La digitalización del sonido

EL SONIDO DIGITAL – CAPÍTULO 2

Casi todo el sonido digital tiene un origen analógico; es decir, no digital.

La digitalización implica que el sonido ha de ser captado, transformado, procesado y, por último, conservado. En el proceso intervienen diferentes dispositivos y componentes.

EL PROCESO

Captura y transformación

El primer paso para digitalizar el sonido consiste en capturar y transformar las vibraciones sonoras de la fuente emisora en señales eléctricas (variaciones de voltaje). Para ello utilizamos un transductor electroacústico [ver concepto en el capítulo correspondiente], por ejemplo un micrófono o la pastilla de una guitarra eléctrica.

El resultado de esta conversión es, de manera análoga a la original, una señal de flujo continuo cuyas variables en el tiempo pueden tomar, a priori, cualquier valor. [¡Ojo! Esta imprecisión no debemos valorarla necesariamente como un ‘defecto’].

Esto supone que, para una muestra referida a un instante determinado y dejando aparte la influencia del ruido inherente a los sistemas analógicos, es prácticamente imposible obtener un valor numérico exacto y las mediciones tomadas estarán formadas por largas cifras decimales que, a efectos operativos, debemos limitar y aproximar para obtener una forma de su onda en el tiempo (amplitud y frecuencia).

El muestreo

A continuación, se realiza el muestreo en el conversor A/D – Analógico/Digital integrado en la tarjeta de sonido o la interfaz de audio (o dispositivo equivalente) conectado a nuestro equipo informático [ver el título correspondiente]. A ésta conectaremos el cable que transporta la señal eléctrica desde el transductor o el instrumento cuyo sonido se va a digitalizar.

Muestrear (sample, en inglés) consiste en recoger datos de esas señales eléctricas a intervalos regulares de tiempo controlados por un reloj digital interno.

Dos parámetros son fundamentales para obtener audio digital de calidad.

– Frecuencia de muestreo

La frecuencia de muestreo determina la cantidad de muestras que se ‘toman’ por unidad de tiempo. Se expresa en Khz. (nº de muestras por segundo).

Para el CD de audio comercial se ha convenido un valor estándar de 44,1 Khz. Es decir, ¡44.100 muestras por segundo! [Ver nota más abajo].

  • Antialiasing: El ‘aliasing’ es un fenómeno que sucede cuando se muestrea a frecuencias inadecuadas: se altera el resultado y se producen efectos indeseados como la aparición de frecuencias falseadas o inexistentes.
  • El filtro antialiasing elimina las frecuencias que exceden de 22.050 Hz. (22,05 Khz.). [Ver nota siguiente].

NOTA:

La relación entre la frecuencia máxima de la señal original o banda de interés (fi) y la frecuencia de muestreo (fm) aceptable viene dada por el teorema de Nyquist: fm=2×fi.

Para el CD de audio comercial el límite máximo de la banda de interés se incrementa en un 10% (incluso un 10,25%), para compensar la acción del filtro de reconstrucción que se emplea en la etapa de reproducción [Ver título final]

Entonces, si tomamos como banda de interés el rango de frecuencias audibles, cuya frecuencia máxima son 20 Khz., resulta: 20.000 Hz.+10,25%= 22.050 Hz. × 2 (t. Nyquist)= 44.100 Hz.= 44,1 Khz. Si la frecuencia máxima de la banda de interés fueran, por ejemplo, 12,5 Khz., resultaría aceptable muestrear a una frecuencia de 28 Khz.

– Bitrate

El bitrate es la cantidad de bits (0 y 1) empleados para representar cada una de esas muestras tomadas. Se expresa en Kbps (kilobits por segundo).

Para el CD de audio se ha convenido un valor estándar de 16 bits. Esta resolución o profundidad (como también se le llama) permite un alcanzar un rango dinámico (relación logarítmica entre la amplitud máx. / min.) de hasta 96 dB.

La cuantificación

Definidos los parámetros anteriores, se mide el voltaje que corresponde a la amplitud de la muestra en cada instante (controlado por el ciclo de reloj interno) y se le asigna un valor numérico discreto por aproximación (cuya precisión dependerá del bitrate de codificación). Es un valor finito, no continuo, que podemos considerar como digital.

Como se puede suponer, para analizar y evaluar las muestras es necesario ‘retenerlas’ temporalmente en un circuito de retención que se encarga de generar el flujo adecuado.

La codificación

Por último, el conversor A/D, conforme a las instrucciones determinadas por el códec empleado, organiza los datos obtenidos de la muestra y cada uno de esos valores discretos es transformado al sistema binario de 0 y 1, según el bitrate elegido (por ejemplo, 16). Ya es información digital.

En el lugar que hayamos especificado en el programa de grabación/edición empleado se guardará el archivo de audio digitalizado en el formato de audio fijado por el códec.

– Códec

Códec es el acrónimo de codificador/decodificador. Son pequeños programas instalados en el ordenador que sirven para determinar la forma en que están almacenados los datos para que ocupen menos espacio (normalmente, a costa de perder algún tipo de información).

Por tanto, es necesario tener instalado del códec apropiado tanto para generar y comprimir el archivo como para reproducirlo después.

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LA REPRODUCCIÓN DEL AUDIO DIGITAL

El sonido digitalizado debe ser reconvertido, de nuevo, en analógico para poder escucharlo.

Comienza el proceso mediante la ejecución de algún software de reproducción, que “lee” el archivo de audio digitalizado y envía la serie de números binarios que lo componen a la tarjeta de sonido.

Aquí, el conversor D/A – Digital/Analógico los transforma en variaciones de voltaje de valores discretos.

Por último, se hace pasar la señal por un filtro de reconstrucción, que modula y suaviza la señal antes de pasar al amplificador y a los altavoces, que, como transductores que son, convierten la señal eléctrica en variaciones de presión de aire: Sonido.

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EL “RECORRIDO” DIGITAL DEL SONIDO

Una vez vistos los conceptos y procesos básicos que intervienen en la digitalización del sonido (que conviene conocer y comprender muy bien) podemos dibujar un esquema general de lo que, “traducido” en aparatos, sería un estudio de creación, edición y producción musical no profesional o casero.

En resumen, la digitalización del sonido es opaca para el individuo, ya que sucede en el interior de los aparatos que intervienen y que se encargan de realizar el proceso.

El recorrido digital del sonido

El recorrido digital del sonido

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LA CALIDAD DEL AUDIO DIGITAL

De lo expuesto, y dado que en la obtención de un archivo de sonido digital intervienen diferentes procesos que, a su vez, están relacionados entre sí, es fácil concluir que la calidad del sonido digital resultante depende de los valores asignados a cada uno de los parámetros de cada proceso.

En este punto, se hace necesario recordar que se debe encontrar un equilibrio entre la calidad y el tamaño del archivo obtenido, no consiste simplemente en aplicar los niveles máximos a todos los parámetros (obtendríamos un archivo de la máxima calidad, pero prácticamente inmanejable).

En resumen, la calidad depende de la frecuencia de muestreo, del bitrate y de la codificación para cada uno de los canales de sonido que se van a emplear y por los que se podrá reproducir posteriormente (2.0 ó estéreo, 2.1, 3.0, 4.1, 5.1, 7.1, etc.).

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Tabla de contenido del tema:

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9 pensamientos en “La digitalización del sonido

    • Felicidades…..un espacio para nosotros los amantes del audio!!! Que aporte amigo… nunca cambies… Aportas mucho a la comunidad educativa con tus investigaciones!!! Saludos desde COLOMBIA!

      • Hola, Óscar:
        ¡Gracias a ti! ¡A todos! Acabo de regresar de las vacaciones de verano… Pero, por desgracia, las pilas siguen a media carga. La lucha del día a día es cruel e impasible. No puedo ocultar que me fallan el ánimo y las ganas de continuar. Y si no lo dejo es gracias a vosotros. Estoy trabajando en el tema dedicado a los conectores (paso lógico siguiente al dedicado a los cables de audio) y te prometo que lo acabaré. Por mucho que me cueste. Os lo debo.
        Gracias, de nuevo.

    • Muchas gracias, Joselyn, por tu comentario. Me alegro de haberte servido de ayuda. ¡Espero que hayas aprobado!
      Y mi agradecimiento aún es mayor, quizás, porque, como digo siempre, la satisfacción es doble: Primero porque Musicalecer es eso, un espacio para ayudar a todo aquel que quiera iniciarse o quiera conocer un poco más acerca de este maravilloso mundo de la música y, por ende, del sonido, sin el cual aquella no existiría; y creo que, en tu caso, lo he conseguido. Y, segundo, porque cada comentario que hacéis es como una carga nueva de energía, muy necesaria, a veces, para no caer en el desánimo y continuar…

      Gracias de nuevo.

      Musicalecer

    • Lo primero, agradecer tu comentario. Es agradable saber de primera mano que esta página (el trabajo que lleva detrás) es útil.
      En cuanto tu petición sobre la bibliografía y fuentes de donde obtengo la información… Sé que puede resultar increíble, pero son justo las que menciono en los títulos que etiquetan cada tema del menú principal, por ejemplo, “El sonido digital”, en el que está incluido el tema que has consultado:

      Bibliografía:

      ◾Gran Larousse Universal de 40 Tomos – Editorial Plaza&Janes
      ◾Gran Historia de la música clásica 6 VOL. – Editorial Plaza&Janes
      ◾Enciclopedia Autodidáctica – Editorial Dalmáu Carles Pla, S.A.
      ◾El mundo de la cultura 12 VOL. – Editorial Formativa Marín

      Bibliografía consultada puntualmente:

      ◾Wikipedia y otras fuentes en Internet
      ◾Artículos publicados en las revistas ‘Computer hoy’ y ‘Audio Vídeo Foto Hoy’ de la Editorial Axel Springer.

      Los primeros son enciclopedias muy antiguas (uno es ya algo mayor), de cuando Internet ni siquiera era un sueño… Pero cuánta sabiduría contienen, de esa que es atemporal, eterna y válida.

  1. Pingback: La digitalización del sonido | Musicalecer. Creación, edición y producción musical

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