Sonido Digital - Parte II

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Digitalización de audio

Comparación de audio analógico y digital

En el audio analógico y en el audio digital, el sonido se transmite y almacena de maneras muy diferentes.

Audio analógico: voltaje positivo y negativo.

Un micrófono convierte las ondas de sonido bajo presión en cambios de tensión en un cable: la alta presión se convierte en tensión positiva, mientras que la baja presión lo hace en negativa. Cuando estos cambios de tensión viajan a través de un cable de micrófono, pueden grabarse en cinta como cambios en intensidad magnética o en discos de vinilo como cambios en tamaño de surco.

Un altavoz funciona como un micrófono pero a la inversa: toma las señales de voltaje de una grabación de audio y cada vibracion capturada magneticamente hace vibrar a el altavoz para volver a crear la onda de presión.

Inconvenientes de la grabación magnetofónica:

Existe un roce constante entre el soporte y la cabeza lectora. Esta fricción, a largo plazo, produce una pérdida en la calidad del sonido.

Si se desmagnetiza la cinta (por acercarla a un imán o a una corriente eléctrica, etc), la información perdida (borrada) resulta irrecuperable.

No permiten la multigeneración más allá de la 4 o 5ª. Cada nueva generación (copia de copia) supone una pequeña pérdida irrecuperable. Esta pérdida puede suponer pequeña deformación de la señal original o un aumento ligero del ruido (siseo de fondo). Más allá de la cuarta generación, todos los defectos son audibles, con lo que la calidad es pésima.

Este problema podía resolverse, en gran medida, aunque nunca del todo, con los sistemas de reducción de ruido (Dolby). Los Dolby utilizan un sistema de compresión que amplifica los sonidos más tenues para que se oigan por encima del ruido de fondo. Si se utiliza un sistema Dolby durante la grabación es necesario utilizar el mismo sistema Dolby para su reproducción. Este requisito hace que el uso del Dolby quedara bastante limitado.

Audio digital: ceros y unos.

A diferencia de los medios de almacenamiento analógicos, como las cintas magnéticas o los discos de vinilo, los equipos informáticos almacenan información de audio de forma digital como una serie de ceros y unos.

En el almacenamiento digital, la forma de onda original se desglosa en instantáneas individuales denominadas muestras. Este proceso se conoce normalmente como digitalización o muestreo del audio, pero en ocasiones recibe el nombre de conversión de analógico en digital.

Cuando graba en un equipo desde un micrófono, por ejemplo, los conversores de analógico a digital transforman la señal analógica en muestras digitales que los equipos pueden almacenar y procesar.

Principios Generales

En esencia el audio digital es un proceso tecnológico donde una señal analógica (como la producida cuando ondas sonoras en el aire excitan un micrófono) es primeramente convertida en una secuencia continúa de números o dígitos (o lo que es igual: a barras o ceros como cualquier computador) conocido como "Código Binario".

Una vez en formato digital la señal es extremadamente inmune a la degradación causada por ruidos del sistema o defectos en el medio, de almacenamiento o de transmisión, a diferencia de los sistemas analógicos precedentes.

La señal de audio digitalizada es fácilmente grabada en una variedad de medios ópticos o magnéticos, en los cuales puede ser almacenada indefinidamente con la calidad original sin pérdidas.

La señal digitalizada es luego reconvertida a una señal analógica mediante la reversión del proceso de digitalización para poder ser escuchada por el oído humano, que es análogo.

En los sistemas de grabación y reproducción digital, cada una de estas funciones es ejecutada por separado.

En sistemas de procesamiento de señales de audio digital, ambos procesos de conversión: Analógico a digital y Digital a Analógico son hechos simultáneamente.

Para éstos sistemas es posible usar una variedad de técnicas, pero la más común se conoce como "modulación codificada de pulsos lineales" o su abreviatura en inglés: PCM (linear pulse code modulation).

La técnica del audio digital que al principio estaba confinada a la grabación y reproducción de música y de otras señales de audio, no ha hecho más que reemplazar la tecnología analógica precedente, hasta tal punto que los discos de vinilo prácticamente dejaron de fabricarse desde principios del decenio de los años 90 en los Estados Unidos y en algunos países Europeos.

Es posible ya usar técnicas de transmisión digital en ondas de radio.

Esta última década del siglo hemos visto a la tecnología del audio digital reemplazar a la analógica en la mayoría de las funciones, tanto del campo profesional como del consumidor común.

Audio Digital: Aquel sonido reproducido o grabado por medios digitales, es decir, por dígitos o números.

La calidad del sonido depende de la frecuencia del muestreo(khz) y a la resolución(bits). Frecuencias de muestreo, captura o de sampleo, se refiere al numero de mediciones de la señal que se hacen por segundo.

*nota: la frecuencia de la vibración es lo que determina que un sonido sea grave o agudo, por ejemplo cuando la cuerda de una guitarra vibra 440 veces por segundo nos da un tono llamdo “La”. El sonido se mide en hertz, a si es que un tono de “La” en la medicion del sonido se traduce en 440 hertz , todo sonido humanamente audible se ubica entre 20 hertz(20 vibraciones por segundo) y 20,000 hertz (20mil vibraciones por segundo).

Cuanto mayor sea el numero de muestras mejor es la calidad del sonido, por ejemplo si la velocidad de muestreo es de una cada un segundo las variaciones del sonido que se produzcan en el intermedio no serán registradas. Obteniendo una señal continua.

Según estudios, la frecuencia de muestreo o frecuencia de captura debe ser el doble del sonido mas alto que se pueda escuchar, como el oído humano puede escuchar aproximadamente hasta los 20.000 Hercios, la frecuencia optima de muestreo será de 44,1 Khz. (44.100 hercios), esta la frecuencia que se usa en los CD de música.

Como los instrumentos o las voces humanas no pasan la frecuencia de los 10 Khz., con una frecuencia de muestreo de 32 Khz. es mas que suficiente, al bajar mucho la frecuencia de muestreo el sonido se vuelve opaco o poco nítido pues se pierden las frecuencias agudas.

La resolución, el término hace referencia a la exactitud de las medidas de frecuencia. Se mide en bit, si la resolución es de 8 bit tenemos 256 niveles posibles (2^8=256). Si se amplía a 16 bit el rango se extiende a 65.535 (2^16=65536). Como referencia se puede decir que un disco compacto se graba a 44,1 Khz. y a una resolución de 16 bits.

Si se desea digitalizar (grabar una pista de audio) 3 minutos de música a un muestreo de 44,1 Khz. y almacenando por cada muestra dos bytes (16 bits) se obtiene lo siguiente:

3min x 60s/min x 44100khz x 2bytes = 15.876.000bytes

Quiere decir que por cada tres minutos de grabación de una pista mono, estaremos creando un archivo que pesara 15 megas.

Hay cuatro parámetros que considerar cuando se crea audio digital

1.- Longitud, tiempo en segundos
2.- Frecuencia de sampleo: 44, 48, 88, 96 o 192khz
3.- Codificación: 8, 16, 24 o 32 bits
4.- Canales

entre mas alta la frecuencia de sampleo(khz) o la codificacion(bits) sera mas grande el tamaño o peso del archivo creado.

frecuencias de muestreo comunes








Tamaño de Archivo

Se usan los cuatro parámetros (longitud ¨tiempo¨, frecuencia , codificación “bits”, y canales) para conocer y trabajar con el tamaño del archivo que se crea y almacena.

Multiplicamos el tiempo en segundos por el numero de bits por la frecuencia de muestreo y por el numero de canales

Por ejemplo una grabación de 37 segundos de largo a 16 bit a una frecuencia de 44.1khz es aproximadamente:

37sx16bx44100hzx1pista = 26107200 bits
dividida 8 = 3263400 bytes <- conversion de bit a bytes
dividida por 1024 = 3186.914 Kb <- conversion a kb
dividida por 1024= 3.1mb <- conversion a megabite

Quiere decir, por ejemplo que estaremos creando un archivo Wav con 37 segundos de duracion y su tamaño sera de 3.1mb