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IEM
TypeIV™ White Paper/TypeIV™ White Paper
dbx Type IV™ Conversion System
White Paper
by Roger Johnson
The dbx Type IV™ Conversion System is a proprietary analog-to-digital
(A/D) conversion process that combines the best attributes of digital conversion and
analog recording processes to preserve the essence of the analog signal when it is
converted to a digital format. dbx Type IV™ not only exploits the wide linear
dynamic range of today's A/D converters, but also enhances it and extends the
useable dynamic range beyond the linear range. By providing a logarithmic "Type
IV™ Over Region" above the linear A/D range, we benefit from the extended high-
level headroom that is inherent in analog recording without compromising the noise
performance of the A/D conversion process.
Digital conversion and recording processes proliferated in the 1980's
primarily due to the "cleaner" sound of digital versus analog, an advantage resulting
from the comparatively wider linear dynamic range of digital. Anyone who is
familiar with the technical specifications of digital equipment knows that the typical
maximum signal-to-noise specifications for 16-bit systems is in the neighborhood of
90-something dB. Compare this to the typical signal-to-noise specifications for
professional analog tape of about 55dB without the aid of noise reduction and
around 75 to 85dB with noise reduction such as dbx Type I™ or Type II™ applied.
This seemingly tremendous signal-to-noise advantage of digital over
analog would suggest that digital would become the unanimous choice for
recording. For the most part this has occurred, not totally due to its signal-to-noise
advantage, but as much due to the benefits of digital storage such as random access
and the inherent ability to withstand degradation, unlike that of analog tape or LP's.
In spite of the benefits of digital, no one in the audio world can refute the
rediscovery of analog recording and tube gear that has occurred in the 90's,
attributable to the quest for that "analog character" that is missing from digital
recordings. This continued use of analog gear with modern digital systems brings to
light a favorable characteristic of analog recording which those who abandoned
analog and jumped on the digital bandwagon were either never aware of or simply
took for granted.
Anyone who has ever used analog tape knows that you can "hit it hard"
without destroying the recording. The printed specifications of analog tape don't
take into account the practical headroom available. The max signal-to-noise
specification of analog tape is measured by defining the "max" signal as the point
where a given signal level and frequency produces a given percent Total Harmonic
Distortion (THD)—typically the level at which a 1kHz signal produces 3% THD. In
actual use, the signal can easily exceed this "max" signal level by 5, 10, or even 15dB
on peaks, depending on the type of signal being recorded, without unacceptable
artifacts. High signal levels can be tolerated (i.e. more headroom) at the expense of
increased THD which, incidentally, is often desirable as an effect, evidenced by the
renewed popularity of tube equipment.
The obvious conclusion is that analog recording actually has more
useable dynamic range than the specifications seem to indicate. For example, let's
say we're recording a kick drum. If analog tape measures 55dB from the 3% THD
point down to the RMS noise floor and the peaks of the kick drum exceed the 3%
THD level by, say, 15dB and it still sounds good, then we have 15dB of extra
useable headroom. Therefore, we end up with 70dB of useable dynamic range.
Throw in noise reduction and we push into the 90-something dB dynamic range
territory of 16-bit digital. This explains why well-recorded analog master tapes make
good-sounding CD's with no objectionable noise.
One main drawback of digital is that it inherently lacks this forgiving and
beneficial characteristic of analog recording. Although digital conversion exhibits
wide linear dynamic range, when you run out of headroom for high-level signals,
hard clipping or even ugly signal wrap-around occurs, not to mention that A/D
converters have their own nasty side effects such as going unstable when their
modulator is overdriven with high-level signals.
This shortcoming of digital conversion has drastically affected the
way users operate their equipment. Users are paranoid of overdriving the
converter input and end up recording at lower levels to ensure that there is
ample headroom to allow for the large peaks that would ruin an otherwise
perfect recording. This, of course, compromises signal-to-noise performance
since the signal is now closer to the noise floor. Because users of digital
equipment have to be extremely careful not to exceed 0dB FS (full-scale), they
must use peak-reading headroom meters. On the other hand, the forgiving
nature of analog tape allows users of analog recording equipment the luxury of
only needing to monitor the average level using VU meters, often having no
peak indicators whatsoever. If only digital were more forgiving like analog, we
could really exploit its wide dynamic range and more completely capture
the essence of the musical performance.
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El
libro
blanco
dbx Type IV™
por Roger Johnson
El sistema de conversión dbx Type IV™ es un proceso exclusivo de
conversión analógico-digital (A/D) que combina las mejores prestaciones de la conversión
digital y de los procesos de grabación analógica para preservar la esencia de la señal
analógica cuando es convertida a un formato digital. El dbx Type IV™ no solo saca partido
del amplio rango dinámico lineal de los convertidores A/D de hoy en día, sino que también
los enfatiza y amplía el rango dinámico que se puede usar por fuera del rango lineal. Al
incluir una "super región Type IV™" logarítmica por encima del rango de A/D lineal, nos
beneficiamos del margen de alto nivel inherente a las grabaciones analógicas sin por ello
comprometer el rendimiento ante los ruidos del proceso de conversión A/D.
La conversión digital y los procesos de grabación proliferaron en los años 80
principalmente debido a la "limpieza" del sonido digital frente al analógico, una ventaja
resultado del rango dinámico lineal comparativamente más amplio de la señal digital.
Cualquiera que esté familiarizado con las especificaciones técnicas de los aparatos digitales
sabe que las especificaciones típicas máximas de relación señal-ruido para los sistemas de
16 bits están en unos 90dB. Compare esto con las especificaciones típicas de señal-ruido
de las cintas analógicas profesionales de unos 55dB sin la ayuda de un reductor de ruidos
y de unos 75 a 85dB si se aplica una reducción de ruidos como el dbx Type I™ o Type II™.
Esta ventaja aparentemente tremenda en la relación señal-ruido de la señal
digital frente a la analógica sugería que el mundo digital pasaría a ser opción unánime para
las grabaciones. Para la mayoría de la gente esto ha sido así, no solo por la ventaja de la
relación señal-ruido, sino también por las ventajas del sistema de almacenamiento digital
de acceso aleatorio y la inherente capacidad de soportar la degradación física, en contra
de lo que ocurre con las cintas o LPs analógicos. A pesar de las ventajas de lo digital, nadie
en el mundo del audio puede negar el renacimiento en los años 90 de las grabaciones
analógicas y los aparatos de válvulas, atribuible a la búsqueda de ese "carácter analógico"
que se había perdido en las grabaciones digitales. Ese uso continuado de unidades
analógicas con sistemas digitales modernos sacó a la luz una característica favorable de la
grabación analógica de la que nunca se percataron o supieron valorar lo suficiente aquellos
que habían abandonado lo analógico y se engancharon al tren de lo digital.
Cualquiera que haya usado en algún momento una cinta analógica sabe que
puede "darle a tope" sin destruir la grabación. Las especificaciones escritas de una cinta
analógica no tienen en cuenta el headroom o margen práctico disponible. La máxima
especificación de relación señal-ruido de la cinta analógica se mide definiendo la señal
"máxima" como el punto en el que un nivel de señal y una frecuencia dados producen un
determinado porcentaje de distorsión armónica total (THD)—habitualmente el nivel en el
que 1kHz de señal produce 3% de THD. En un uso real, la señal puede sobrepasar
fácilmente este nivel de señal "máxima" en 5, 10 o incluso 15dB en los picos, dependiendo
del tipo de señal que esté siendo grabada, sin que por ello se produzcan efectos
inaceptables. Los niveles altos de señal pueden ser tolerados (es decir, más margen) a costa
de un aumento del THD que, curiosamente, es deseable a veces como un efecto, lo que
se evidencia en la actualidad por la creciente popularidad de los aparatos a válvulas.
La conclusión evidente es que la grabación analógica tiene en la actualidad
un rango dinámico más aprovechable que las especificaciones que parecen indicar. Como
ejemplo, supongamos que estamos grabando un bombo. Si una cinta analógica da una
medición de 55dB desde el punto de 3% THD hasta el ruido de fondo RMS, y los picos
del bombo sobrepasan el nivel de 3% THD en, digamos, 15dB y sigue sonando bien,
entonces tenemos 15dB de margen extra utilizable. De esta forma, el resultado final son
70dB de rango dinámico utilizable. Apliquemos reducción de ruidos y aumentaremos hasta
unos 90dB el territorio del rango dinámico digital de 16 bits. Esto explica el por qué los
master analógicos bien grabados producen CDs con un excelente sonido sin ruidos
observables.
Un fuerte inconveniente del digital es que carece de forma inherente de esta
prestación olvidada y benefactora de la grabación analógica. Aunque la conversión digital
goza de un rango dinámico lineal muy amplio, cuando se queda sin margen con señales
de alto nivel, se producen fuertes saturaciones, sin mencionar el hecho de que los
convertidores A/D tienen sus propios efectos colaterales molestos como su inestabilidad
cuando sus moduladores son desbordados por señales de alto nivel.
Este defecto de la conversión digital ha afectado de forma dramática la forma
en la que la gente maneja sus aparatos. Los usuarios temen desbordar la entrada del
convertidor y terminan grabando a niveles inferiores para asegurarse que haya un margen
amplio como para permitir los picos más grandes que arruinarían una grabación en otro
caso perfecta. Esto, evidentemente, compromete el rendimiento de la relación señal-ruido
dado que ahora la señal está más cerca del ruido de fondo. Dado que los usuarios de
aparatos digitales tienen que tener un cuidado extremo de no sobrepasar los 0 dB FS
(escala completa), deben usar medidores de margen de lectura de picos. Por el otro lado,
la naturaleza indulgente de la cinta analógica permite a los usuarios de unidades de
grabación analógicas el lujo de que solo sea necesario monitorizar el nivel medio usando
medidores VU, sin ni siquiera un indicador de picos. Si el mundo digital fuese tan
indulgente como el analógico, realmente podríamos sacar partido de su amplio rango
dinámico y capturar de una forma más completa la esencia de una ejecución musical.
IEM User Manual/Manual de Instrucciones
Appendix B/Apéndices B
del
Sistema
de
Conversión
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