digital.

Volvamos a los smartphones, que es el entorno que realmente nos interesa en este artículo. Como hemos visto, la música que almacenamos en ellos y el sonido que generan son digitales, pero tanto el altavoz o los altavoces integrados en el propio móvil como nuestros auriculares necesitan recibir una señal analógica. Es justo en este contexto en el que adquiere el protagonismo el importante componente del que más vamos a hablar en este artículo: el DAC (Digital to Analog Converter). Su función es, sencillamente, transportar la señal que reciben del dominio digital al analógico.

Eso sí, hacerlo realmente bien requiere que la señal analógica resultante sea lo más fiel posible a la señal analógica original a partir de la cual se generó la señal en el dominio digital, de ahí que los fabricantes de los circuitos impresos que contienen en su interior un DAC no dejen de mejorar sus diseños para incrementar la relación señal/ruido y reducir la distorsión armónica total (en este otro artículo explicamos qué son estos parámetros).

Profundizar en el procedimiento que sigue un DAC para transportar una señal del dominio digital al analógico escapa al propósito de este artículo, pero es interesante que al menos nos suene que la base matemática que sustenta este procedimiento se apoya en el Teorema del muestreo de Nyquist-Shannon. Aunque dejemos a un lado los detalles farragosos nos viene bien saber que este teorema demuestra que es posible reconstruir con exactitud una señal analógica si la frecuencia de muestreo es mayor que el doble de su ancho de banda.

Este circuito integrado contiene uno de los DAC de la empresa californiana ESS Technology más utilizado en aplicaciones de alta fidelidad.

Para entender esta última frase lo único que tenemos que saber es que para obtener una señal digital a partir de otra analógica es necesario que tomemos muestras de esta última con una periodicidad determinada. Y lo que nos dice el teorema que hemos repasado en el párrafo anterior, grosso modo, es que si esa periodicidad es lo suficientemente alta podremos reconstruir a posteriori la señal analógica original a partir de la digital. Esto es, de una forma muy simplificada, lo que hacen los DAC, aunque en este proceso no importa solo la frecuencia con la que tomamos las muestras, conocida como frecuencia de muestreo; también es relevante la manera en que codificamos cada una de esas muestras, un proceso conocido como «cuantificación».

La resolución, medida en bits, utilizada en el proceso de cuantificación provoca la pérdida de información y la consiguiente aparición de una distorsión conocida como ruido de cuantificación que es posible atenuar incrementando la resolución de las muestras. Esta es la razón por la que los DAC suelen estar diseñados para trabajar sobre varios tipos de señales digitales de entrada. Un mismo DAC puede procesar, por ejemplo, señales digitales con una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz y una resolución de 16 bits (características del CD), y también señales más «ambiciosas» de 192 kHz y 24 bits. Como podéis ver estas últimas se han obtenido utilizando una frecuencia de muestreo y una resolución mayores.

Fuera o dentro no es lo más relevante: lo que importa es su calidad

La conclusión más evidente a la que podemos llegar ahora que conocemos con cierta precisión qué papel juega el DAC en el ecosistema de nuestro smartphone es que necesitamos que haya uno colocado antes tanto de los altavoces integrados en el móvil como de los diminutos transductores de nuestros auriculares. El que «alimenta» al altavoz, o altavoces, integrado en el smartphone tiene que estar alojado, lógicamente, dentro del chasis del teléfono. Pero el que procesa la señal digital que va a ser enviada en el dominio analógico a los altavoces de los auriculares puede residir dentro del smartphone. O fuera.

Todos los teléfonos móviles, tengan o no un jack de 3,5 mm, cuentan con al menos un DAC en su interior

La salida de audio en formato jack de 3,5 mm estándar está diseñada para transportar una señal analógica, por lo que todos los smartphones que cuentan con una tienen un DAC que realiza la conversión de la señal antes de extraerla a través de este conector y enviársela a los auriculares. Los fabricantes de móviles que deciden eliminar este conector de sus dispositivos optan por extraer la señal de audio del terminal a través del puerto USB de tipo C, y, por tanto, sin realizar la conversión previa del dominio digital al analógico. Esto implica que la señal de audio sale del smartphone en formato digital, por lo que deberá ser transportada al dominio analógico en algún momento previo a su envío a los transductores de nuestros auriculares.

Eliminar el DAC del interior del terminal conlleva algunas ventajas, pero también varias limitaciones. Entre las primeras podemos considerar que este circuito integrado ocupa un espacio valioso que puede ser utilizado, por ejemplo, para incrementar el tamaño y la capacidad de la batería. Además, la eliminación del jack de 3,5 mm puede contribuir a hacer el chasis ligeramente más compacto y anula la presencia de un punto crítico que sería necesario tratar si el terminal debe estar protegido frente a la acción del agua y el polvo para obtener la certificación IP68.

Extraer la señal de audio de un smartphone en el dominio digital conlleva ventajas e inconvenientes que debemos valorar para elegir la opción que mejor se adecua a nuestras necesidades

Ahora vamos con las desventajas. Por el momento los smartphones solo cuentan con un puerto USB de tipo C y no podemos utilizarlo simultáneamente para cargar la batería y escuchar el sonido de nuestro teléfono a través de auriculares con cable. Si estamos escuchando música y se nos acaba la batería tendremos que dejar de escucharla para poder cargar nuestro móvil. Por otro lado, algunos smartphones incorporan un DAC de muy buena calidad, por lo que eliminarlo puede dejarnos a merced del DAC integrado en los auriculares o en los adaptadores de USB-C a jack de 3,5 mm, que con frecuencia dejan mucho que desear.

Pero esto no es todo. Hay dos consideraciones más en las que me parece importante que reparemos. Una de ellas consiste en que dentro de todos los smartphones tiene que haber necesariamente al menos un DAC. Incluso aunque carezca de salida jack de 3,5 mm. Este circuito integrado es imprescindible para poder enviar la señal de audio analógica tanto al altavoz que proyecta el sonido fuera del chasis como al pequeño transductor que utilizamos para escuchar la voz de nuestro interlocutor en las llamadas telefónicas.

Por otro lado, desde el punto de vista del espacio disponible es razonable pensar que la ubicación más sensata del DAC que va a «atacar» nuestros auriculares es dentro del propio smartphone. En los propios auriculares y en los adaptadores el espacio disponible suele ser muy inferior, lo que puede comprometer seriamente la calidad de este circuito integrado. Aun así, es justo reconocer que algunos auriculares inalámbricos, especialmente los que utilizan el códec Bluetooth aptX, suenan realmente bien.

Un último apunte para «rizar aún más el rizo» y valorar lo complejo que es el terreno en el que nos estamos moviendo. Sacar el DAC que va a «atacar» nuestros auriculares fuera del chasis de nuestro smartphone, con todas las ventajas y los inconvenientes que ya hemos barajado, nos ofrece la posibilidad de elegir con flexibilidad el DAC que queremos utilizar. Y no solo eso; también coloca ante nosotros la opción de utilizar unos auriculares de alta calidad a los que la circuitería de amplificación de nuestro smartphone probablemente no va a conseguir extraer todo su potencial.

La conversión D/A es crucial, pero también es muy importante la amplificación

Echemos a volar por un instante nuestra imaginación, aunque recurriendo a un escenario bastante realista. Imaginemos que nos encanta la música y hemos comprado unos auriculares de mucha calidad y con cable que queremos utilizar, además de con nuestro equipo de alta fidelidad, con nuestro smartphone. Pero nos encontramos con dos problemas. Por un lado, la impedancia de estos auriculares asciende a 47 ohmios, un valor que, aunque no es muy elevado, es claramente superior a los 32 ohmios que los móviles suelen manejar con comodidad. Y, por otra parte, nuestro teléfono es uno de los que incorpora una conexión USB de tipo C y un adaptador a jack de 3,5 mm que tiene en su interior un DAC con una calidad muy dudosa. ¿Qué podemos hacer?

Sabemos por vuestros comentarios que muchos aficionados a la música estáis satisfechos con el sonido de vuestros auriculares inalámbricos, y es muy razonable porque en el mercado podemos encontrar muchos modelos con una calidad estupenda y un precio atractivo. Todos ellos tienen, necesariamente, un DAC de calidad y unos transductores medianamente competentes. Pero el escenario que acabo de proponeros también es realista, y es probable que muchos aficionados a la música se encuentren en esa situación. Una forma de resolverlo de una manera satisfactoria pasa por recurrir a un DAC externo que nos permita prescindir del conversor que nos ofrece el fabricante de nuestro móvil y nos garantice una conversión D/A de calidad.

Los DAC externos con amplificador dedicado nos permiten excitar con garantías auriculares exigentes a los que un teléfono móvil no suele sacar todo el partido

Además, muchos de estos dispositivos incorporan una circuitería de amplificación competente que nos va a permitir «atacar» un abanico más amplio de auriculares y con más solvencia gracias a su mayor entrega de corriente y potencia. Los «peros» en este caso esencialmente son dos: el desembolso adicional que tenemos que afrontar para hacernos con el DAC externo y la necesidad de tener que cargar con otro dispositivo más (afortunadamente algunos de ellos no son mayores que una cajetilla de tabaco). Bueno, y también el hecho de que nos veremos obligados a cargar la batería de un dispositivo adicional. Eso sí, probablemente muchos entusiastas de la música están dispuestos a aceptar estas desventajas si ello les va a permitir obtener un sonido de más calidad, y, en consecuencia, disfrutar más su teléfono móvil.

Algunos fabricantes de circuitos integrados D/A de buena calidad que puede interesarnos conocer son ESS Technology, Cirrus Logic, Wolfson Microelectronics (fue absorbida por Cirrus Logic en 2014), Asahi Kasei, Analog Devices o Burr Brown (fue comprada por Texas Instruments en 2000), entre otras marcas. Pero estas empresas solo fabrican los chips encargados de la conversión D/A.

Algunos dispositivos portátiles que combinan un DAC de alta calidad y un amplificador de auriculares a los que merece la pena seguir la pista son los FiiO Q1 II y Q5, el Sony PHA-1A, el Creative E5 o el Sabaj Da2, entre otras opciones. La mayor parte de ellos incorpora una entrada micro-USB y, por tanto, requiere utilizar un adaptador de micro-USB a USB-C, pero poco a poco irán llegando al mercado soluciones con este último conector. Si conocéis otros modelos interesantes u os apetece contarnos vuestra experiencia, no dudéis en compartirlos con nosotros y con los demás lectores de Consultores-TIC utilizando los comentarios del artículo.

Imagen de la gráfica | Petr.adamek
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