EL SONIDO DIGITAL

1. El sonido. 1.1. ¿Qué es el sonido? 1.2. Magnitudes físicas del sonido. 1.3. Relación entre las magnitudes físicas de la onda sonora y las

cualidades del sonido. 2. Captura y digitalización del sonido.

3. Características del sonido digital.

4. Cálculo del tamaño de un archivo de audio.

5. Los distintos formatos de audio. 5.1. WAV (Waveform audio file format) 5.2. MIDI (Musical Instrument Digital Interface) 5.3. CDA (Compact Disc Audio) 5.4. FLAC (Free Lossless Audio Codec) 5.5. MP3 5.6. WMA Windows Media Audio 5.7. AAC (Advanced Audio Coding) 5.8. OGG VORBIS. 5.9. REAL AUDIO (RM).

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1. El sonido.

1.1. ¿Qué es el sonido?.

El sonido, es la vibración de las partículas del aire que son captadas por nuestro oído y crea una sensación en nuestro cerebro.

La vibración del aire, describe un movimiento ondulatorio que se caracteriza por unas magnitudes físicas: la frecuencia, la amplitud, la longitud de onda, etc.

Estas magnitudes físicas permiten definir las cualidades del sonido: distintos tonos, timbres y duración de los sonidos.

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1.2. Magnitudes físicas del sonido.

Las principales magnitudes físicas que permiten diferenciar y clasificar las ondas sonoras son: la amplitud, la longitud de onda, la frecuencia y el período.

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La amplitud: es la distancia desde el punto más alto de la onda (desde la cresta) hasta la base de la onda.

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La longitud de onda: La longitud de onda es la distancia entre dos crestas o valles seguidos.

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La frecuencia: es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. La frecuencia se mide en hercios (Hz) o c/s. 1 Hz = 1 / s

Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera: f=1/T Donde T, es el periodo de la señal, o tiempo que tarda en repetir un ciclo

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Los humanos oímos frecuencias que van desde los 20 Hertz (los mas graves) hasta los 20000 Hertz (los mas agudos). Sin embargo con el pasar de los años las personas vamos perdiendo audición y esa brecha se acorta. La voz humana varía desde los 1000 a los 2000 Hertz.

Los sonidos se pueden clasificar según estas frecuencias en Graves, Medios y Agudos: de 20hz a 250hz = GRAVES de 250hz a 5000hz = MEDIOS de 5000hz a 20000hz= AGUDOS -

El periodo: es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la onda. Es la inversa de la frecuencia.

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1.3. Relación entre las magnitudes físicas de la onda sonora y las cualidades del sonido Ya hemos visto en el apartado anterior, algunas gráficas, que nos muestran como se traducen las magnitudes físicas de la onda sonora, en cualidades del sonido, por ejemplo, a mayor frecuencia de la onda sonora, los sonidos serán mas agudos. La relación entre las magnitudes físicas de la onda sonora y las cualidades del sonido son las siguientes:

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2. Captura y digitalización del sonido

Desde que el cantante genera una onda sonora con su voz (al vibrar sus cuerdas vocales) hasta que llega a nuestros oídos a través de los auriculares, ocurren una serie de procesos que conocemos como captura y digitalización del sonido. Los procesos son los siguientes: a)

El cantante emite una señal sonora analógica que se transmite por el aire.

b)

Un micrófono recoge esas vibraciones y las convierte en una señal eléctrica que se transmite a un equipo electrónico mediante un cable o wifi.

c)

Un equipo electrónico codifica esa señal eléctrica analógica en información binaria de 0 y 1 (recuerda que cuando hablamos de sonido digital establecemos que la información de la onda, la podemos guardar como información binaria de 0 y 1) que puede ser tratada en el equipo y se puede almacenar en cualquier soporte digital.

d)

Un equipo reproductor digital descodifica la información binaria y la convierte en una información eléctrica que transmite por cable a los auriculares.

e)

Los auriculares vibran en función de la señal eléctrica que reciben. Esta vibración es la que detecta nuestro oído y hace que podamos escuchar al cantante.

Como ya hemos dicho, para capturar el sonido, necesitamos un micrófono conectado a nuestro ordenador, pero también necesitamos un programa que nos permita almacenar el sonido que capture el micrófono de forma digital.

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La grabadora de sonidos, es una herramienta incluida en los sistemas operativos que graba en formato digital las vibraciones que captura el micrófono. 3.

Características del sonido digital

Las principales características del sonido digital son las siguientes: -

Frecuencia de muestreo: Es el número de muestras por segundo que se toma de un sonido analógico para convertirlo en digital. Nos da una idea de la calidad del sonido digital. Un sonido digital con calidad CD tiene una frecuencia de muestreo de 44100 Hz. O lo que es lo mismo 1/44100 = 22,67 µs en tomar una muestra.

-

Canales: Es el número de pistas que componen el sonido. Un sonido mono tiene una pista, el sonido estéreo tiene dos pistas, y un sonido 5.1 tiene 5 pistas.

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Tamaño de la muestra: Indica la cantidad de bits de información que ocupa cada muestra. Una calidad de CD audio tiene 16 bits

4. Cálculo del tamaño de un archivo de audio. El tamaño o peso de un archivo de audio sin comprimir se puede calcular conociendo los segundos que dura el archivo, la frecuencia de muestreo, los canales o pistas y el tamaño de la muestra. La fórmula que los relaciona es la siguiente:

Tamaño = Frecuencia x Canales x Tamaño muestra x Duración (sg) El tamaño de los archivos de audio se puede reducir si empleamos formatos de compresión: sin embargo, no cumplirían este cálculo matemático. Ejemp:

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Los distintos formatos de audio

5.

Existen multitud de formatos de audio y sus extensiones dependen del algoritmo de compresión que se ha utilizado para convertir el sonido analógico en sonido digital. Podemos diferenciar los formatos de audio en tres tipos: Sin compresión, compresión sin pérdidas y compresión con pérdidas. -

Sin compresión: guardan toda la información de la onda grabada, y por lo tanto, tienen alta calidad, pero también gran peso de archivo.

-

Compresión sin pérdidas: Utilizan algoritmos para ahorrar en el tamaño del archivo, pero almacenan toda la información de audio disponible, por lo que mantienen muy buena calidad a pesar de reducir ligeramente el tamaño de los archivos.

-

Compresión con pérdidas: Eliminan la parte de información del archivo de música que es innecesaria por no ser captada por el oído humano. Esto hace que ocupen menos espacio, pero también que pierdan calidad y no sea posible volver a tener el archivo original, puesto que se perdió información al comprimirlo.

Los formatos de audio más utilizados son los siguientes: 5.1.

WAV (o WAVE), apócope de Waveform audio file format, es un formato de audio digital normalmente sin compresión de datos desarrollado y propiedad de Microsoft y de IBM que se utiliza para almacenar sonidos en el PC, admite archivosmono y estéreo a diversas resoluciones y velocidades de muestreo, su extensión es .wav. En Internet no es popular, fundamentalmente porque los archivos sin compresión son muy grandes. Son más frecuentes los formatos comprimidos con pérdida, como el MP3 o el Ogg Vorbis. Como éstos son más pequeños, la transferencia a través de Internet es mucho más rápida.

5.2.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface) es un protocolo de comunicación entre instrumentos musicales digitales y el ordenador. Un archivo midi procesa información del instrumento que se toma (la forma y el momento en que se debe tocar) pero no lo hace sobre la forma de la onda de sonido, como ocurre en los archivos wav, sino que simplemente es información sobre notas 9 de 12

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musicales reproducidas en un periodo de tiempo. La extensión de archivos que se utiliza es la .mid. Los programas editores de onda no trabajan este tipo de archivos. 5.3.

CDA (Compact Disc Audio): Es el sistema que se utiliza para grabar música en un CD. Es una variante del formato WAV. El audio se registra con una frecuencia de muestreo de 44100 muestras por segundo (y por canal), con una resolución de cuantificación de 16 bits. La música se graba toda seguida (secuencialmente), sin separar la información en pistas y sectores, por esa razón no es un formato que se pueda utilizar para guardar la música en un archivo del PC. Para guardar la música de un CD en un PC hay que convertir la información al formato wav sin pérdidas, esto es PCM 44100 y 16 bits para obtener la misma calidad que en un CD. Los equipos de música domésticos reconocen este tipo de archivos y por eso reproducen los CD musicales comerciales, aunque los equipos más actuales reproducen otro tipo de archivos como los MP3.

5.4.

FLAC (Free Lossless Audio Codec) Se trata de un novedoso formato de audio comprimido sin perdidas. Gracias a su algoritmo libre permite comprimir un archivo de audio hasta la tercera parte del tamaño original y al mismo tiempo, mantener toda la información necesaria para poder restaurar los archivos de audio a su versión original. Para poder reproducir un archivo con extensión .flac en nuestro ordenador, debemos instalar el códec FLAC, aunque existen muchos programas que convierten FLAC a MP3. En los dispositivos móviles también aparecen aplicaciones capaces de reproducir este formato.

5.5.

MP3 es un formato de compresión de audio digital patentado que usa un algoritmo con pérdida para conseguir un menor tamaño de archivo. Es un formato de audio común usado para música tanto en ordenadores como en reproductores de audio portátil. la tecnología de compresión se basa en algoritmos matemáticos complejos y elimina la parte del sonido que el oído humano no es capaz de diferenciar. El resultado de esto son archivos que ocupan una doceava parte que su original wav y cuyas perdidas de calidad son imperceptibles para el odio humano.

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La importancia del MP3 radica en el escaso tamaño de sus archivos wav ha permitido su descarga por Internet, el almacenamiento de grandes cantidades de música en soportes portátiles y la posibilidad de volver a reconstruir el archivo wav original sin pérdidas aparentes. 5.6.

WMA

Windows

Media

Audio,

es

una

tecnología

de compresión

de

audio desarrollada por Microsoft. En nombre puede usarse para referirse al formato de archivo de audio o al códec de audio. Es software propietario que forma parte de Windows Media y está incluido en sus sistemas operativos. Este formato de audio compite directamente con el MP3 y ya se incluye en muchos reproductores domésticos y portátiles. Entre sus principales características destacan un amayor calidad que el MP3 en similares ratios de compresión y la información del autor anadida, que evita el tráfico ilegal de música. 5.7.

AAC

(Advanced

Audio

Coding)

es

un

formato informático de señal

digital audio basado en un algoritmo de compresión con pérdida, un proceso por el que se eliminan algunos de los datos de audio para poder obtener el mayor grado de compresión posible, resultando en un archivo de salida que suena lo más parecido posible al original. Es de los mismos desarrolladores del MP3 Debido a su excepcional rendimiento y la calidad, la codificación de audio avanzada (AAC) se encuentra en el núcleo del MPEG-4, 3GPP y 3GPP2, y es el códec de audio de elección para Internet, conexiones inalámbricas y de radio difusión digital. Este formato AAC ha sido elegido por Apple como formato principal para los iPods y para su software iTunes. También es utilizado en otras aplicaciones por Ahead Nero, Winamp y Nintendo DSi. Su rendimiento es mayor que el de los archivos MP3, puesto que tienen un menor peso de archivos con mayor calidad y admite hasta 48 pistas de audio en lugar de las dos pistas del estéreo. Se puede presentar en archivos con distintas extensiones como .m4p, .m4a y .m4v 5.8.

OGG VORBIS. Es un códec o algoritmo de compresión de audio con pérdidas que se incluye en el formato OGG de vídeo. Fue desarrollado por la Fundación Wip.org y al igual que todos los productos de esta fundación tiene carácter libre y gratuito. Supera en calidad a los mencionados anteriormente, 11 de 12

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pero no está introducido en la electrónica de consumo. Este formato es el utilizado por las principales plataformas de reproducción de música on-line, como Spotify o Jamendo. 5.9.

REAL AUDIO (RM). Es un formato de audio utilizado para la reproducción en tiempo real desde Internet. El archivo reproducido no es descargado completamente

en

el

ordenador

cliente,

sino

que

descarga

un

direccionamiento a la localización del archivo en el servidor. Para poder reproducir el archivo se debe tener instalado el reproductor RealPlayer y conexión en red con el servidor de la música.

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