La latencia de audio en los ordenadores (1)

Sin ánimo de hacer un artículo científico, ni mucho menos, revisaremos un poco los tipos de latencia que se dan en la vida cotidiana como músicos y nuestra tolerancia a este fenómeno, con el objeto de reflejar hasta que punto esta puede influirnos, para después comparándolo con las latencias con que nuestros ordenadores hoy día trabajan, tener una visión de la importancia de esto a la hora de trabajar con ellos en tiempo real.

En esta primera entrega tratamos los conceptos básicos de latencia y los casos comunes en la práctica musical.

¿Que es la latencia?

Empecemos por algunas definiciones:

Según el R. A. E. latencia es el

“Tiempo que transcurre entre un estímulo y la respuesta que produce”

En la Wikipedia podemos leer una definición de latencia en sistemas informáticos:

En redes informáticas de datos se denomina latencia a la suma de retardos temporales dentro de una red. Un retardo es producido por la demora en la propagación y transmisión de paquetes dentro de la red.
Otros factores que influyen en la latencia de una red son:
• El tamaño de los paquetes transmitidos.
• El tamaño de los buffers dentro de los equipos de conectividad. Ellos pueden producir un Retardo Medio de Encolado..
Hay latencia en tecnologías de uso musical, como los transformadores de mp3 a vinilos análogos, siempre el traspaso de información de un mecanismo a otro va a sufrir de este retardo, que normalmente está estimado en milisegundos (1/1,000 sec) en algunos caso pequeño, en otro más notorio, dependiendo del sistema que usen y de las características de los equipos. En general se refiere al tiempo que dura en llegar una acción desde su punto de inicio hasta su «punto de fuga», es decir cuando la acción se consuma.

Ya en el ámbito del sonido y el musical que nos interesa, podemos resumir que la latencia es el término que se utiliza para definir el tiempo que transcurre entre el momento de la emisión de un sonido y el momento en que nuestros oídos lo escuchan. Especialmente este término toma especial relevancia cuando el músico es a la vez emisor y receptor, ya que si se produce un retardo apreciable entre el momento en que el músico toca o emite una nota y el que la escucha, este tendrá problemas de interpretación. Después de todo ¿quien puede tocar un instrumento si no oye el sonido inmediatamente?

Obviamente esto no ocurre cuando interpretamos un instrumento acústico de la manera convencional, pero sí y este es el objeto de este artículo, cuando procesamos el sonido a través de un sistema de audio digital, en particular un ordenador o cuando dependemos de un altavoz para oírnos y este se encuentra alejado de nosotros.

¿Cual es la latencia mínima tolerable por el oído humano?

Esta cuestión es un tema que ha generado muchos debates y discusiones no existiendo un acuerdo unánime al respecto de que latencia es la tolerable o la aconsejable para el trabajo con sistemas de audio y es que nuestro oído y cerebro tienen una tolerancia relativamente alta a la latencia y puede variar dependiendo de cada persona, de las características del sonido (si es un sonido de ataque súbito la tolerancia será menor que si se trata de uno de ataque lento) y otros factores.

Para ubicarnos y tener una mejor comprensión tomemos como referencia algunos datos:

• 1º El sonido se propaga por el aire a una velocidad de 340 metros/segundo
• 2º Para expresarlo en términos mas prácticos si un sonido se emite a una distancia de 1 metro tardará en llegarnos 2.9 milisegundos. Por tanto cada metro de distancia implica 2,9 milisegundos de retardo.
• 3º Por último pongámoslo en un contexto musical, en una pieza cuyo tempo sea “allegretto” (120 bpm), 2 fusas se encuentran a una distancia de 62,5 milisegundos. Ciertamente va ser raro ver escritas 2 fusas a ese tempo, sería demasiado rápido, pero si podría corresponderse por ejemplo con la distancia que hay entre notas en un redoble de caja y probablemente representa la distancia mas corta entre dos notas en un ámbito musical.

Con estos datos comprenderemos que los músicos en la práctica musical cotidiana trabajamos con diversas latencias o retardos sin que ello nos impida ejercer esta actividad.

Veamos también varios ejemplos de situaciones habituales a las que nos exponemos los músicos y las latencias implícitas, que pueden ayudar para comprender el fenómeno:

Un guitarrista acústico tiene su instrumento a unos 30 o 40 cm. de los oídos, por tanto oye lo que toca como media 1 milisegundo después de tocarlo.

Un violinista tiene aun mas cerca el instrumento del oído, a unos 10 cm, tarda 0,3 ms. en oirlo en un oido y algo mas (aprox. 0,6 ms) en el otro oído.

El oído de un cantante igualmente esta muy cerca de la fuente y oye con ambos oídos el sonido que emite, aproximadamente 0,3 ms.

La cosa empieza a cambiar cuando se trata de un guitarrista eléctrico, el cual oye el sonido que produce su guitarra a través del altavoz del amplificador de guitarra y este puede estar a diversas distancias. A una distancia media de 1 metro, este oirá las notas que toca unos 3 ms. mas tarde. Pero un guitarrista puede tener el amplificador a varios metros de distancia, con lo que esta latencia aumentará, por lo que no debemos alejarnos demasiado de nuestros amplificadores o esto puede llegar a suponer un problema, no siendo aconsejables distancias de mas de 3 mts. (9 milisegundos).

El tema empieza a ser mas complicado cuando tocan varios músicos entre los cuales puede haber distancias importantes y lo que puede hacer mas complejo el tema, distancias diferentes.

Imaginemos un conjunto de 3 músicos acústicos dispuestos longitudinalmente en un escenario entre los que haya 4 metros de distancia entre los extremos. El que está ubicado en uno de los extremos se oye a si mismo con un retardo de 0,3 ms., al músico del centro con 6 ms. y al músico del otro extremo con 12 ms de retardo.

Las diferencias expuestas en algunos de estos ejemplos son notables y varían entre 0,3 ms y 12 ms, sin embargo en la practica cotidiana ninguno de los músicos de esta lista tendrán problema en tocar su instrumento solos o al unísono con los demás.

• La razón es bien sencilla, nuestro oído/mente, en términos generales, no es capaz de distinguir dos sonidos como entes distintos salvo que estén separados en el tiempo al menos 11 milisegundos o mas, por lo que este será el umbral a partir del cual la latencia sí empezará a ser claramente apreciada y a representar un problema.

Multiples latencias en la orquesta

Imaginemos ahora el caso de una orquesta clásica en la que debido a la gran cantidad de músicos pueden llegar a haber distancias de casi 20 metros entre algunos de los componentes (por ejemplo entre el violinista de un extremo y el contrabajista del otro). 20 metros son nada menos que 58 milisegundos de retardo en la recepción del sonido y esta latencia supera en mucho el umbral de 11 milisegundos antes indicado y será perfectamente apreciable (recordemos las fusas a 62.5 ms en un tempo de 120 bmp antes explicadas), por lo que esto lógicamente producirá problemas de latencia entre músicos y dificultará el trabajo en estos entornos ya que obviamente en la música es absolutamente esencial el tiempo, una orquesta que no sonara al unísono no sería precisamente agradable de escuchar.

Por si fuera poco, como hemos dicho antes, en el caso de las orquestas el problema se agrava por que cada músico tendrá a los demás músicos a diferentes distancias con lo que el problema no es constante y adquiere una complejidad mayor. No añadiremos a esto el factor “sala”, pero vale la pena reseñar que a poco que pensemos en ello veremos que las reflexiones que la sala producirá, multiplicarán exponencialmente los sonidos que cada músico percibirá (unos mas fuertes que otros pero audibles) con latencias incluso mayores y diversas. No es el objeto de este artículo tratar la compleja problemática de latencias que se producen en una orquesta y las soluciones que ello tiene (que las tiene afortunadamente, como la capacidad de adelantar o atrasar el tempo de cada músico para adaptarse al tempo general y como no la principal de ellas es la existencia de un director, una de cuyas funciones es “aunar” el tempo de toda la orquesta), pero el ejemplo es perfectamente válido para comprender cuan importante puede ser el problema de la latencia en la interpretación musical.

El ejemplo de la orquesta también ilustra un aspecto muy importante de la capacidad de nuestro oído (y sobre todo cerebro) de tolerar situaciones muy complejas de latencia entre músicos y aun así ser capaz de resolver la interpretación musical con resultados totalmente aceptables y satisfactorios. Por eso la cuestión de cual es la latencia tolerable no es una cuestión puramente matemática y no puede tener una respuesta en términos absolutos, aunque tengamos una referencia de umbral definido (aceptado mayoritariamente) de 11 milisegundos, debemos tomar este como un valor relativo y no absoluto.

No obstante a partir de dicho umbral de 11 milisegundos un músico si empezará a notar claramente la latencia si es él mismo el que la sufre respecto a lo que toca, por tanto en tareas de monitorización en sistemas de grabación de estudio, este es el umbral a partir del cual hemos de empezar a tomar en consideración este problema.

Pronto publicaremos la siguiente entrega de este artículo, adentrándonos en las latencias de los equipos analógicos y digitales y como estos últimos operan e introducen el concepto de latencia en nuestras vidas musicales, si tienes alguna duda o comentario, no dudes en exponerlo.

INDICE
La latencia de audio en los ordenadores 1ª PARTE
La latencia de audio en los ordenadores 2ª PARTE
La latencia de audio en los ordenadores 3ª PARTE