Principios del sonido digital

Principios del sonido digital Principios del sonido digital  PUOC FUOC Módulo 2: Principios del sonido digital 3 Índice PUOC  FUOC Módulo 2:

0 downloads 205 Views 688KB Size

Recommend Stories


Sonido. Origen del sonido
C A P Í T U L O 2 0 Sonido Chris Chiaverina, ex presidente de la Asociación Estadounidense de Profesores de Física, y el físico en acústica Tom Ros

Manual del usuario. Medidor digital de nivel de sonido. Modelo
Manual del usuario Medidor digital de nivel de sonido Modelo 407768 Introducción Felicitaciones por su compra del medidor de nivel de sonido modelo

Procesado digital de imagen y sonido
eman ta zabal zazu Universidad del País Vasco Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores upv ehu Procesado digital de imagen y sonid

FÍSICA DEL SONIDO Sonido Física del sonido Psicoacústica
FÍSICA DEL SONIDO Sonido El sonido es la sensación producida en el oído por la vibración de un objeto transmitida a través de un medio elástico. El m

Story Transcript

Principios del sonido digital

Principios del sonido digital

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

3

Índice

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

3

Índice

Etapa 1: Introducción al sonido digital............................................................ El sonido analógico. Transductores ..................................................................

5 5

Etapa 1: Introducción al sonido digital............................................................ El sonido analógico. Transductores ..................................................................

5 5

Grabación analógica del sonido ........................................................................

6

Grabación analógica del sonido ........................................................................

6

La calidad del sonido analógico................................................................................

7

La calidad del sonido analógico................................................................................

7

El sonido digital. Introducción ..........................................................................

7

El sonido digital. Introducción ..........................................................................

7

Comparación del sonido con la imagen digital ..............................................

8

Comparación del sonido con la imagen digital ..............................................

8

Etapa 2: Muestreo en frecuencia....................................................................... 10

Etapa 2: Muestreo en frecuencia....................................................................... 10

Frecuencia de muestreo ...................................................................................... 10

Frecuencia de muestreo ...................................................................................... 10

Teorema de Nyquist ............................................................................................ 11

Teorema de Nyquist ............................................................................................ 11

Muestreo con frecuencias inferiores a 44.100 Hz........................................... 12

Muestreo con frecuencias inferiores a 44.100 Hz........................................... 12

Visualización de los componentes frecuenciales.

Visualización de los componentes frecuenciales.

Espectrograma de un sonido ............................................................................. 13

Espectrograma de un sonido ............................................................................. 13

¿Qué es un espectrograma sonoro? ......................................................................... 14

¿Qué es un espectrograma sonoro? ......................................................................... 14

¿Cómo interpretar un espectrograma sonoro? ......................................................... 15

¿Cómo interpretar un espectrograma sonoro? ......................................................... 15

¿Cómo obtener representaciones espectrales en Sound Forge? ................................ 15

¿Cómo obtener representaciones espectrales en Sound Forge? ................................ 15

El Aliasing ............................................................................................................. 16

El Aliasing ............................................................................................................. 16

Filtrado Anti Aliasing .......................................................................................... 17

Filtrado Anti Aliasing .......................................................................................... 17

Filtrado paso-bajo en la grabación digital ...................................................... 18

Filtrado paso-bajo en la grabación digital ...................................................... 18

Muestreo con frecuencias superiores a 44.100 Hz ......................................... 19

Muestreo con frecuencias superiores a 44.100 Hz ......................................... 19

Etapa 3: Cuantificación....................................................................................... 20

Etapa 3: Cuantificación....................................................................................... 20

Número de bits y resolución .............................................................................. 20

Número de bits y resolución .............................................................................. 20

Error de cuantificación ....................................................................................... 21

Error de cuantificación ....................................................................................... 21

Bits y rango dinámico ......................................................................................... 21

Bits y rango dinámico ......................................................................................... 21

Algunas consideraciones adicionales sobre los 16 bits .............................................. 23

Algunas consideraciones adicionales sobre los 16 bits .............................................. 23

Los conversores A/D y D/A ................................................................................ 24

Los conversores A/D y D/A ................................................................................ 24

Saturación y distorsión ....................................................................................... 26

Saturación y distorsión ....................................................................................... 26

Saturación en la grabación ....................................................................................... 26

Saturación en la grabación ....................................................................................... 26

Saturación en la reproducción.................................................................................. 26

Saturación en la reproducción.................................................................................. 26

Sobremuestreo ..................................................................................................... 27

Sobremuestreo ..................................................................................................... 27

Etapa 4: Formatos................................................................................................ 28

Etapa 4: Formatos................................................................................................ 28

Tamaños en el audio digital............................................................................... 28

Tamaños en el audio digital............................................................................... 28

¿Cuánto ocupa un segundo de sonido digital estéreo de 16 bits y 44.100 Hz?......... 28

¿Cuánto ocupa un segundo de sonido digital estéreo de 16 bits y 44.100 Hz?......... 28

¿Qué calidad seleccionar? .................................................................................. 29

¿Qué calidad seleccionar? .................................................................................. 29

Formatos de sonido digital ................................................................................ 30

Formatos de sonido digital ................................................................................ 30

Compresión de ficheros de audio...................................................................... 31

Compresión de ficheros de audio...................................................................... 31

La compresión MP3 ............................................................................................. 32

La compresión MP3 ............................................................................................. 32

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

4

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

4

Compresión y descompresión .................................................................................. 33

Compresión y descompresión .................................................................................. 33

Calidad y bit ratio .................................................................................................... 33

Calidad y bit ratio .................................................................................................... 33

Etapa 5: Historia del audio digital .................................................................... 35

Etapa 5: Historia del audio digital .................................................................... 35

Grabación y generación digital de sonido....................................................... 35

Grabación y generación digital de sonido....................................................... 35

Los ordenadores y el audio digital.................................................................... 35

Los ordenadores y el audio digital.................................................................... 35

Audio digital para las masas ..................................................................................... 36

Audio digital para las masas ..................................................................................... 36

Autoevaluación .................................................................................................... 38

Autoevaluación .................................................................................................... 38

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

5

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

5

Etapa 1: Introducción al sonido digital Etapa 1:

Etapa 1: Introducción al sonido digital Etapa 1:

El sonido analógico. Transductores

El sonido analógico. Transductores

Antes de proceder a estudiar en profundidad el sonido digital, comentaremos

Antes de proceder a estudiar en profundidad el sonido digital, comentaremos

brevemente algunas características de su “antecesor tecnológico”, el sonido

brevemente algunas características de su “antecesor tecnológico”, el sonido

analógico, y es que, hasta la aparición de los ordenadores, el sonido se grababa

analógico, y es que, hasta la aparición de los ordenadores, el sonido se grababa

siempre de forma analógica. Sin embargo, ¿qué significa exactamente este término?

siempre de forma analógica. Sin embargo, ¿qué significa exactamente este término?

El término analógico se utiliza actualmente en contraposición a digital,

El término analógico se utiliza actualmente en contraposición a digital,

especialmente en el campo del sonido, pero también en el de la imagen. Las

especialmente en el campo del sonido, pero también en el de la imagen. Las

señales analógicas son funciones de variables continuas (frecuentemente del

señales analógicas son funciones de variables continuas (frecuentemente del

voltaje) y se denominan así porque sus evoluciones temporales imitan (son

voltaje) y se denominan así porque sus evoluciones temporales imitan (son

una analogía de) las señales originales.

una analogía de) las señales originales.

La representación gráfica de un sonido grabado analógicamente tendrá la misma

La representación gráfica de un sonido grabado analógicamente tendrá la misma

forma que el sonido original, pero la curva indicará variaciones de voltaje, en lugar

forma que el sonido original, pero la curva indicará variaciones de voltaje, en lugar

de variaciones de presión de aire. Estas nuevas señales analógicas se obtienen por

de variaciones de presión de aire. Estas nuevas señales analógicas se obtienen por

medio de transductores.

medio de transductores.

Un transductor es un dispositivo capaz de convertir una magnitud física en otra.

Un transductor es un dispositivo capaz de convertir una magnitud física en otra.

Ejemplos de transductores

Ejemplos de transductores

El fotómetro de una cámara fotográfica automática

Convierte la intensidad luminosa en voltaje.

El ratón de un ordenador

Convierte los desplazamientos en x e y, en dos señales de voltaje.

Para ello, utiliza una fotorresistencia, es decir, una resistencia que varía en función de la luz que incide sobre ella.

Existen varias técnicas posibles, pero la más extendida utiliza dos pequeñas ruedas dentadas que se mueven junto con la “bola” del ratón, y que dejan pasar una señal luminosa a intervalos regulares. De esta forma, el número de pasos o impulsos luminosos registrados en uno u otro sentido de giro es proporcional a la distancia recorrida.

El fotómetro de una cámara fotográfica automática

Convierte la intensidad luminosa en voltaje.

El ratón de un ordenador

Convierte los desplazamientos en x e y, en dos señales de voltaje.

Para ello, utiliza una fotorresistencia, es decir, una resistencia que varía en función de la luz que incide sobre ella.

Existen varias técnicas posibles, pero la más extendida utiliza dos pequeñas ruedas dentadas que se mueven junto con la “bola” del ratón, y que dejan pasar una señal luminosa a intervalos regulares. De esta forma, el número de pasos o impulsos luminosos registrados en uno u otro sentido de giro es proporcional a la distancia recorrida.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

6

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

6

Grabación analógica del sonido

Grabación analógica del sonido

El micrófono convierte la variación de la presión de aire ejercida sobre su membrana

El micrófono convierte la variación de la presión de aire ejercida sobre su membrana

en una señal de voltaje variable en el tiempo.

en una señal de voltaje variable en el tiempo.

La variación de este voltaje se puede grabar analógicamente utilizando diferentes

La variación de este voltaje se puede grabar analógicamente utilizando diferentes

tecnologías, sobre una cinta magnética o en los surcos de un disco de vinilo.

tecnologías, sobre una cinta magnética o en los surcos de un disco de vinilo.

En el caso del disco de vinilo, por ejemplo, los surcos dibujan, sobre la espiral del

En el caso del disco de vinilo, por ejemplo, los surcos dibujan, sobre la espiral del

disco, trayectorias que reproducen las formas (son una analogía) de la señal original.

disco, trayectorias que reproducen las formas (son una analogía) de la señal original.

Cuando deseamos reproducir el sonido, la señal eléctrica generada por el cabezal de

Cuando deseamos reproducir el sonido, la señal eléctrica generada por el cabezal de

la pletina o la aguja del tocadiscos se amplifica y envía a los altavoces, donde un

la pletina o la aguja del tocadiscos se amplifica y envía a los altavoces, donde un

nuevo transductor la convierte en un campo magnético capaz de desplazar y de

nuevo transductor la convierte en un campo magnético capaz de desplazar y de

hacer que oscilen (con las frecuencias originales) los conos de papel de los altavoces.

hacer que oscilen (con las frecuencias originales) los conos de papel de los altavoces.

El micrófono y los altavoces son los dos transductores básicos utilizados en la

El micrófono y los altavoces son los dos transductores básicos utilizados en la

grabación y reproducción del sonido

grabación y reproducción del sonido

Y no son los únicos, pues también lo son los cabezales de un magnetófono o de una

Y no son los únicos, pues también lo son los cabezales de un magnetófono o de una

pletina de casetes, o la aguja y la cápsula de un plato tocadiscos, pero conviene

pletina de casetes, o la aguja y la cápsula de un plato tocadiscos, pero conviene

resaltar que, aunque la grabación se realice digitalmente, tal como se estudiará a

resaltar que, aunque la grabación se realice digitalmente, tal como se estudiará a

continuación, las transducciones analógicas en el micrófono y en los altavoces se

continuación, las transducciones analógicas en el micrófono y en los altavoces se

seguirán llevando a cabo inevitablemente.

seguirán llevando a cabo inevitablemente.

En la figura se esquematizan los dos procesos de grabación alternativos (analógico y

En la figura se esquematizan los dos procesos de grabación alternativos (analógico y

digital).

digital).

Esquema simplificado de los procesos de grabación analógica y digital

Esquema simplificado de los procesos de grabación analógica y digital

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

7

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

7

La calidad del sonido analógico

La calidad del sonido analógico

Al contrario de lo que opina la mayoría, una grabación analógica no tiene porqué

Al contrario de lo que opina la mayoría, una grabación analógica no tiene porqué

sonar peor que una grabación digital (en condiciones óptimas suena, de hecho,

sonar peor que una grabación digital (en condiciones óptimas suena, de hecho,

mejor). Sus inconvenientes radican en que:

mejor). Sus inconvenientes radican en que:





la señal analógica se degrada mucho más rápidamente (las cintas magnéticas se desmagnetizan, y tanto las agujas como los surcos en el vinilo se desgastan);



en cada nueva generación se produce una pequeña pero inevitable pérdida, de

la señal analógica se degrada mucho más rápidamente (las cintas magnéticas se desmagnetizan, y tanto las agujas como los surcos en el vinilo se desgastan);



en cada nueva generación se produce una pequeña pero inevitable pérdida, de

forma que, a cada nueva copia, la señal se parece cada vez menos a la original.

forma que, a cada nueva copia, la señal se parece cada vez menos a la original.

Por estas razones, el sonido digital ha tomado definitivamente el relevo del

Por estas razones, el sonido digital ha tomado definitivamente el relevo del

analógico. En éste y los siguientes módulos se estudiará por qué y cómo el sonido

analógico. En éste y los siguientes módulos se estudiará por qué y cómo el sonido

digital aporta un sinfín de nuevas y excitantes posibilidades en la producción,

digital aporta un sinfín de nuevas y excitantes posibilidades en la producción,

manipulación, creación y experimentación sonoras.

manipulación, creación y experimentación sonoras.

El sonido digital. Introducción

El sonido digital. Introducción

El principio fundamental del audio digital consiste en discretizar las señales sonoras

El principio fundamental del audio digital consiste en discretizar las señales sonoras

continuas (como las captadas por un micrófono) para convertirlas en secuencias de

continuas (como las captadas por un micrófono) para convertirlas en secuencias de

números.

números.

La discretización de estas señales se lleva a cabo en dos escalas diferentes, la temporal

La discretización de estas señales se lleva a cabo en dos escalas diferentes, la temporal

y la de la amplitud.

y la de la amplitud.

En la siguiente figura se muestra una señal continua, discretizada sólo en el tiempo

En la siguiente figura se muestra una señal continua, discretizada sólo en el tiempo

(cuadros oscuros) y conjuntamente en el tiempo y en la amplitud (puntos claros), de

(cuadros oscuros) y conjuntamente en el tiempo y en la amplitud (puntos claros), de

forma que sólo pueda tomar valores situados sobre las líneas. Se intuye que cuanto

forma que sólo pueda tomar valores situados sobre las líneas. Se intuye que cuanto

menor sea el tamaño de la cuadrícula, mayor similitud existirá entre la señal original

menor sea el tamaño de la cuadrícula, mayor similitud existirá entre la señal original

y la señal digitalizada.

y la señal digitalizada.

Señal continua discretizada en el tiempo y en tiempo y amplitud

Señal continua discretizada en el tiempo y en tiempo y amplitud

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

8

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

8

Comparación del sonido con la imagen digital

Comparación del sonido con la imagen digital

Para aclarar algunos conceptos, haremos una analogía con el cine y el vídeo digital.

Para aclarar algunos conceptos, haremos una analogía con el cine y el vídeo digital.

En ambos medios, existe una discretización temporal (incluso en el caso del cine, que

En ambos medios, existe una discretización temporal (incluso en el caso del cine, que

no es un medio digital). En el cine, la unidad de discretización temporal es el

no es un medio digital). En el cine, la unidad de discretización temporal es el

fotograma (24 fotogramas/segundo), mientras que en el vídeo esta unidad se suele

fotograma (24 fotogramas/segundo), mientras que en el vídeo esta unidad se suele

denominar con el término inglés frame (dependiendo del sistema, este valor suele ser

denominar con el término inglés frame (dependiendo del sistema, este valor suele ser

de 25 ó 30 frames/segundo). Esto correspondería, en el audio, a la discretización

de 25 ó 30 frames/segundo). Esto correspondería, en el audio, a la discretización

temporal.

temporal.

Sin embargo, en el caso del vídeo digital se producen dos discretizaciones

Sin embargo, en el caso del vídeo digital se producen dos discretizaciones

adicionales. La segunda convierte cada frame en una matriz de puntos (por

adicionales. La segunda convierte cada frame en una matriz de puntos (por

ejemplo, 800 × 600), y la tercera asigna un número (de entre un conjunto finito

ejemplo, 800 × 600), y la tercera asigna un número (de entre un conjunto finito

de valores) a cada punto, de forma que cada uno de estos números corresponde

de valores) a cada punto, de forma que cada uno de estos números corresponde

a un color y un brillo determinado.

a un color y un brillo determinado.

Es obvio que cuantos más puntos apliquemos, y cuantos más números utilicemos

Es obvio que cuantos más puntos apliquemos, y cuantos más números utilicemos

para cada punto, mayor será la similitud entre la señal analógica original y la señal

para cada punto, mayor será la similitud entre la señal analógica original y la señal

digitalizada. Si disponemos de pocos puntos, la imagen aparecerá cuadriculada

digitalizada. Si disponemos de pocos puntos, la imagen aparecerá cuadriculada

(pixelada), y si el número de valores posibles para cada punto es pequeño,

(pixelada), y si el número de valores posibles para cada punto es pequeño,

perderemos matices en los colores (o en los niveles de grises) y en los brillos. En la

perderemos matices en los colores (o en los niveles de grises) y en los brillos. En la

siguiente figura se muestran estos casos.

siguiente figura se muestran estos casos. Ejemplos de imágenes deficientemente digitalizadas

Ejemplos de imágenes deficientemente digitalizadas

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

9

A continuación veremos que algo parecido sucede con el sonido. En primer lugar,

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

9

A continuación veremos que algo parecido sucede con el sonido. En primer lugar,

será necesario realizar una discretización temporal denominada muestreo, y, a

será necesario realizar una discretización temporal denominada muestreo, y, a

continuación, discretizar de nuevo estos valores muestreados en un proceso

continuación, discretizar de nuevo estos valores muestreados en un proceso

denominado cuantificación. En la siguiente figura se representa el proceso

denominado cuantificación. En la siguiente figura se representa el proceso

completo, que nosotros estudiaremos con detalle en las dos etapas “Muestreo en

completo, que nosotros estudiaremos con detalle en las dos etapas “Muestreo en

frecuencia” y “Cuantificación”.

frecuencia” y “Cuantificación”. Esquema del proceso de digitalización de sonido

Esquema del proceso de digitalización de sonido

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

10

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

10

Etapa 2: Muestreo en frecuencia Etapa 2:

Etapa 2: Muestreo en frecuencia Etapa 2:

Frecuencia de muestreo

Frecuencia de muestreo

Hasta ahora hemos utilizado el verbo discretizar para referirnos a la acción de tomar

Hasta ahora hemos utilizado el verbo discretizar para referirnos a la acción de tomar

valores discretos de una señal continua.

valores discretos de una señal continua.

De forma más precisa, se utiliza el verbo muestrear (y el sustantivo muestreo,

De forma más precisa, se utiliza el verbo muestrear (y el sustantivo muestreo,

equivalentes de los términos ingleses to sample / sampling) para indicar la acción de

equivalentes de los términos ingleses to sample / sampling) para indicar la acción de

tomar muestras a intervalos de tiempo regulares. Para digitalizar un sonido es, pues,

tomar muestras a intervalos de tiempo regulares. Para digitalizar un sonido es, pues,

necesario muestrearlo, pero ¿con qué frecuencia o regularidad?

necesario muestrearlo, pero ¿con qué frecuencia o regularidad?

Muestrear significa tomar muestras o valores a intervalos de tiempo regulares.

Muestrear significa tomar muestras o valores a intervalos de tiempo regulares.

En la etapa “Introducción al sonido digital” se comenta que para la imagen animada,

En la etapa “Introducción al sonido digital” se comenta que para la imagen animada,

la frecuencia de muestreo suele estar entre los 24 y los 30 fotogramas por segundo.

la frecuencia de muestreo suele estar entre los 24 y los 30 fotogramas por segundo.

Con esta frecuencia se consigue engañar a la retina y al cerebro, haciéndoles creer

Con esta frecuencia se consigue engañar a la retina y al cerebro, haciéndoles creer

que lo que reciben no son imágenes discontinuas, sino un flujo continuo de luz,

que lo que reciben no son imágenes discontinuas, sino un flujo continuo de luz,

pero, como veremos, estos valores son totalmente insuficientes en el caso del sonido.

pero, como veremos, estos valores son totalmente insuficientes en el caso del sonido.

Para comprender este fenómeno se puede estudiar la siguiente figura que representa

Para comprender este fenómeno se puede estudiar la siguiente figura que representa

con trazo continuo una señal sinusoidal de 30 Hz, y con trazo discontinuo, el

con trazo continuo una señal sinusoidal de 30 Hz, y con trazo discontinuo, el

resultado de muestrearla con una frecuencia insuficiente.

resultado de muestrearla con una frecuencia insuficiente.

Señal continua muestreada con una frecuencia insuficiente

Señal continua muestreada con una frecuencia insuficiente

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

11

PUOC  FUOC

Muestreo con frecuencia insuficiente

Módulo 2: Principios del sonido digital

11

Muestreo con frecuencia insuficiente

¿Cómo se puede comprobar visualmente que la frecuencia es efectivamente de 30 Hz?

Si se observa con detalle la escala temporal de la figura, se puede comprobar que en 0,1 segundos se producen tres ciclos completos de la onda. Mediante una sencilla regla de tres se puede, por tanto, deducir que en 1 segundo se producirán 30 ciclos completos.

¿Cómo se puede comprobar visualmente que la frecuencia es efectivamente de 30 Hz?

Si se observa con detalle la escala temporal de la figura, se puede comprobar que en 0,1 segundos se producen tres ciclos completos de la onda. Mediante una sencilla regla de tres se puede, por tanto, deducir que en 1 segundo se producirán 30 ciclos completos.

¿Cuál es la frecuencia de muestreo de la figura (cuadrados blancos)?

Se están tomando 2 valores en cada décima de segundo, por lo que la frecuencia de muestreo es de 20 Hz.

¿Cuál es la frecuencia de muestreo de la figura (cuadrados blancos)?

Se están tomando 2 valores en cada décima de segundo, por lo que la frecuencia de muestreo es de 20 Hz.

¿Qué ocurre cuando muestreamos una señal de 30 Hz con una frecuencia de muestreo de 20 Hz? ¿Cuál es la frecuencia de la señal resultante?

En este caso, estaremos tomando 20 valores de la onda original por segundo, es decir, un valor cada 0,05 segundos, lo que corresponde a los seis cuadros blancos de la figura.

¿Qué ocurre cuando muestreamos una señal de 30 Hz con una frecuencia de muestreo de 20 Hz? ¿Cuál es la frecuencia de la señal resultante?

En este caso, estaremos tomando 20 valores de la onda original por segundo, es decir, un valor cada 0,05 segundos, lo que corresponde a los seis cuadros blancos de la figura.

La nueva señal obtenida juntando estos puntos muestreados, que se representa en la figura mediante un trazo discontinuo, tiene un periodo aparente de 0,1 segundos, es decir, ¡una frecuencia de 10 Hz!, lo cual no se corresponde en absoluto con la señal original.

La nueva señal obtenida juntando estos puntos muestreados, que se representa en la figura mediante un trazo discontinuo, tiene un periodo aparente de 0,1 segundos, es decir, ¡una frecuencia de 10 Hz!, lo cual no se corresponde en absoluto con la señal original.

¿Podríais describir un fenómeno comparable, debido al submuestreo, en el caso de la imagen en movimiento?

Un ejemplo típico es el del movimiento aparente de los radios de las ruedas de los carros o los coches, en las películas. A veces se observa que los radios avanzan lentamente o incluso que retroceden. Esto es debido a que la frecuencia de muestreo del cine (24 fotogramas/segundo) no es suficiente para mostrar la frecuencia de rotación de la rueda.

¿Podríais describir un fenómeno comparable, debido al submuestreo, en el caso de la imagen en movimiento?

Un ejemplo típico es el del movimiento aparente de los radios de las ruedas de los carros o los coches, en las películas. A veces se observa que los radios avanzan lentamente o incluso que retroceden. Esto es debido a que la frecuencia de muestreo del cine (24 fotogramas/segundo) no es suficiente para mostrar la frecuencia de rotación de la rueda.

¿Cuál debería ser, pues, la mínima frecuencia de muestreo correcta, en el ejemplo anterior?

En el caso de la rueda, intuitivamente se puede entender que sólo se mostrará el movimiento de forma correcta si, entre un fotograma y el siguiente, el desplazamiento angular de cada radio es menor al ángulo entre radios. En caso contrario, el movimiento grabado aparente no coincidirá con el real. Algo muy similar, aunque tal vez menos intuitivo, sucede con el sonido.

¿Cuál debería ser, pues, la mínima frecuencia de muestreo correcta, en el ejemplo anterior?

En el caso de la rueda, intuitivamente se puede entender que sólo se mostrará el movimiento de forma correcta si, entre un fotograma y el siguiente, el desplazamiento angular de cada radio es menor al ángulo entre radios. En caso contrario, el movimiento grabado aparente no coincidirá con el real. Algo muy similar, aunque tal vez menos intuitivo, sucede con el sonido.

Teorema de Nyquist

Teorema de Nyquist

El Teorema de Nyquist o teorema del muestreo afirma que:

El Teorema de Nyquist o teorema del muestreo afirma que:

para muestrear correctamente una señal periódica de cualquier frecuencia, se

para muestrear correctamente una señal periódica de cualquier frecuencia, se

requiere como mínimo una frecuencia de muestreo doble.

requiere como mínimo una frecuencia de muestreo doble.

Dicho de otra forma,

Dicho de otra forma,

cualquier señal digitalizada sólo puede representar correctamente frecuencias

cualquier señal digitalizada sólo puede representar correctamente frecuencias

inferiores a la mitad de la frecuencia de muestreo. Esta frecuencia mitad se denomina

inferiores a la mitad de la frecuencia de muestreo. Esta frecuencia mitad se denomina

frecuencia de Nyquist.

frecuencia de Nyquist.

En el ejemplo del apartado “Frecuencia de muestreo” hubiésemos necesitado, por lo

En el ejemplo del apartado “Frecuencia de muestreo” hubiésemos necesitado, por lo

tanto, una frecuencia mínima de 60 Hz para muestrear correctamente la señal

tanto, una frecuencia mínima de 60 Hz para muestrear correctamente la señal

original, ya que ésta tenía 30 Hz.

original, ya que ésta tenía 30 Hz.

En el siguiente gráfico se puede comprobar el efecto de muestrear una señal con dos

En el siguiente gráfico se puede comprobar el efecto de muestrear una señal con dos

diferentes frecuencias de muestreo. En el primer caso, la frecuencia es claramente

diferentes frecuencias de muestreo. En el primer caso, la frecuencia es claramente

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

12

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

12

insuficiente, ya que se pierde la información y no se consigue reconstruir

insuficiente, ya que se pierde la información y no se consigue reconstruir

correctamente la señal original.

correctamente la señal original.

Señal muestreada a dos frecuencias diferentes

Señal muestreada a dos frecuencias diferentes

Muestreo con frecuencias inferiores a 44.100 Hz

Muestreo con frecuencias inferiores a 44.100 Hz

Muestrear a 44.100 Hz significa tomar 44.100 muestras del sonido cada segundo, lo

Muestrear a 44.100 Hz significa tomar 44.100 muestras del sonido cada segundo, lo

que para sonidos largos puede llegar a significar una considerable cantidad de

que para sonidos largos puede llegar a significar una considerable cantidad de

memoria o de espacio en el disco duro. Por ello, en aplicaciones no estrictamente

memoria o de espacio en el disco duro. Por ello, en aplicaciones no estrictamente

musicales en las que la calidad ya no es lo primordial, es frecuente almacenar los

musicales en las que la calidad ya no es lo primordial, es frecuente almacenar los

sonidos con frecuencias inferiores, para ahorrar espacio.

sonidos con frecuencias inferiores, para ahorrar espacio.

En un sonido con una frecuencia de muestreo de, por ejemplo, 20.000 Hz, sólo se

En un sonido con una frecuencia de muestreo de, por ejemplo, 20.000 Hz, sólo se

podrán representar correctamente los componentes frecuenciales situados por

podrán representar correctamente los componentes frecuenciales situados por

debajo de los 10.000 Hz (la mitad de la frecuencia de muestreo).

debajo de los 10.000 Hz (la mitad de la frecuencia de muestreo).

Para las aplicaciones que no precisen la máxima fidelidad, esto es más que suficiente.

Para las aplicaciones que no precisen la máxima fidelidad, esto es más que suficiente.

El sonido resultante será un poco menos brillante, pero se parecerá todavía bastante

El sonido resultante será un poco menos brillante, pero se parecerá todavía bastante

al original, pues la zona frecuencial con mayor energía suele estar aproximadamente

al original, pues la zona frecuencial con mayor energía suele estar aproximadamente

entre los 1.000 y los 3.000 Hz.

entre los 1.000 y los 3.000 Hz.

En las versiones CD y web pueden apreciarse ejemplos ilustrativos.

En las versiones CD y web pueden apreciarse ejemplos ilustrativos.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

13

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

13

Visualización de los componentes frecuenciales. Espectrograma de un sonido

Visualización de los componentes frecuenciales. Espectrograma de un sonido

Las variaciones producidas en un sonido aplicando diferentes frecuencias de muestreo

Las variaciones producidas en un sonido aplicando diferentes frecuencias de muestreo

pueden comprobarse también visualmente, estudiando sus análisis espectrales. Los

pueden comprobarse también visualmente, estudiando sus análisis espectrales. Los

siguientes espectros, que representan respectivamente los dos sonidos (batería y saxo)

siguientes espectros, que representan respectivamente los dos sonidos (batería y saxo)

estudiados en el apartado “Muestreo con frecuencias inferiores a 44.000 Hz”, se han

estudiados en el apartado “Muestreo con frecuencias inferiores a 44.000 Hz”, se han

obtenido mediante la herramienta Spectrum Analysis, disponible en el menú Tools

obtenido mediante la herramienta Spectrum Analysis, disponible en el menú Tools

del programa Sound Forge.

del programa Sound Forge.

Espectro del sonido de batería escuchado en el anterior apartado (a 44.100 Hz)

Espectro del sonido de batería escuchado en el anterior apartado (a 44.100 Hz)

Espectro del sonido de saxo escuchado en el anterior apartado (a 44.100 Hz)

Espectro del sonido de saxo escuchado en el anterior apartado (a 44.100 Hz)



El eje horizontal representa el tiempo (desde el inicio hasta el final del sonido).



El eje horizontal representa el tiempo (desde el inicio hasta el final del sonido).



El eje vertical la frecuencia (de 0 a 22.050 Hz, que es la frecuencia de Nyquist).



El eje vertical la frecuencia (de 0 a 22.050 Hz, que es la frecuencia de Nyquist).

 PUOC FUOC



Módulo 2: Principios del sonido digital

14

Los colores representan el nivel de amplitud en función de la frecuencia y del

PUOC  FUOC



tiempo.

Módulo 2: Principios del sonido digital

Los colores representan el nivel de amplitud en función de la frecuencia y del tiempo.

¿Qué es un espectrograma sonoro?

¿Qué es un espectrograma sonoro?









Cuando visualizamos un sonido cualquiera desde un programa editor gráfico de

audio, como Sound Forge, lo que aparece es la variación de la presión o intensidad

sonora en el tiempo. Es lo que se denomina representación en el dominio temporal.

sonora en el tiempo. Es lo que se denomina representación en el dominio temporal.

Sin embargo, cuando visualizamos el espectrograma de un sonido, obtenido a



Sin embargo, cuando visualizamos el espectrograma de un sonido, obtenido a

partir de la transformación de Fourier, lo que se muestra es la evolución temporal

partir de la transformación de Fourier, lo que se muestra es la evolución temporal

de las diversas frecuencias que integran este sonido. Dado que se trata de una

de las diversas frecuencias que integran este sonido. Dado que se trata de una

representación tridimensional (en lugar de la bidimensional del caso anterior) en

representación tridimensional (en lugar de la bidimensional del caso anterior) en

la que se deben representar simultáneamente tiempo, frecuencia y amplitud, esta

la que se deben representar simultáneamente tiempo, frecuencia y amplitud, esta

visualización puede llevarse a cabo de varias formas. Las dos más frecuentes son:

visualización puede llevarse a cabo de varias formas. Las dos más frecuentes son:

Utilizando colores (o valores de grises) diferentes para mostrar las diferentes



Recreando una visualización tridimensional, tal como se muestra en la siguiente

Utilizando colores (o valores de grises) diferentes para mostrar las diferentes intensidades de frecuencia. Ésta es la estrategia que utiliza Sound Forge.



figura.

Recreando una visualización tridimensional, tal como se muestra en la siguiente figura.

Representación tridimensional del espectro del mismo sonido de batería a 44.100 Hz



Cuando visualizamos un sonido cualquiera desde un programa editor gráfico de

audio, como Sound Forge, lo que aparece es la variación de la presión o intensidad

intensidades de frecuencia. Ésta es la estrategia que utiliza Sound Forge. •

14

Sobre el eje horizontal se representan las frecuencias (desde 0 a la frecuencia de

Representación tridimensional del espectro del mismo sonido de batería a 44.100 Hz



Nyquist, que en este caso vale 22.050 Hz).

Sobre el eje horizontal se representan las frecuencias (desde 0 a la frecuencia de Nyquist, que en este caso vale 22.050 Hz).



Sobre el eje diagonal se representa el tiempo (en milisegundos).



Sobre el eje diagonal se representa el tiempo (en milisegundos).



Sobre el eje vertical se representa la amplitud.



Sobre el eje vertical se representa la amplitud.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

15

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

15

¿Cómo interpretar un espectrograma sonoro?

¿Cómo interpretar un espectrograma sonoro?

Aunque sus aspectos sean muy diferentes, los dos tipos de espectrogramas muestran

Aunque sus aspectos sean muy diferentes, los dos tipos de espectrogramas muestran

la misma información, es decir, la evolución de la intensidad para todo el rango

la misma información, es decir, la evolución de la intensidad para todo el rango

de frecuencia, a lo largo de toda la duración del sonido. Estudiando cualquiera de

de frecuencia, a lo largo de toda la duración del sonido. Estudiando cualquiera de

los dos espectrogramas (aunque la información se ve más claramente en el

los dos espectrogramas (aunque la información se ve más claramente en el

espectrograma “de colores”) del sonido de batería, se puede detectar por ejemplo:

espectrograma “de colores”) del sonido de batería, se puede detectar por ejemplo:

El sonido de batería

El sonido de batería

El sonido se compone de 6 “golpes” separados, con breves silencios entre ellos.

Tenemos 6 “columnas” verdes o rojas separadas por zonas azules.

El sonido se compone de 6 “golpes” separados, con breves silencios entre ellos.

Tenemos 6 “columnas” verdes o rojas separadas por zonas azules.

El primer golpe es el más intenso y también el más grave.

Es el que tiene más rojo.

El primer golpe es el más intenso y también el más grave.

Es el que tiene más rojo.

El segundo es el menos intenso y tan sólo tiene componentes muy agudos.

Tan sólo tiene un pequeño punto rojo, y el verde se sitúa en la zona de altas frecuencias, por encima de otras “columnas” o golpes.

El segundo es el menos intenso y tan sólo tiene componentes muy agudos.

Tan sólo tiene un pequeño punto rojo, y el verde se sitúa en la zona de altas frecuencias, por encima de otras “columnas” o golpes.

El quinto golpe también presenta componentes agudos intensos.

Tiene zonas verdes para las mismas frecuencias que el caso anterior.

El quinto golpe también presenta componentes agudos intensos.

Tiene zonas verdes para las mismas frecuencias que el caso anterior.

¿Cómo obtener representaciones espectrales en Sound Forge?

¿Cómo obtener representaciones espectrales en Sound Forge?

1. Abrir el fichero de sonido que se va a estudiar (y activar su ventana en el caso de

1. Abrir el fichero de sonido que se va a estudiar (y activar su ventana en el caso de

que tuviésemos varios ficheros abiertos).

que tuviésemos varios ficheros abiertos).

2. Si sólo quisiéramos analizar un fragmento del sonido, podemos seleccionar el

2. Si sólo quisiéramos analizar un fragmento del sonido, podemos seleccionar el

fragmento con el ratón.

fragmento con el ratón.

3. Abrir el menú Tools/Spectrum Analysis.

3. Abrir el menú Tools/Spectrum Analysis.

4. La visualización que aparece por defecto representa el promedio de la transformada

4. La visualización que aparece por defecto representa el promedio de la transformada

de Fourier (FFT) para todo el sonido. En esta representación no aparece el tiempo, sino

de Fourier (FFT) para todo el sonido. En esta representación no aparece el tiempo, sino

tan sólo los valores de la amplitud en función de la frecuencia, promediados para todo

tan sólo los valores de la amplitud en función de la frecuencia, promediados para todo

el sonido. Es lo que se denomina la representación en el dominio frecuencial (ya que el eje

el sonido. Es lo que se denomina la representación en el dominio frecuencial (ya que el eje

de abscisas que suele corresponder al tiempo corresponde aquí a las frecuencias).

de abscisas que suele corresponder al tiempo corresponde aquí a las frecuencias).

5. Abrir el menú Display/Sonogram (nos permite elegir entre la representación con

5. Abrir el menú Display/Sonogram (nos permite elegir entre la representación con

colores o con escala de grises).

colores o con escala de grises).

6. Display/Zoom to Range selecciona automáticamente la zona de frecuencias en

6. Display/Zoom to Range selecciona automáticamente la zona de frecuencias en

la que se concentra la energía, mientras que Display/Zoom Out Full muestra todo

la que se concentra la energía, mientras que Display/Zoom Out Full muestra todo

el rango de frecuencias.

el rango de frecuencias.

7. Con la barra deslizante horizontal situada debajo del gráfico, se puede ajustar la

7. Con la barra deslizante horizontal situada debajo del gráfico, se puede ajustar la

intensidad del color (o de la escala de grises) para visualizar mejor una zona determi-

intensidad del color (o de la escala de grises) para visualizar mejor una zona determi-

nada.

nada.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

16

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

Seleccionar esta opción para pasar de la representación en el dominio frecuencial al espectrograma.

16

Seleccionar esta opción para pasar de la representación en el dominio frecuencial al espectrograma.

El Aliasing

El Aliasing

Hemos podido comprobar que en algunos casos una reducción de la frecuencia de

Hemos podido comprobar que en algunos casos una reducción de la frecuencia de

muestreo puede ser perfectamente tolerable, aunque en sonidos muy agudos o

muestreo puede ser perfectamente tolerable, aunque en sonidos muy agudos o

brillantes, como por ejemplo los platillos de una batería, se producirá una inevitable

brillantes, como por ejemplo los platillos de una batería, se producirá una inevitable

pérdida de brillo.

pérdida de brillo.

En cualquier caso, para aplicar correctamente esta reducción de la frecuencia de

En cualquier caso, para aplicar correctamente esta reducción de la frecuencia de

muestreo y obtener los mejores resultados posibles, se deberán tener en cuenta unas

muestreo y obtener los mejores resultados posibles, se deberán tener en cuenta unas

consideraciones adicionales que se detallan a continuación.

consideraciones adicionales que se detallan a continuación.

En este gráfico (interactivo en las versiones web y CD) se muestra el efecto que puede

En este gráfico (interactivo en las versiones web y CD) se muestra el efecto que puede

producirse al utilizar una frecuencia de muestreo insuficiente. En los tres casos, la

producirse al utilizar una frecuencia de muestreo insuficiente. En los tres casos, la

frecuencia de muestreo se mantiene, pero varía la frecuencia de la señal que se debe

frecuencia de muestreo se mantiene, pero varía la frecuencia de la señal que se debe

muestrear.

muestrear.

En el primer caso la frecuencia de muestreo es más que suficiente para la frecuencia

En el primer caso la frecuencia de muestreo es más que suficiente para la frecuencia

de la señal que hay que muestrear, por lo que la señal se reconstruye sin ningún

de la señal que hay que muestrear, por lo que la señal se reconstruye sin ningún

problema.

problema.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

17

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

17

El segundo caso es crítico, ya que la frecuencia de la señal es igual a la mitad de la

El segundo caso es crítico, ya que la frecuencia de la señal es igual a la mitad de la

frecuencia de muestreo (e igual, por tanto, a la frecuencia límite de Nyquist). Se

frecuencia de muestreo (e igual, por tanto, a la frecuencia límite de Nyquist). Se

debería utilizar una frecuencia de muestreo superior.

debería utilizar una frecuencia de muestreo superior.

En el tercer caso la frecuencia de muestreo es claramente insuficiente, ya que es

En el tercer caso la frecuencia de muestreo es claramente insuficiente, ya que es

aproximadamente igual a la frecuencia de la señal que hay que muestrear. En este

aproximadamente igual a la frecuencia de la señal que hay que muestrear. En este

caso, la señal reconstruida muestra una frecuencia que nada tiene que ver con la

caso, la señal reconstruida muestra una frecuencia que nada tiene que ver con la

señal original.

señal original.

Tal como se demuestra gráficamente en el tercer caso, al muestrear con frecuencias

Tal como se demuestra gráficamente en el tercer caso, al muestrear con frecuencias

inferiores surgen frecuencias “fantasmas” que realmente nada tienen que ver con la

inferiores surgen frecuencias “fantasmas” que realmente nada tienen que ver con la

frecuencia original.

frecuencia original.

En este ejemplo hemos utilizado ondas sinusoidales para simplificar el

En este ejemplo hemos utilizado ondas sinusoidales para simplificar el

entendimiento de este principio. Cuando muestreamos sonidos reales (compuestos

entendimiento de este principio. Cuando muestreamos sonidos reales (compuestos

a partir de la superposición de muchas frecuencias diferentes) con una frecuencia de

a partir de la superposición de muchas frecuencias diferentes) con una frecuencia de

muestreo insuficiente, este fenómeno se produce con todos los armónicos más altos

muestreo insuficiente, este fenómeno se produce con todos los armónicos más altos

de este sonido (los que tengan una frecuencia superior a la de Nyquist).

de este sonido (los que tengan una frecuencia superior a la de Nyquist).

El resultado es que aparecen varias frecuencias “fantasmas” más graves que se

El resultado es que aparecen varias frecuencias “fantasmas” más graves que se

superponen y distorsionan el sonido muestreado. Este fenómeno recibe el nombre de

superponen y distorsionan el sonido muestreado. Este fenómeno recibe el nombre de

aliasing.

aliasing.

El aliasing se produce cuando la frecuencia de muestreo es insuficiente.

El aliasing se produce cuando la frecuencia de muestreo es insuficiente.

El aliasing “inventa” frecuencias que no se encuentran en el sonido original,

El aliasing “inventa” frecuencias que no se encuentran en el sonido original,

con valores aproximados a la diferencia entre la frecuencia original y la

con valores aproximados a la diferencia entre la frecuencia original y la

frecuencia de muestreo.

frecuencia de muestreo.

Filtrado Anti Aliasing

Filtrado Anti Aliasing

Para evitar el aliasing, cuando se desee muestrear a frecuencias inferiores a 44.100 Hz,

Para evitar el aliasing, cuando se desee muestrear a frecuencias inferiores a 44.100 Hz,

se debería filtrar previamente la señal entrante, eliminando todos sus valores por

se debería filtrar previamente la señal entrante, eliminando todos sus valores por

encima de la mitad de la frecuencia de muestreo o frecuencia de Nyquist. Es decir,

encima de la mitad de la frecuencia de muestreo o frecuencia de Nyquist. Es decir,

para muestrear correctamente a 20.000 Hz, se debería filtrar previamente la señal

para muestrear correctamente a 20.000 Hz, se debería filtrar previamente la señal

original, eliminando todos sus componentes situados por encima de 10.000 Hz.

original, eliminando todos sus componentes situados por encima de 10.000 Hz.

Esto no siempre es posible si no se dispone del hardware adecuado, ya que la mayoría

Esto no siempre es posible si no se dispone del hardware adecuado, ya que la mayoría

de tarjetas de sonido no profesionales no permite modificar la frecuencia de corte del

de tarjetas de sonido no profesionales no permite modificar la frecuencia de corte del

filtro de entrada.

filtro de entrada.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

18

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

18

Existe una solución para realizar todo este proceso por software consistente en:

Existe una solución para realizar todo este proceso por software consistente en:

• muestrear a 44.100 Hz;

• muestrear a 44.100 Hz;

• filtrar por software el sonido obtenido, a la mitad de la frecuencia deseada (p.ej.

• filtrar por software el sonido obtenido, a la mitad de la frecuencia deseada (p.ej.

10.000 Hz);

10.000 Hz);

• reconvertir por software el sonido a la frecuencia deseada (p.ej. 20.000 Hz).

• reconvertir por software el sonido a la frecuencia deseada (p.ej. 20.000 Hz).

Aunque este proceso pueda parecer algo complicado y engorroso, es la forma de

Aunque este proceso pueda parecer algo complicado y engorroso, es la forma de

obtener los mejores resultados. De hecho, los dos últimos pasos se pueden realizar de

obtener los mejores resultados. De hecho, los dos últimos pasos se pueden realizar de

forma automatizada en programas como Sound Forge, al aplicar la opción Resample

forma automatizada en programas como Sound Forge, al aplicar la opción Resample

(modificación de la frecuencia de muestreo), accesible desde el menú Tools.

(modificación de la frecuencia de muestreo), accesible desde el menú Tools.

La herramienta Resample, que permite modificar la frecuencia de muestreo de un

La herramienta Resample, que permite modificar la frecuencia de muestreo de un

sonido almacenado, presenta la opción de filtrar el sonido durante el proceso. Para

sonido almacenado, presenta la opción de filtrar el sonido durante el proceso. Para

ello basta con activar la opción Apply an anti-alias filter during resample (aplicar

ello basta con activar la opción Apply an anti-alias filter during resample (aplicar

filtro anti-alias durante el remuestreo).

filtro anti-alias durante el remuestreo).

Conviene indicar también que esta herramienta ofrece distintas posibles calidades

Conviene indicar también que esta herramienta ofrece distintas posibles calidades

para llevar a cabo la conversión (Interpolation accuracy). El valor por defecto es 2,

para llevar a cabo la conversión (Interpolation accuracy). El valor por defecto es 2,

más que suficiente para la mayoría de las necesidades. Si se deseara probar otras

más que suficiente para la mayoría de las necesidades. Si se deseara probar otras

calidades, se deberá tener en cuenta que a mayor calidad, más lento será el proceso

calidades, se deberá tener en cuenta que a mayor calidad, más lento será el proceso

de conversión.

de conversión.

Filtrado paso-bajo en la grabación digital

Filtrado paso-bajo en la grabación digital

Que el oído humano no pueda apreciar frecuencias por encima de los 20.000 Hz no

Que el oído humano no pueda apreciar frecuencias por encima de los 20.000 Hz no

significa necesariamente que éstas no existan. Por ello, este proceso de filtrado que

significa necesariamente que éstas no existan. Por ello, este proceso de filtrado que

en el apartado “Filtrado Anti Aliasing” hemos realizado por software también debe

en el apartado “Filtrado Anti Aliasing” hemos realizado por software también debe

llevarse a cabo aun cuando muestreemos a 44.100 Hz. Por esta razón, los dispositivos

llevarse a cabo aun cuando muestreemos a 44.100 Hz. Por esta razón, los dispositivos

de digitalización de sonido incorporan un filtro paso-bajo que recorta todas las

de digitalización de sonido incorporan un filtro paso-bajo que recorta todas las

frecuencias entrantes situadas por encima de los 22.050 Hz, antes de realizar la

frecuencias entrantes situadas por encima de los 22.050 Hz, antes de realizar la

digitalización.

digitalización.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

19

PUOC  FUOC

Un filtro paso-bajo es un filtro que sólo deja pasar las frecuencias por debajo de determinado valor, denominado frecuencia de corte. Los filtros se estudiarán con detalle en el módulo “Síntesis y generación digital del sonido”.

Módulo 2: Principios del sonido digital

19

Un filtro paso-bajo es un filtro que sólo deja pasar las frecuencias por debajo de determinado valor, denominado frecuencia de corte. Los filtros se estudiarán con detalle en el módulo “Síntesis y generación digital del sonido”.

Muestreo con frecuencias superiores a 44.100 Hz

Muestreo con frecuencias superiores a 44.100 Hz

Además de la frecuencia característica de 44.100 Hz utilizada en los discos compactos

Además de la frecuencia característica de 44.100 Hz utilizada en los discos compactos

y disponible en todas las tarjetas de sonido actuales, algunos dispositivos pueden

y disponible en todas las tarjetas de sonido actuales, algunos dispositivos pueden

trabajar también con frecuencias de muestreo superiores.

trabajar también con frecuencias de muestreo superiores.

Los sistemas DAT (Digital Audio Tape) de grabación digital en cinta permiten trabajar, por ejemplo, con frecuencias de 48.000 Hz, aunque esta prestación no estaba originalmente destinada a ofrecer una mayor calidad (la diferencia entre 44,1 KHz y 48 KHz



es muy pequeña para ser realmente apreciable), sino más bien a dificultar las copias digitales de discos compactos, en una época en que las prestaciones de los ordenadores todavía no ponían las cosas tan fáciles para la “piratería casera”.

Algunos dispositivos profesionales permiten grabar y reproducir hasta

Los sistemas DAT (Digital Audio Tape) de grabación digital en cinta permiten trabajar, por ejemplo, con frecuencias de 48.000 Hz, aunque esta prestación no estaba originalmente destinada a ofrecer una mayor calidad (la diferencia entre 44,1 KHz y 48 KHz



frecuencias de 96 KHz o incluso superiores. •

La mayoría de los programas editores de audio, como Sound Forge, permiten

es muy pequeña para ser realmente apreciable), sino más bien a dificultar las copias digitales de discos compactos, en una época en que las prestaciones de los ordenadores todavía no ponían las cosas tan fáciles para la “piratería casera”.

Algunos dispositivos profesionales permiten grabar y reproducir hasta frecuencias de 96 KHz o incluso superiores.



La mayoría de los programas editores de audio, como Sound Forge, permiten

trabajar también a estas frecuencias (la última versión, Sound Forge 5.0 admite

trabajar también a estas frecuencias (la última versión, Sound Forge 5.0 admite

frecuencias de hasta 192 KHz). Sin embargo, hay que tener cuidado: una cosa es

frecuencias de hasta 192 KHz). Sin embargo, hay que tener cuidado: una cosa es

que el software lo permita y otra es que lo acepte el conversor de nuestra tarjeta

que el software lo permita y otra es que lo acepte el conversor de nuestra tarjeta

de sonido, que, con suerte, llegará hasta los 48 KHz.

de sonido, que, con suerte, llegará hasta los 48 KHz.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

20

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

20

Etapa 3: Cuantificación Etapa 3:

Etapa 3: Cuantificación Etapa 3:

Número de bits y resolución

Número de bits y resolución

Hasta aquí, hemos resuelto la primera parte teórica de la digitalización, consistente

Hasta aquí, hemos resuelto la primera parte teórica de la digitalización, consistente

en obtener una serie de muestras a intervalos regulares. Falta todavía la segunda

en obtener una serie de muestras a intervalos regulares. Falta todavía la segunda

parte, que consiste en asignar a cada una de estas muestras un valor numérico que

parte, que consiste en asignar a cada una de estas muestras un valor numérico que

pueda manejar un ordenador.

pueda manejar un ordenador.

Para ello, volveremos momentáneamente al ejemplo del vídeo digital, que tal vez

Para ello, volveremos momentáneamente al ejemplo del vídeo digital, que tal vez

resulte más familiar e intuitivo. La resolución de color de una imagen (y de las

resulte más familiar e intuitivo. La resolución de color de una imagen (y de las

tarjetas de vídeo) se mide en bits e indica el número de bits asignado a cada píxel de

tarjetas de vídeo) se mide en bits e indica el número de bits asignado a cada píxel de

(28)

la imagen para almacenar su color. Así, una imagen de 8 bits, podrá incluir 256 (28)

colores diferentes, mientras que una de 24 bits podrá representar más de 16 millones

colores diferentes, mientras que una de 24 bits podrá representar más de 16 millones

(224)

(224) de colores.

la imagen para almacenar su color. Así, una imagen de 8 bits, podrá incluir 256 de colores.

Un bit sólo puede tener dos valores: 1 ó 0. La combinación de dos bits nos da

Un bit sólo puede tener dos valores: 1 ó 0. La combinación de dos bits nos da

cuatro posibles valores: 00, 01, 10 y 11. Conforme aumenta el número de bits

cuatro posibles valores: 00, 01, 10 y 11. Conforme aumenta el número de bits

aumenta también el rango de valores representables, que se multiplican por

aumenta también el rango de valores representables, que se multiplican por

dos con cada nuevo bit.

dos con cada nuevo bit.

Por ello, el número de posibles valores viene dado por la fórmula 2número de bits.

Por ello, el número de posibles valores viene dado por la fórmula 2número de bits.

En el caso del sonido digital, cada uno de los valores muestreados se guardará con un

En el caso del sonido digital, cada uno de los valores muestreados se guardará con un

número determinado de bits, y cuantos más bits le asignemos, más niveles o escalones

número determinado de bits, y cuantos más bits le asignemos, más niveles o escalones

posibles tendrá este sonido digitalizado y más parecido será, en consecuencia, al

posibles tendrá este sonido digitalizado y más parecido será, en consecuencia, al

sonido analógico original (que, al ser continuo, poseía un número infinito de niveles).

sonido analógico original (que, al ser continuo, poseía un número infinito de niveles).

El término resolución de un sonido digital indica el número de bits que se

El término resolución de un sonido digital indica el número de bits que se

han utilizado para almacenar cada muestra.

han utilizado para almacenar cada muestra.

La resolución determina el número de posibles valores diferentes, o rango, que

La resolución determina el número de posibles valores diferentes, o rango, que

cada muestra de sonido puede tomar.

cada muestra de sonido puede tomar.

Así, un sonido digitalizado a 8 bits posee 256 niveles posibles, mientras que

Así, un sonido digitalizado a 8 bits posee 256 niveles posibles, mientras que

un sonido a 16 bits presenta 65.536 niveles posibles.

un sonido a 16 bits presenta 65.536 niveles posibles.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

21

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

Fragmento de una señal, cuantizada a (a) 1 bit (2 niveles posibles) y a (b) 4 bits (16 niveles posibles).

21

Fragmento de una señal, cuantizada a (a) 1 bit (2 niveles posibles) y a (b) 4 bits (16 niveles posibles).

Error de cuantificación

Error de cuantificación

En el gráfico anterior se observa que la señal cuantizada a 4 bits se asemeja algo más

En el gráfico anterior se observa que la señal cuantizada a 4 bits se asemeja algo más

a la original que la de 1 bit. Obviamente, cuantos más bits utilicemos, más semejanza

a la original que la de 1 bit. Obviamente, cuantos más bits utilicemos, más semejanza

obtendremos, pero la cuantificación siempre conllevará un error, por pequeño que

obtendremos, pero la cuantificación siempre conllevará un error, por pequeño que

éste pueda ser.

éste pueda ser.

Si utilizamos, por ejemplo, 8 bits para digitalizar una señal analógica cuyos valores

Si utilizamos, por ejemplo, 8 bits para digitalizar una señal analógica cuyos valores

de voltaje oscilen entre -10 y +10 voltios, cada valor de los 256 posibles no

de voltaje oscilen entre -10 y +10 voltios, cada valor de los 256 posibles no

representará un valor exacto, sino un valor dentro de un margen de 0,078125 V (20/

representará un valor exacto, sino un valor dentro de un margen de 0,078125 V (20/

256). Esto produce un margen de error, o error de cuantificación, igual a la mitad de

256). Esto produce un margen de error, o error de cuantificación, igual a la mitad de

este margen. Este error de cuantificación es inevitable e inherente a todo sistema

este margen. Este error de cuantificación es inevitable e inherente a todo sistema

digital, aunque puede reducirse aumentando el número de bits de resolución. En el

digital, aunque puede reducirse aumentando el número de bits de resolución. En el

gráfico siguiente, la tercera figura indica este error.

gráfico siguiente, la tercera figura indica este error.

(a) Señal analógica original y (b) versión cuantizada (cada muestra sólo puede tomar uno de los valores indicados en la escala vertical). La diferencia entre la señal original y la señal cuantizada produce la señal de error (c).

(a) Señal analógica original y (b) versión cuantizada (cada muestra sólo puede tomar uno de los valores indicados en la escala vertical). La diferencia entre la señal original y la señal cuantizada produce la señal de error (c).

Bits y rango dinámico

Bits y rango dinámico

El rango dinámico de una sistema de sonido, expresado en decibelios, viene dado por

El rango dinámico de una sistema de sonido, expresado en decibelios, viene dado por

la fórmula:

la fórmula:

rango dinámico en dB = 10 × log10 (amplitud máxima2/amplitud mínima2)

rango dinámico en dB = 10 × log10 (amplitud máxima2/amplitud mínima2)

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

22

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

22

y depende, por lo tanto, del cociente entre los cuadrados de la máxima y la mínima

y depende, por lo tanto, del cociente entre los cuadrados de la máxima y la mínima

amplitud que el sistema puede producir. Conviene remarcar que esta relación no es

amplitud que el sistema puede producir. Conviene remarcar que esta relación no es

en absoluto exclusiva de los sistemas digitales, y también es aplicable a los sistemas

en absoluto exclusiva de los sistemas digitales, y también es aplicable a los sistemas

analógicos.

analógicos.

En todos los dispositivos de sonido electrónicos (ya sean digitales o analógicos), un

En todos los dispositivos de sonido electrónicos (ya sean digitales o analógicos), un

concepto muy vinculado al rango dinámico es el de la relación señal/ruido (para

concepto muy vinculado al rango dinámico es el de la relación señal/ruido (para

simplificar, nosotros confundiremos ambos términos).

simplificar, nosotros confundiremos ambos términos).

En un aparato electrónico, la relación señal/ ruido indica la diferencia entre el nivel máximo que el dispositivo puede emitir, y el nivel de ruido existente cuando la señal es silencio (el ruido de fondo). Cuanto mayor sea esta diferencia, más limpio será el sonido del dispositivo. En una cadena de varios dispositivos de audio (emisor, amplificador, altavoces, etc.), el valor real, es decir, el

En un aparato electrónico, la relación señal/ ruido indica la diferencia entre el nivel máximo que el dispositivo puede emitir, y el nivel de ruido existente cuando la señal es silencio (el ruido de fondo). Cuanto mayor sea esta diferencia, más limpio será el sonido del dispositivo. En una cadena de varios dispositivos de audio (emisor, amplificador, altavoces, etc.), el valor real, es decir, el

máximo rango dinámico que podremos llegar a apreciar, corresponderá al del dispositivo con peores características. En la mayoría de los dispositivos de audio (amplificadores, pletinas de casete, reproductores de compactos, altavoces, etc.), esta relación señal/ruido figura entre las especificaciones técnicas.

máximo rango dinámico que podremos llegar a apreciar, corresponderá al del dispositivo con peores características. En la mayoría de los dispositivos de audio (amplificadores, pletinas de casete, reproductores de compactos, altavoces, etc.), esta relación señal/ruido figura entre las especificaciones técnicas.

Volviendo a nuestra fórmula original, en el caso de un sistema digital, podemos

Volviendo a nuestra fórmula original, en el caso de un sistema digital, podemos

reinterpretar esta expresión a partir de las consideraciones estudiadas en el apartado

reinterpretar esta expresión a partir de las consideraciones estudiadas en el apartado

“Error de cuantificación”:

“Error de cuantificación”:



la amplitud máxima será igual a 2bits;



la amplitud máxima será igual a 2bits;



la amplitud mínima o nivel de ruido será igual al error de cuantificación, que se



la amplitud mínima o nivel de ruido será igual al error de cuantificación, que se

puede tomar como igual a 1.

puede tomar como igual a 1.

Si realizamos los cálculos necesarios, tendremos que un sistema de conversión de 8

Si realizamos los cálculos necesarios, tendremos que un sistema de conversión de 8

bits posee un rango dinámico de aproximadamente 48 dB, mientras que en uno

bits posee un rango dinámico de aproximadamente 48 dB, mientras que en uno

de 16 bits, el rango dinámico es de 96 dB.

de 16 bits, el rango dinámico es de 96 dB.

Rango dinámico de un sistema de 8 bits (demostración): 8 2

10log 10  ( 2 2)  = 10log 10 65,536 = 48, 16 dB  1 

Rango dinámico de un sistema de 8 bits (demostración): 8 2

10log 10  ( 2 2)  = 10log 10 65,536 = 48, 16 dB  1 

Una forma aproximada y rápida de calcular el rango dinámico de un sistema

Una forma aproximada y rápida de calcular el rango dinámico de un sistema

digital es mediante la fórmula:

digital es mediante la fórmula:

número de bits × 6

número de bits × 6

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

23

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

La resolución en bits de un sonido digital incide directamente en el rango

La resolución en bits de un sonido digital incide directamente en el rango

dinámico y en el ruido de fondo.

dinámico y en el ruido de fondo.

Cuantos más bits utilicemos, más nítido y con menos ruido se percibirá el

Cuantos más bits utilicemos, más nítido y con menos ruido se percibirá el

sonido.

sonido.

23

Basta con escuchar un sonido cuantizado a 16 bits y el mismo a 8 bits, para

Basta con escuchar un sonido cuantizado a 16 bits y el mismo a 8 bits, para

comprobar que el segundo posee mucho más ruido de fondo.

comprobar que el segundo posee mucho más ruido de fondo.

En las versiones CD y web pueden apreciarse ejemplos ilustrativos.

En las versiones CD y web pueden apreciarse ejemplos ilustrativos.

Para cambiar los bits de resolución en Sound Forge, se utiliza el comando

Para cambiar los bits de resolución en Sound Forge, se utiliza el comando

Process/Bith Depth Converter.

Process/Bith Depth Converter.

Conviene tener muy en cuenta que, si bien al pasar de 16 a 8 bits se pierde

Conviene tener muy en cuenta que, si bien al pasar de 16 a 8 bits se pierde

calidad, al pasar de 8 a 16 bits, esta calidad no se recupera.

calidad, al pasar de 8 a 16 bits, esta calidad no se recupera.

Algunas consideraciones adicionales sobre los 16 bits

Algunas consideraciones adicionales sobre los 16 bits

Todos sabemos que el estándar que se ha adoptado en la mayoría de los sistemas

Todos sabemos que el estándar que se ha adoptado en la mayoría de los sistemas

comerciales (discos compactos, tarjetas de sonido multimedia, etc.) es el de 16 bits.

comerciales (discos compactos, tarjetas de sonido multimedia, etc.) es el de 16 bits.

Si bien el disco compacto se precia de no añadir casi ningún ruido de fondo (al

Si bien el disco compacto se precia de no añadir casi ningún ruido de fondo (al

contrario que los discos de vinilo o las grabaciones en casete), lo cierto es que los 96

contrario que los discos de vinilo o las grabaciones en casete), lo cierto es que los 96

dB de rango dinámico (máximo teórico) que ofrecen estos sistemas digitales

dB de rango dinámico (máximo teórico) que ofrecen estos sistemas digitales

comerciales podrían desde luego ser mejores, ya que el oído humano es capaz de

comerciales podrían desde luego ser mejores, ya que el oído humano es capaz de

percibir confortablemente rangos dinámicos superiores.

percibir confortablemente rangos dinámicos superiores.

Dado que el umbral de dolor del oído humano no se sitúa hasta alrededor de los 130

Dado que el umbral de dolor del oído humano no se sitúa hasta alrededor de los 130

dB, sería de hecho deseable que un sistema de alta fidelidad pudiese alcanzar este

dB, sería de hecho deseable que un sistema de alta fidelidad pudiese alcanzar este

rango dinámico, para lo cual serían necesarios unos 22 bits de resolución (i.e. 130/6).

rango dinámico, para lo cual serían necesarios unos 22 bits de resolución (i.e. 130/6).

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

24

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

24

Algunos sistemas de grabación y reproducción digitales profesionales utilizan, de

Algunos sistemas de grabación y reproducción digitales profesionales utilizan, de

hecho, conversores con resoluciones de 24 o incluso de 32 bits, ¡que permiten rangos

hecho, conversores con resoluciones de 24 o incluso de 32 bits, ¡que permiten rangos

dinámicos superiores a los 144 dB y 192 dB respectivamente!

dinámicos superiores a los 144 dB y 192 dB respectivamente!

24 bits es también la resolución empleada por el DVD.

24 bits es también la resolución empleada por el DVD.

En la práctica, todos estos valores máximos teóricos se ven siempre disminuidos por

En la práctica, todos estos valores máximos teóricos se ven siempre disminuidos por

factores de circuitería analógica, que añaden algo más de ruido.

factores de circuitería analógica, que añaden algo más de ruido.

¿Por qué la calidad CD no es siempre calidad CD?

¿Por qué la calidad CD no es siempre calidad CD?

Existe la creencia popular de que en el sonido digital no hay mejores ni peores, “como todo son ceros y unos, mientras no se confundan unos con otros…”. Sin embargo, nada más lejos de la realidad. Los fabricantes de equipos multimedia se escudan detrás de los 16 bits y 44.100 Hz, para colocar la indiscriminada etiqueta “calidad CD”. Sin embargo, ¿os habéis preguntado alguna vez por qué existen actualmente lectores de CD-ROM por 5.000 pts., mientras que se pueden adquirir lectores de CD Audio por 100.000 pts.? La respuesta está en los conversores D/A (que comentaremos en el apartado “Los conversores A/D y D/A”) y en otros componentes electrónicos analógicos, que son los responsables finales del sonido. Es cierto que el láser no suele confundir los ceros con los unos,

Existe la creencia popular de que en el sonido digital no hay mejores ni peores, “como todo son ceros y unos, mientras no se confundan unos con otros…”. Sin embargo, nada más lejos de la realidad. Los fabricantes de equipos multimedia se escudan detrás de los 16 bits y 44.100 Hz, para colocar la indiscriminada etiqueta “calidad CD”. Sin embargo, ¿os habéis preguntado alguna vez por qué existen actualmente lectores de CD-ROM por 5.000 pts., mientras que se pueden adquirir lectores de CD Audio por 100.000 pts.? La respuesta está en los conversores D/A (que comentaremos en el apartado “Los conversores A/D y D/A”) y en otros componentes electrónicos analógicos, que son los responsables finales del sonido. Es cierto que el láser no suele confundir los ceros con los unos,

pero para que estos enteros binarios lleguen a sonar, tienen que pasar por un complicado proceso de conversión, que se puede realizar con criterios de calidad muy diferentes. Los valores “reales”, en lo que a rango dinámico se refiere, para tarjetas de sonido y reproductores de discos compactos convencionales se sitúan aproximadamente entre los 65 dB de los equipos más económicos y los 90 dB para los equipos de mayor calidad; valores, en cualquier caso, siempre bastante por debajo de los 96 dB, máximo teórico alcanzable con 16 bits de resolución. Como referencia, indicaremos que la relación señal-ruido de una pletina de casetes convencional es de unos 60 dB.

Algunos valores típicos de rango dinámico o relación señal/ruido

pero para que estos enteros binarios lleguen a sonar, tienen que pasar por un complicado proceso de conversión, que se puede realizar con criterios de calidad muy diferentes. Los valores “reales”, en lo que a rango dinámico se refiere, para tarjetas de sonido y reproductores de discos compactos convencionales se sitúan aproximadamente entre los 65 dB de los equipos más económicos y los 90 dB para los equipos de mayor calidad; valores, en cualquier caso, siempre bastante por debajo de los 96 dB, máximo teórico alcanzable con 16 bits de resolución. Como referencia, indicaremos que la relación señal-ruido de una pletina de casetes convencional es de unos 60 dB.

Algunos valores típicos de rango dinámico o relación señal/ruido

Tarjeta de sonido multimedia de 8 bits

40 dB

Tarjeta de sonido multimedia de 8 bits

40 dB

Pletina de casete (sin sistema de reducción de ruido)

60-70 dB

Pletina de casete (sin sistema de reducción de ruido)

60-70 dB

Tarjeta de sonido multimedia de 16 bits convencional

70-80 dB

Tarjeta de sonido multimedia de 16 bits convencional

70-80 dB

Tarjeta de sonido multimedia de 16 bits “profesional”

80-90 dB

Tarjeta de sonido multimedia de 16 bits “profesional”

80-90 dB

Reproductor de discos compactos

70-90 dB

Reproductor de discos compactos

70-90 dB

Sistemas de grabación profesionales de 20, 24 o 32 bits

> 120 dB

Sistemas de grabación profesionales de 20, 24 o 32 bits

> 120 dB

Los conversores A/D y D/A

Los conversores A/D y D/A

Hasta aquí la teoría. Veamos ahora cómo funciona un sistema digitalizador de sonido.

Hasta aquí la teoría. Veamos ahora cómo funciona un sistema digitalizador de sonido.

El sistema se compone de dos conversores: un conversor analógico/digital (a partir de

El sistema se compone de dos conversores: un conversor analógico/digital (a partir de

ahora, A/D) en la entrada, y un conversor digital/analógico (a partir de ahora, D/A)

ahora, A/D) en la entrada, y un conversor digital/analógico (a partir de ahora, D/A)

en la salida. Ambos están controlados por un reloj digital que determina la frecuencia

en la salida. Ambos están controlados por un reloj digital que determina la frecuencia

de muestreo.

de muestreo.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

25

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

25

Para evitar el aliasing se coloca en la entrada un filtro pasa-bajo, que elimina de la

Para evitar el aliasing se coloca en la entrada un filtro pasa-bajo, que elimina de la

señal analógica todos los componentes con frecuencias superiores a la frecuencia de

señal analógica todos los componentes con frecuencias superiores a la frecuencia de

Nyquist (normalmente 22.050 Hz). En el proceso de digitalización, el conversor A/D

Nyquist (normalmente 22.050 Hz). En el proceso de digitalización, el conversor A/D

genera un número binario (normalmente de 8 ó 16 bits) a cada pulso del reloj. Este

genera un número binario (normalmente de 8 ó 16 bits) a cada pulso del reloj. Este

número se almacena en la memoria o se graba en un disco duro.

número se almacena en la memoria o se graba en un disco duro.

Para la audición de esta señal digital, es necesaria la reconversión inversa, de forma

Para la audición de esta señal digital, es necesaria la reconversión inversa, de forma

que los números almacenados son enviados a un conversor D/A que los convierte en

que los números almacenados son enviados a un conversor D/A que los convierte en

voltajes, a la misma frecuencia de reloj. Esta señal analógica es suavizada mediante

voltajes, a la misma frecuencia de reloj. Esta señal analógica es suavizada mediante

un nuevo filtro, amplificada y enviada a unos altavoces, que con su vibración,

un nuevo filtro, amplificada y enviada a unos altavoces, que con su vibración,

convierten finalmente los voltajes en variaciones de presión de aire.

convierten finalmente los voltajes en variaciones de presión de aire.

La siguiente figura esquematiza el proceso completo.

La siguiente figura esquematiza el proceso completo.

Esquema de un sistema de conversión A/D y D/A

Esquema de un sistema de conversión A/D y D/A

Este proceso de grabación digital se denomina a veces PCM (Pulse Code Modulation) por la tecnología que utilizan los conversores A/D y D/A.

Este proceso de grabación digital se denomina a veces PCM (Pulse Code Modulation) por la tecnología que utilizan los conversores A/D y D/A.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

26

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

26

Saturación y distorsión

Saturación y distorsión

Saturación en la grabación

Saturación en la grabación

En cualquier sistema de grabación, incluidos los sistemas analógicos, cuando el nivel

En cualquier sistema de grabación, incluidos los sistemas analógicos, cuando el nivel

de entrada supera un cierto valor umbral se produce una saturación que tiene como

de entrada supera un cierto valor umbral se produce una saturación que tiene como

consecuencia una distorsión en la reproducción del sonido.

consecuencia una distorsión en la reproducción del sonido.

En el caso de la grabación analógica, una ligera saturación no resulta demasiado

En el caso de la grabación analógica, una ligera saturación no resulta demasiado

molesta para el oído, y, de hecho, en ciertas grabaciones analógicas se tiende con

molesta para el oído, y, de hecho, en ciertas grabaciones analógicas se tiende con

frecuencia a saturar ligeramente para obtener un sonido más “lleno”.

frecuencia a saturar ligeramente para obtener un sonido más “lleno”.

No obstante, en el caso de la grabación digital, la saturación puede ser muy molesta

No obstante, en el caso de la grabación digital, la saturación puede ser muy molesta

y es algo que se debe evitar totalmente. En la siguiente figura se observa una señal

y es algo que se debe evitar totalmente. En la siguiente figura se observa una señal

grabada con un nivel correcto y, a continuación, la misma señal saturada a causa de

grabada con un nivel correcto y, a continuación, la misma señal saturada a causa de

una grabación con un nivel de entrada excesivo. Se observa que los picos aparecen

una grabación con un nivel de entrada excesivo. Se observa que los picos aparecen

totalmente recortados como consecuencia de haber superado los máximos valores

totalmente recortados como consecuencia de haber superado los máximos valores

almacenables en un sistema de 16 bits.

almacenables en un sistema de 16 bits.

Fragmento con un nivel correcto y el mismo fragmento con una fuerte distorsión producida por un nivel de entrada excesivo.

Fragmento con un nivel correcto y el mismo fragmento con una fuerte distorsión producida por un nivel de entrada excesivo.

En las versiones CD y web pueden apreciarse ejemplos ilustrativos.

En las versiones CD y web pueden apreciarse ejemplos ilustrativos.

En el módulo “Grabación y técnicas de estudio” se estudiará con mayor detalle la

En el módulo “Grabación y técnicas de estudio” se estudiará con mayor detalle la

forma de realizar grabaciones con niveles correctos.

forma de realizar grabaciones con niveles correctos.

Saturación en la reproducción

Saturación en la reproducción

La distorsión digital se puede producir también en la conversión D/A de salida,

La distorsión digital se puede producir también en la conversión D/A de salida,

incluso a partir de señales con niveles correctos. Esto puede suceder, por ejemplo,

incluso a partir de señales con niveles correctos. Esto puede suceder, por ejemplo,

cuando se reproducen simultáneamente varios sonidos (i.e. varias pistas), ya que,

cuando se reproducen simultáneamente varios sonidos (i.e. varias pistas), ya que,

aunque el nivel de cada uno de ellos sea correcto, puede ocurrir que en determinados

aunque el nivel de cada uno de ellos sea correcto, puede ocurrir que en determinados

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

27

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

27

instantes, la suma de todos ellos (que es lo que, en definitiva, se manda por el

instantes, la suma de todos ellos (que es lo que, en definitiva, se manda por el

conversor D/A) supere el nivel permitido.

conversor D/A) supere el nivel permitido.

Sobremuestreo

Sobremuestreo

Hasta ahora hemos asumido implícitamente que el número de bits utilizado en la

Hasta ahora hemos asumido implícitamente que el número de bits utilizado en la

cuantificación (p.ej. 16) es igual al número de bits utilizado en el posterior

cuantificación (p.ej. 16) es igual al número de bits utilizado en el posterior

almacenamiento de estos datos. Existe la posibilidad de utilizar conversores con

almacenamiento de estos datos. Existe la posibilidad de utilizar conversores con

mayor resolución, aunque finalmente la señal digitalizada se almacene con la misma

mayor resolución, aunque finalmente la señal digitalizada se almacene con la misma

resolución de 16 bits.

resolución de 16 bits.

El conjunto de estas distintas técnicas que permiten obtener mejores resultados sin

El conjunto de estas distintas técnicas que permiten obtener mejores resultados sin

por ello necesitar más espacio de almacenamiento, se denominan sobremuestreo o

por ello necesitar más espacio de almacenamiento, se denominan sobremuestreo o

oversampling. Actualmente son frecuentes los reproductores de CD Audio que

oversampling. Actualmente son frecuentes los reproductores de CD Audio que

utilizan alguna de estas técnicas en la conversión D/A de salida.

utilizan alguna de estas técnicas en la conversión D/A de salida.

La teoría que subyace detrás del sobremuestreo es demasiado complicada para ser

La teoría que subyace detrás del sobremuestreo es demasiado complicada para ser

expuesta aquí, por lo cual daremos tan sólo algunas breves indicaciones.

expuesta aquí, por lo cual daremos tan sólo algunas breves indicaciones.

Un sistema que utilice, por ejemplo, un sobremuestreo cuádruple realiza, antes de

Un sistema que utilice, por ejemplo, un sobremuestreo cuádruple realiza, antes de

mandar la señal digital al conversor D/A de salida, una interpolación de los datos

mandar la señal digital al conversor D/A de salida, una interpolación de los datos

digitales colocando tres muestras intermedias entre cada dos muestras originales. De

digitales colocando tres muestras intermedias entre cada dos muestras originales. De

esta forma se obtiene una señal con una frecuencia de muestreo cuatro veces superior

esta forma se obtiene una señal con una frecuencia de muestreo cuatro veces superior

(i.e. 176.400 Hz en lugar de 44.100 Hz) que se pasa a través de un conversor D/A que

(i.e. 176.400 Hz en lugar de 44.100 Hz) que se pasa a través de un conversor D/A que

trabaje a esta misma frecuencia y, posteriormente, de un filtro suavizante paso bajo

trabaje a esta misma frecuencia y, posteriormente, de un filtro suavizante paso bajo

que recorta las frecuencias por encima de los 30 KHz. Con estas técnicas se consigue

que recorta las frecuencias por encima de los 30 KHz. Con estas técnicas se consigue

un incremento del rango dinámico de aproximadamente 6 dB para el sobremuestreo

un incremento del rango dinámico de aproximadamente 6 dB para el sobremuestreo

cuádruple y de unos 12 dB para el sobremuestreo óctuplo.

cuádruple y de unos 12 dB para el sobremuestreo óctuplo.

Existe otra familia de técnicas más recientes, denominadas genéricamente

Existe otra familia de técnicas más recientes, denominadas genéricamente

sobremuestreo de 1 bit o modulación sigma-delta, que operan de forma diferente y con

sobremuestreo de 1 bit o modulación sigma-delta, que operan de forma diferente y con

las que se obtienen mejores resultados.

las que se obtienen mejores resultados.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

28

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

28

Etapa 4: Formatos Etapa 4:

Etapa 4: Formatos Etapa 4:

Tamaños en el audio digital

Tamaños en el audio digital

Cuando los ordenadores sólo manejaban texto, un megabyte (aproximadamente un

Cuando los ordenadores sólo manejaban texto, un megabyte (aproximadamente un

millón de caracteres) parecía una cifra monstruosa. Hoy día, con la llegada del

millón de caracteres) parecía una cifra monstruosa. Hoy día, con la llegada del

multimedia, los sonidos y especialmente las imágenes digitales han disparado estas

multimedia, los sonidos y especialmente las imágenes digitales han disparado estas

cifras.

cifras.

¿Cuánto ocupa un segundo de sonido digital estéreo de 16 bits y 44.100 Hz?

¿Cuánto ocupa un segundo de sonido digital estéreo de 16 bits y 44.100 Hz?

El cálculo es sencillo: en un sonido de 16 bits, cada muestra ocupa dos bytes (un byte

El cálculo es sencillo: en un sonido de 16 bits, cada muestra ocupa dos bytes (un byte

son ocho bits), y si la frecuencia de muestreo es de 44.100 Hz, significa que cada

son ocho bits), y si la frecuencia de muestreo es de 44.100 Hz, significa que cada

segundo requiere 44.100 muestras. Si el sonido es estéreo, utiliza dos canales, por lo

segundo requiere 44.100 muestras. Si el sonido es estéreo, utiliza dos canales, por lo

que estas necesidades se ven duplicadas.

que estas necesidades se ven duplicadas.

2 bytes/muestra × 44.100 muestras/segundo × 2 (canales) = 176.400 bytes/segundo ó

2 bytes/muestra × 44.100 muestras/segundo × 2 (canales) = 176.400 bytes/segundo ó

172,2 Kb/s.

172,2 Kb/s.

Realizando una multiplicación más, se observa que un minuto de sonido digital

Realizando una multiplicación más, se observa que un minuto de sonido digital

estéreo de calidad ocupa un valor muy cercano a los 10 Mb. Sabemos por

estéreo de calidad ocupa un valor muy cercano a los 10 Mb. Sabemos por

experiencia que los CD Audio raramente superan los 70 minutos. Esta duración

experiencia que los CD Audio raramente superan los 70 minutos. Esta duración

límite aproximada viene dada por su capacidad, que suele ser de 720 Mb.

límite aproximada viene dada por su capacidad, que suele ser de 720 Mb.

Un minuto de sonido digital estéreo a calidad CD (16 bits y 44.100 Hz) ocupa aproximadamente 10 Mbytes.

Comprobar con la versión web la tasa de transferencia a la que trabajan los lectores de CD Audio, y es la que los fabricantes de lectores CD-ROM designaron en su día como velocidad simple. A partir de aquí, se tomó la

Un minuto de sonido digital estéreo a calidad CD (16 bits y 44.100 Hz) ocupa aproximadamente 10 Mbytes.

costumbre de medir la velocidad de los lectores de CD-ROM en múltiplos de este valor (igual que la velocidad de los aviones reactores se mide a veces en múltiplos de la velocidad del sonido).

Comprobar con la versión web la tasa de transferencia a la que trabajan los lectores de CD Audio, y es la que los fabricantes de lectores CD-ROM designaron en su día como velocidad simple. A partir de aquí, se tomó la

costumbre de medir la velocidad de los lectores de CD-ROM en múltiplos de este valor (igual que la velocidad de los aviones reactores se mide a veces en múltiplos de la velocidad del sonido).

Cuando el sonido no es estéreo, estos tamaños descienden a la mitad, y lo mismo

Cuando el sonido no es estéreo, estos tamaños descienden a la mitad, y lo mismo

sucede si la resolución es de 8 en lugar de 16 bits, o la frecuencia de muestreo es de

sucede si la resolución es de 8 en lugar de 16 bits, o la frecuencia de muestreo es de

22.050 Hz. Por ello, limitando la calidad al mínimo, el tamaño necesario para un

22.050 Hz. Por ello, limitando la calidad al mínimo, el tamaño necesario para un

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

29

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

29

minuto de sonido mono de 8 bits y 11.025 Hz se reduce aproximadamente a 646 Kb

minuto de sonido mono de 8 bits y 11.025 Hz se reduce aproximadamente a 646 Kb

(estas últimas condiciones suelen aparecer en la configuración del sonido en Win-

(estas últimas condiciones suelen aparecer en la configuración del sonido en Win-

dows, como calidad telefónica).

dows, como calidad telefónica).

La siguiente tabla resume los tamaños (en Kbytes/segundo) que ocupan diferentes

La siguiente tabla resume los tamaños (en Kbytes/segundo) que ocupan diferentes

calidades de sonido digital. Observad que se han redondeado los valores para facilitar

calidades de sonido digital. Observad que se han redondeado los valores para facilitar

su retención mnemotécnica.

su retención mnemotécnica.

Frecuencia de muestreo

Profundidad de cuantización

Kbytes/ segundo

Kbytes/ segundo

Frecuencia de muestreo

Profundidad de cuantización

Kbytes/ segundo

Kbytes/ segundo

11 Khz

8 bits

11 Kb/s

22 Kb/s

11 Khz

8 bits

11 Kb/s

22 Kb/s

11 Khz

16 bits

22 Kb/s

44 Kb/s

11 Khz

16 bits

22 Kb/s

44 Kb/s

22 Khz

8 bits

22 Kb/s

44 Kb/s

22 Khz

8 bits

22 Kb/s

44 Kb/s

22 Khz

16 bits

44 Kb/s

88 Kb/s

22 Khz

16 bits

44 Kb/s

88 Kb/s

44 Khz

16 bits

88 Kb/s

176 Kb/s

44 Khz

16 bits

88 Kb/s

176 Kb/s

Ancho de banda del oído humano: de 20 Hz a 1g Khz

Ancho de banda del oído humano: de 20 Hz a 1g Khz

¿Qué calidad seleccionar?

¿Qué calidad seleccionar?

No existe una respuesta unívoca a esta pregunta, ya que todo depende del uso que

No existe una respuesta unívoca a esta pregunta, ya que todo depende del uso que

queramos dar a cada sonido.

queramos dar a cada sonido.

Cuando la intención sea crear (o trabajar con) música o sonido cuyo soporte final

Cuando la intención sea crear (o trabajar con) música o sonido cuyo soporte final

vaya a ser un CD Audio, no existe otra posibilidad que la máxima calidad: 44.100 Hz,

vaya a ser un CD Audio, no existe otra posibilidad que la máxima calidad: 44.100 Hz,

16 bits y en formato estéreo.

16 bits y en formato estéreo.

En cualquier otro caso, no existe una solución unívoca, aunque sí que podemos

En cualquier otro caso, no existe una solución unívoca, aunque sí que podemos

indicar, a modo de guía, el orden de los pasos que se deben seguir si necesitamos

indicar, a modo de guía, el orden de los pasos que se deben seguir si necesitamos

ahorrar memoria o espacio de disco duro.

ahorrar memoria o espacio de disco duro.





La reducción de calidad menos perceptible es utilizar 22.050 Hz en lugar de 44.100 Hz.





Si el efecto estéreo no es importante, se puede también limitar el sonido a un

La reducción de calidad menos perceptible es utilizar 22.050 Hz en lugar de 44.100 Hz.



Si el efecto estéreo no es importante, se puede también limitar el sonido a un

único canal, pero manteniendo los 16 bits de resolución. Con esto nos situamos

único canal, pero manteniendo los 16 bits de resolución. Con esto nos situamos

a 42,05 Kb/segundo, que es el mínimo aconsejable para un sonido “musical”.

a 42,05 Kb/segundo, que es el mínimo aconsejable para un sonido “musical”.

Si lo que se desea es grabar mensajes de voz, se puede seguir reduciendo la frecuencia, o pasar directamente a los 8 bits.



Si lo que se desea es grabar mensajes de voz, se puede seguir reduciendo la frecuencia, o pasar directamente a los 8 bits.

 PUOC FUOC









Módulo 2: Principios del sonido digital

30

El que se indiquen valores de frecuencia de 44.100, 22.050 ó 11.025 no es casual,

PUOC  FUOC



30

El que se indiquen valores de frecuencia de 44.100, 22.050 ó 11.025 no es casual,

ya que éstos son los valores estándar que soporta la mayoría de las tarjetas

ya que éstos son los valores estándar que soporta la mayoría de las tarjetas

(aunque algunas soporten también frecuencias intermedias).

(aunque algunas soporten también frecuencias intermedias).

Hace pocos años, la mayoría de las tarjetas de sonido era de 8 bits, por lo que



Hace pocos años, la mayoría de las tarjetas de sonido era de 8 bits, por lo que

algunos CD-ROM interactivos utilizan todavía esta resolución, más por criterios

algunos CD-ROM interactivos utilizan todavía esta resolución, más por criterios

de compatibilidad que de economía a ultranza.

de compatibilidad que de economía a ultranza.

Sin embargo, esta economía sí que es importante cuando el destino de nuestros



Sin embargo, esta economía sí que es importante cuando el destino de nuestros

ficheros de sonido está en la Web, ya que a mayor volumen de los ficheros,

ficheros de sonido está en la Web, ya que a mayor volumen de los ficheros,

mayores tiempos de transferencia.

mayores tiempos de transferencia.

Mediante un cálculo sencillo, si consideramos una conexión de 56 kbps (Kbits/



Mediante un cálculo sencillo, si consideramos una conexión de 56 kbps (Kbits/

segundo) tendremos que un minuto de audio en calidad CD (44.100 Hz, 16 bits

segundo) tendremos que un minuto de audio en calidad CD (44.100 Hz, 16 bits

y estéreo), ¡tardaría en bajar cerca de 24 minutos! Esto explica el éxito que ha

y estéreo), ¡tardaría en bajar cerca de 24 minutos! Esto explica el éxito que ha

obtenido en Internet el formato de compresión MP3, que consigue, mediante

obtenido en Internet el formato de compresión MP3, que consigue, mediante

sofisticados algoritmos, reducir el volumen de los ficheros en un factor 1:10 con

sofisticados algoritmos, reducir el volumen de los ficheros en un factor 1:10 con

pérdidas de calidad poco importantes. De éste y otros formatos de compresión

pérdidas de calidad poco importantes. De éste y otros formatos de compresión

hablaremos más adelante.

hablaremos más adelante.

Formatos de sonido digital

La información incluida en un fichero de sonido digital no es más que un array de bytes o de enteros de 16 bits (dependiendo de la resolución aplicada, que, como hemos visto, puede ser de 8 ó 16 bits). Sin embargo, a pesar de la sencillez de su contenido, la lista de formatos existentes es inmensa, pues cada plataforma, y a veces cada programa, dispone de una serie de formatos preferidos con ligeras variaciones entre uno y otro. Las diferencias pueden radicar en el tipo aplicado a las muestras (por ejemplo, enteros con

Formatos de sonido digital

o sin signo), el tipo de compresión utilizado (si es que lo hubiera) y la forma en que estas muestras se ordenan. Para un sonido estéreo algunos formatos optan por guardar cada canal de forma independiente, mientras que otros eligen guardar muestras alternas de cada una de las pistas. Todos los formatos incluyen una cabecera (en la que se indica la resolución, la frecuencia de muestreo, el número de canales, etc.) cuyo tamaño, contenido y ordenación varía también de un formato a otro.

La información incluida en un fichero de sonido digital no es más que un array de bytes o de enteros de 16 bits (dependiendo de la resolución aplicada, que, como hemos visto, puede ser de 8 ó 16 bits). Sin embargo, a pesar de la sencillez de su contenido, la lista de formatos existentes es inmensa, pues cada plataforma, y a veces cada programa, dispone de una serie de formatos preferidos con ligeras variaciones entre uno y otro. Las diferencias pueden radicar en el tipo aplicado a las muestras (por ejemplo, enteros con

En Windows, el formato estándar es el WAV.



Módulo 2: Principios del sonido digital

Esta extensión es una abreviación de la palabra inglesa wave, que significa ola u

o sin signo), el tipo de compresión utilizado (si es que lo hubiera) y la forma en que estas muestras se ordenan. Para un sonido estéreo algunos formatos optan por guardar cada canal de forma independiente, mientras que otros eligen guardar muestras alternas de cada una de las pistas. Todos los formatos incluyen una cabecera (en la que se indica la resolución, la frecuencia de muestreo, el número de canales, etc.) cuyo tamaño, contenido y ordenación varía también de un formato a otro.

En Windows, el formato estándar es el WAV.



Esta extensión es una abreviación de la palabra inglesa wave, que significa ola u

onda; por ello, este tipo de ficheros se conoce también como ficheros de onda. Si

onda; por ello, este tipo de ficheros se conoce también como ficheros de onda. Si

sólo trabajáis con PC compatibles, probablemente nunca tendréis que

sólo trabajáis con PC compatibles, probablemente nunca tendréis que

preocuparos de otros formatos, salvo si deseáis importar ficheros procedentes de

preocuparos de otros formatos, salvo si deseáis importar ficheros procedentes de

otras plataformas.

otras plataformas.

 PUOC FUOC







Módulo 2: Principios del sonido digital

31

En el entorno Macintosh, uno de los formatos más extendidos es el AIF, algo que

PUOC  FUOC



Módulo 2: Principios del sonido digital

31

En el entorno Macintosh, uno de los formatos más extendidos es el AIF, algo que

deberán tener muy en cuenta los programadores de aplicaciones multimedia

deberán tener muy en cuenta los programadores de aplicaciones multimedia

multiplataforma. En Internet se utiliza también mucho este formato, junto con

multiplataforma. En Internet se utiliza también mucho este formato, junto con

el AU, propio de los sistemas Unix.

el AU, propio de los sistemas Unix.

También es posible trabajar con ficheros sin cabecera (suelen venir con las



También es posible trabajar con ficheros sin cabecera (suelen venir con las

extensiones PCM o RAW). Éstos constituyen un caso particular, ya que, a la hora

extensiones PCM o RAW). Éstos constituyen un caso particular, ya que, a la hora

de abrir un fichero de estas características, deberemos indicar nosotros la

de abrir un fichero de estas características, deberemos indicar nosotros la

resolución, la frecuencia de muestreo y el número de canales. Si el fichero suena

resolución, la frecuencia de muestreo y el número de canales. Si el fichero suena

bien, habremos acertado. Si suena mal, habrá que volver a probar con parámetros

bien, habremos acertado. Si suena mal, habrá que volver a probar con parámetros

diferentes.

diferentes.

Los programas de edición de audio como Sound Forge ofrecen normalmente



Los programas de edición de audio como Sound Forge ofrecen normalmente

opciones para cargar y salvar formatos diferentes. En cualquier caso, conviene

opciones para cargar y salvar formatos diferentes. En cualquier caso, conviene

tener en cuenta que dos ficheros no comprimidos, y con la misma resolución y

tener en cuenta que dos ficheros no comprimidos, y con la misma resolución y

frecuencia de muestreo, contendrán la misma información (aunque organizada

frecuencia de muestreo, contendrán la misma información (aunque organizada

de formas distintas) y sonarán exactamente igual, independientemente del

de formas distintas) y sonarán exactamente igual, independientemente del

formato. En el cuadro siguiente se enumeran algunos de estos formatos más

formato. En el cuadro siguiente se enumeran algunos de estos formatos más

frecuentes.

frecuentes. Extensión

Plataforma – aplicaciones

Extensión

Plataforma – aplicaciones

AU

Next/Sun - Internet

AU

Next/Sun - Internet

AIF

Macintosh - Multimedia (Director, etc.) e Internet

AIF

Macintosh - Multimedia (Director, etc.) e Internet

IFF

Amiga

IFF

Amiga

PCM

Cualquiera

PCM

Cualquiera

RAW

Cualquiera

RAW

Cualquiera

WAV

PC

WAV

PC

Compresión de ficheros de audio

Compresión de ficheros de audio

Dado el tamaño que pueden adquirir los ficheros de audio digital, es lógico que se

Dado el tamaño que pueden adquirir los ficheros de audio digital, es lógico que se

hayan buscado formas de compresión que permitan reducir esta cantidad de

hayan buscado formas de compresión que permitan reducir esta cantidad de

información.

información.

Al igual que ocurre con la imagen, existen técnicas sin pérdida y técnicas con pérdida.

Al igual que ocurre con la imagen, existen técnicas sin pérdida y técnicas con pérdida.

Un factor importante en los sistemas de compresión de audio es que interesa que

Un factor importante en los sistemas de compresión de audio es que interesa que

sean capaces de comprimir y descomprimir en tiempo real (para comprimir y

sean capaces de comprimir y descomprimir en tiempo real (para comprimir y

descomprimir en diferido existen ya multitud de sistemas de uso general como el ZIP

descomprimir en diferido existen ya multitud de sistemas de uso general como el ZIP

o el ARJ, que obviamente también pueden ser aplicados a ficheros de audio).

o el ARJ, que obviamente también pueden ser aplicados a ficheros de audio).

Las matemáticas involucradas en cualquier sistema de compresión son demasiado

Las matemáticas involucradas en cualquier sistema de compresión son demasiado

complejas para ser tratadas con rigor en esta obra, por lo que nos limitaremos a

complejas para ser tratadas con rigor en esta obra, por lo que nos limitaremos a

esbozar ciertas ideas. Muchos de estos sistemas son independientes de los formatos

esbozar ciertas ideas. Muchos de estos sistemas son independientes de los formatos

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

32

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

32

citados en el apartado “Formatos de sonido digital”, de modo que un mismo formato

citados en el apartado “Formatos de sonido digital”, de modo que un mismo formato

de fichero puede soportar varios métodos de compresión.

de fichero puede soportar varios métodos de compresión.







Las siglas ADPCM corresponden a Adaptative Delta Pulse Code Modulation, una

Las siglas ADPCM corresponden a Adaptative Delta Pulse Code Modulation, una

forma de compresión de la que existen múltiples variantes, en la cual se reduce el

forma de compresión de la que existen múltiples variantes, en la cual se reduce el

número de bits de la señal (por ejemplo a 4 bits) tratando únicamente las

número de bits de la señal (por ejemplo a 4 bits) tratando únicamente las

diferencias entre una muestra y la siguiente. Es fácil intuir que esto provoca una

diferencias entre una muestra y la siguiente. Es fácil intuir que esto provoca una

inevitable degradación de la señal, ya que el sistema es incapaz de representar

inevitable degradación de la señal, ya que el sistema es incapaz de representar

saltos grandes de amplitud entre dos muestras.

saltos grandes de amplitud entre dos muestras.

Las compresiones µ-law y A-law utilizan un sistema de compresión no lineal que



Las compresiones µ-law y A-law utilizan un sistema de compresión no lineal que

permite utilizar una resolución de 8 bits, pero ofreciendo una calidad sonora y un

permite utilizar una resolución de 8 bits, pero ofreciendo una calidad sonora y un

rango dinámico próximos a los obtenidos con 14 bits. Son, por lo general, más

rango dinámico próximos a los obtenidos con 14 bits. Son, por lo general, más

rápidos que los métodos basados en ADPCM.

rápidos que los métodos basados en ADPCM.

Algunos de estos sistemas se ven favorecidos por la presencia de hardware

Algunos de estos sistemas se ven favorecidos por la presencia de hardware

especializado, como puede ser la inclusión de un DSP (procesador digital de señal)

especializado, como puede ser la inclusión de un DSP (procesador digital de señal)

en la tarjeta de sonido, mientras que otros funcionan perfectamente por software. Si

en la tarjeta de sonido, mientras que otros funcionan perfectamente por software. Si

abrís el icono de multimedia en el panel de control de Windows 95, y seleccionáis la

abrís el icono de multimedia en el panel de control de Windows 95, y seleccionáis la

forma de visualización Avanzado, podréis ver, en el apartado de Codecs de

forma de visualización Avanzado, podréis ver, en el apartado de Codecs de

compresión de audio, todos los compresores instalados en su sistema, tal como se

compresión de audio, todos los compresores instalados en su sistema, tal como se

observa en la figura.

observa en la figura. Comprobación de los Codecs de compresión instalados en el sistema

Comprobación de los Codecs de compresión instalados en el sistema

La compresión MP3

La compresión MP3

El famoso MP3 surgió con posterioridad a los métodos previamente descritos.

El famoso MP3 surgió con posterioridad a los métodos previamente descritos.

A diferencia de estos últimos, basados todos ellos en principios matemáticos más o

A diferencia de estos últimos, basados todos ellos en principios matemáticos más o

menos simples, el formato MP3, abreviación con que se conoce popularmente el

menos simples, el formato MP3, abreviación con que se conoce popularmente el

MPEG-1 Layer III, utiliza algoritmos mucho más sofisticados inspirados en la

MPEG-1 Layer III, utiliza algoritmos mucho más sofisticados inspirados en la

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

33

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

33

psicoacústica, y que tienen en cuenta, por lo tanto, la forma en que los humanos

psicoacústica, y que tienen en cuenta, por lo tanto, la forma en que los humanos

percibimos (o mejor dicho ¡no percibimos!) determinados sonidos.

percibimos (o mejor dicho ¡no percibimos!) determinados sonidos.

Con este método, descubierto a mediados de los años ochenta en el Instituto

Con este método, descubierto a mediados de los años ochenta en el Instituto

Fraunhofer, en Alemania, se logran espectaculares compresiones del orden del 90%,

Fraunhofer, en Alemania, se logran espectaculares compresiones del orden del 90%,

y se consigue que un fragmento musical comprimido ocupe una décima parte de su

y se consigue que un fragmento musical comprimido ocupe una décima parte de su

tamaño original, con una pérdida de calidad casi imperceptible.

tamaño original, con una pérdida de calidad casi imperceptible.

Para conseguir esta reducción, el MP3 se basa en el fenómeno del enmascaramiento

Para conseguir esta reducción, el MP3 se basa en el fenómeno del enmascaramiento

descrito en el módulo “Fundamentos de psicoacústica musical”, que explica cómo,

descrito en el módulo “Fundamentos de psicoacústica musical”, que explica cómo,

en determinadas condiciones, ciertos sonidos dejan de percibirse totalmente,

en determinadas condiciones, ciertos sonidos dejan de percibirse totalmente,

ocultados o enmascarados por otros. El MPEG-1 Layer III aprovecha estas

ocultados o enmascarados por otros. El MPEG-1 Layer III aprovecha estas

imperfecciones auditivas humanas para eliminar la información que no podemos

imperfecciones auditivas humanas para eliminar la información que no podemos

percibir, manteniendo la máxima calidad en las zonas de mayor sensibilidad (de

percibir, manteniendo la máxima calidad en las zonas de mayor sensibilidad (de

forma similar al caso de que, en una imagen 3D, eliminásemos toda la información

forma similar al caso de que, en una imagen 3D, eliminásemos toda la información

de los objetos tapados por planos más próximos al observador).

de los objetos tapados por planos más próximos al observador).

Antes del auge que este formato ha obtenido en los últimos años gracias a Internet,

Antes del auge que este formato ha obtenido en los últimos años gracias a Internet,

con las consecuentes batallas legales por los derechos de autor que el fenómeno ha

con las consecuentes batallas legales por los derechos de autor que el fenómeno ha

acarreado, variantes de este método de compresión ya se empezaron a utilizar en los

acarreado, variantes de este método de compresión ya se empezaron a utilizar en los

dos sistemas de grabación digital domésticos surgidos a principios de los noventa, el

dos sistemas de grabación digital domésticos surgidos a principios de los noventa, el

DCC y MiniDisc.

DCC y MiniDisc.

Compresión y descompresión

Compresión y descompresión

Las peculiares características del algoritmo hacen que mientras que la descompresión

Las peculiares características del algoritmo hacen que mientras que la descompresión

(y por consiguiente la reproducción) se puede realizar en tiempo real en un

(y por consiguiente la reproducción) se puede realizar en tiempo real en un

ordenador corriente, la compresión sólo pueda realizarse a tiempo real en

ordenador corriente, la compresión sólo pueda realizarse a tiempo real en

ordenadores equipados con procesadores de última generación.

ordenadores equipados con procesadores de última generación.

Las siglas MP3 corresponden al formato de compresión MPEG-1 Layer III.

Las siglas MP3 corresponden al formato de compresión MPEG-1 Layer III.

Sus principios están basados en la psicoacústica.

Sus principios están basados en la psicoacústica.

Con este método se consiguen reducciones del 90% con muy poca pérdida de

Con este método se consiguen reducciones del 90% con muy poca pérdida de

calidad.

calidad.

La fase de descompresión se realiza en tiempo real durante la reproducción del

La fase de descompresión se realiza en tiempo real durante la reproducción del

fichero, pero la compresión es mucho más lenta.

fichero, pero la compresión es mucho más lenta.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

34

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

34

Calidad y bit ratio

Calidad y bit ratio

Este formato ofrece varios niveles de calidad posibles, seleccionables por el usuario a

Este formato ofrece varios niveles de calidad posibles, seleccionables por el usuario a

la hora de comprimir y determinados por la tasa de transferencia o bit ratio elegido.

la hora de comprimir y determinados por la tasa de transferencia o bit ratio elegido.

La tasa que se utiliza en la mayoría de los ficheros disponibles en Internet es la

La tasa que se utiliza en la mayoría de los ficheros disponibles en Internet es la

de 128 Kbits/s, es decir un valor cercano al 9% del que ofrece el audio digital

de 128 Kbits/s, es decir un valor cercano al 9% del que ofrece el audio digital

convencional a 44.100 Hz y 16 bits.

convencional a 44.100 Hz y 16 bits.

Recordemos que un segundo de audio convencional ocupa: 44.100 muestras/segundo × 2 bytes/muestra × 2 canales, es decir, aproximadamente 176.400 bytes/segundo, y

este valor debe multiplicarse por 8 si queremos hablar de bps (i.e. bits/segundo), ya que cada byte está constituido por 8 bits, lo cual nos da un valor de 1.411.200 bps.

Recordemos que un segundo de audio convencional ocupa: 44.100 muestras/segundo × 2 bytes/muestra × 2 canales, es decir, aproximadamente 176.400 bytes/segundo, y

este valor debe multiplicarse por 8 si queremos hablar de bps (i.e. bits/segundo), ya que cada byte está constituido por 8 bits, lo cual nos da un valor de 1.411.200 bps.

Con este ratio de 128 Kbps, la pérdida de calidad es casi inapreciable, y se podrá

Con este ratio de 128 Kbps, la pérdida de calidad es casi inapreciable, y se podrá

comprimir mucho más (hasta 8 Kbps) cuando se requieran tamaños muy inferiores

comprimir mucho más (hasta 8 Kbps) cuando se requieran tamaños muy inferiores

(aunque en estos casos de compresión tan extrema la degradación sonora sí que

(aunque en estos casos de compresión tan extrema la degradación sonora sí que

resulta muy evidente).

resulta muy evidente).

Más información

Más información

Miles de páginas en Internet ofrecen no sólo música en formato MP3, sino también todos los recursos necesarios para reproducir estos ficheros e incluso para comprimir nuestra propia música. Una buena dirección de partida la encontramos en: http://www.mp3.com/.

Miles de páginas en Internet ofrecen no sólo música en formato MP3, sino también todos los recursos necesarios para reproducir estos ficheros e incluso para comprimir nuestra propia música. Una buena dirección de partida la encontramos en: http://www.mp3.com/.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

35

PUOC  FUOC

Etapa 5: Historia del audio digital Etapa 5:

Etapa 5: Historia del audio digital Etapa 5:

Grabación y generación digital de sonido

Grabación y generación digital de sonido







Los primeros experimentos en audio digital datan de finales de los cincuenta,

Módulo 2: Principios del sonido digital

35

Los primeros experimentos en audio digital datan de finales de los cincuenta,

cuando Max Mathews obtuvo en los laboratorios Bell los primeros sonidos

cuando Max Mathews obtuvo en los laboratorios Bell los primeros sonidos

generados por ordenador. En esta época, la escasa potencia de las computadoras no

generados por ordenador. En esta época, la escasa potencia de las computadoras no

permitía una velocidad suficiente para digitalizar el sonido. Los experimentos

permitía una velocidad suficiente para digitalizar el sonido. Los experimentos

consistieron en obtener sonidos sintéticos generando los números en el ordenador.

consistieron en obtener sonidos sintéticos generando los números en el ordenador.

En módulos posteriores trataremos la síntesis y el procesado del sonido digital.

En módulos posteriores trataremos la síntesis y el procesado del sonido digital.

Tras muchos experimentos que ayudaron a comprender mejor la naturaleza del



Tras muchos experimentos que ayudaron a comprender mejor la naturaleza del

sonido digital, el primer grabador comercial, el Sony PCM-1, vio la luz en 1977.

sonido digital, el primer grabador comercial, el Sony PCM-1, vio la luz en 1977.

El conversor era de 13 bits y utilizaba como soporte cintas de vídeo Betacam.

El conversor era de 13 bits y utilizaba como soporte cintas de vídeo Betacam.



Al año siguiente (1978), el modelo PCM-1600 ya utilizaba conversión de 16 bits.



Al año siguiente (1978), el modelo PCM-1600 ya utilizaba conversión de 16 bits.



En 1982 apareció el disco compacto, desarrollado conjuntamente por Sony y



En 1982 apareció el disco compacto, desarrollado conjuntamente por Sony y

Philips, con un éxito fulminante. •





A principios de los ochenta aparecieron también los primeros sintetizadores

Philips, con un éxito fulminante. •

A principios de los ochenta aparecieron también los primeros sintetizadores

digitales y los primeros samplers. De ellos hablaremos profusamente en módulos

digitales y los primeros samplers. De ellos hablaremos profusamente en módulos

posteriores.

posteriores.

Los primeros sistemas domésticos de grabación digital no llegaron hasta finales



Los primeros sistemas domésticos de grabación digital no llegaron hasta finales

de los ochenta, inicialmente con la cinta DAT (Digital Audio Tape), y,

de los ochenta, inicialmente con la cinta DAT (Digital Audio Tape), y,

posteriormente, con el DCC (Digital Compact Cassette), el MiniDisc, la grabación

posteriormente, con el DCC (Digital Compact Cassette), el MiniDisc, la grabación

a disco duro, los CD-R (grabadores de discos compactos) y varios formatos de

a disco duro, los CD-R (grabadores de discos compactos) y varios formatos de

multipistas digitales (Alesis, Tascam, etc.).

multipistas digitales (Alesis, Tascam, etc.).

Las tarjetas de sonido para ordenadores, dotadas de conversores A/D y D/A,



Las tarjetas de sonido para ordenadores, dotadas de conversores A/D y D/A,

aparecidas en los últimos años, han supuesto la definitiva democratización del

aparecidas en los últimos años, han supuesto la definitiva democratización del

sonido digital. A ellas dedicamos el apartado “Los ordenadores y el audio digital”.

sonido digital. A ellas dedicamos el apartado “Los ordenadores y el audio digital”.

Los ordenadores y el audio digital

Los ordenadores y el audio digital

Hoy día, a todos nos parece normal disponer en nuestro ordenador de un sistema de

Hoy día, a todos nos parece normal disponer en nuestro ordenador de un sistema de

audio digital con el que hubiese soñado “el más profesional de los músicos” hace

audio digital con el que hubiese soñado “el más profesional de los músicos” hace

poco más de 10 años.

poco más de 10 años.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

36

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

36

Para concluir este módulo haremos un breve resumen histórico de lo que ha sido el

Para concluir este módulo haremos un breve resumen histórico de lo que ha sido el

binomio ordenador/audio digital a lo largo de las últimas décadas.

binomio ordenador/audio digital a lo largo de las últimas décadas.

Tal como se comenta en el apartado “grabación y generación digital de sonido”, Max

Tal como se comenta en el apartado “grabación y generación digital de sonido”, Max

Mathews consiguió sintetizar sonido digital en un ordenador ¡a finales de la década

Mathews consiguió sintetizar sonido digital en un ordenador ¡a finales de la década

de los cincuenta! Aunque se tardó unos años más en disponer de la velocidad

de los cincuenta! Aunque se tardó unos años más en disponer de la velocidad

suficiente para muestrear sonido analógico, las posibilidades abiertas por Mathews

suficiente para muestrear sonido analógico, las posibilidades abiertas por Mathews

iniciaron dos largas décadas de investigaciones en el terreno de la síntesis digital,

iniciaron dos largas décadas de investigaciones en el terreno de la síntesis digital,

llevadas a cabo inevitablemente en ordenadores mainframes y estaciones de trabajo

llevadas a cabo inevitablemente en ordenadores mainframes y estaciones de trabajo

Unix, en centros universitarios o laboratorios de importantes empresas informáticas.

Unix, en centros universitarios o laboratorios de importantes empresas informáticas.

Audio digital para las masas

Audio digital para las masas











El Commodore Amiga fue el primer ordenador doméstico que incorporó, en

El Commodore Amiga fue el primer ordenador doméstico que incorporó, en

1985, ciertas posibilidades de audio digital. El Amiga disponía de cuatro

1985, ciertas posibilidades de audio digital. El Amiga disponía de cuatro

conversores D/A de 8 bits. Carecía de conversores A/D, por lo que, si no se

conversores D/A de 8 bits. Carecía de conversores A/D, por lo que, si no se

compraba un dispositivo muestreador adicional conectable al puerto paralelo,

compraba un dispositivo muestreador adicional conectable al puerto paralelo,

sólo funcionaba como reproductor. Estos primeros conversores D/A adicionales

sólo funcionaba como reproductor. Estos primeros conversores D/A adicionales

tenían una limitación importante, ya que por motivos de velocidad sólo

tenían una limitación importante, ya que por motivos de velocidad sólo

permitían muestrear en memoria RAM, y no directamente al disco duro, por lo

permitían muestrear en memoria RAM, y no directamente al disco duro, por lo

que la duración de los sonidos almacenables era muy limitada. Aun con todas

que la duración de los sonidos almacenables era muy limitada. Aun con todas

estas limitaciones, que lo hacían inviable para un trabajo profesional, el Amiga

estas limitaciones, que lo hacían inviable para un trabajo profesional, el Amiga

supuso para muchos la entrada al sonido digital.

supuso para muchos la entrada al sonido digital.

Las primeras aplicaciones serias se dieron a finales de los ochenta en dos



Las primeras aplicaciones serias se dieron a finales de los ochenta en dos

plataformas que, ya de por sí, no eran nada baratas (Apple Macintosh y NeXT),

plataformas que, ya de por sí, no eran nada baratas (Apple Macintosh y NeXT),

mientras que el coste del hardware adicional superaba fácilmente el medio millón

mientras que el coste del hardware adicional superaba fácilmente el medio millón

de pesetas. No eran productos “para las masas”, pero los estudios de grabación y

de pesetas. No eran productos “para las masas”, pero los estudios de grabación y

algunos músicos profesionales se los pudieron ya permitir. Especialmente en el

algunos músicos profesionales se los pudieron ya permitir. Especialmente en el

caso del Mac, el hardware y el software de Digidesign, que ofrecía cuatro canales

caso del Mac, el hardware y el software de Digidesign, que ofrecía cuatro canales

de 16 bits, se convirtió en un estándar (y lo sigue siendo hoy) de la grabación y

de 16 bits, se convirtió en un estándar (y lo sigue siendo hoy) de la grabación y

edición de audio digital en disco duro.

edición de audio digital en disco duro.

El bautizo sonoro del PC fue realmente tímido y tardío. En 1988, una compañía



El bautizo sonoro del PC fue realmente tímido y tardío. En 1988, una compañía

canadiense, Ad Lib, fabricó las primeras tarjetas de sonido. Soportaban tan sólo

canadiense, Ad Lib, fabricó las primeras tarjetas de sonido. Soportaban tan sólo

cuatro voces con sonidos sintéticos y, aunque muchos juegos comenzaron a tener

cuatro voces con sonidos sintéticos y, aunque muchos juegos comenzaron a tener

en cuenta el nuevo hardware, los tipos de sonidos ofrecidos por el pequeño

en cuenta el nuevo hardware, los tipos de sonidos ofrecidos por el pequeño

sintetizador permitían poco más que generar una cierta musiquilla de fondo, con

sintetizador permitían poco más que generar una cierta musiquilla de fondo, con

una calidad sonora bastante infame. Al no disponer de sonido digitalizado, la Ad

una calidad sonora bastante infame. Al no disponer de sonido digitalizado, la Ad

Lib no favorecía la reproducción de efectos convincentes (golpes, motores, etc.)

Lib no favorecía la reproducción de efectos convincentes (golpes, motores, etc.)

o voces (o gritos), que el mercado de los juegos estaba esperando.

o voces (o gritos), que el mercado de los juegos estaba esperando.

Un año más tarde, Creative Labs, una empresa de Singapur que había trabajado



Un año más tarde, Creative Labs, una empresa de Singapur que había trabajado

en síntesis de voz, lanzó al mercado la primera Sound Blaster, que añadía a la

en síntesis de voz, lanzó al mercado la primera Sound Blaster, que añadía a la

compatibilidad con la Ad Lib unas pequeñas posibilidades de audio digital. Pese

compatibilidad con la Ad Lib unas pequeñas posibilidades de audio digital. Pese

a que estas posibilidades eran limitadas (dos canales de 8 bits), el éxito fue

a que estas posibilidades eran limitadas (dos canales de 8 bits), el éxito fue

 PUOC FUOC



Módulo 2: Principios del sonido digital

37

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

37

tremendo y propulsó a la compañía al primer puesto del mercado multimedia

tremendo y propulsó a la compañía al primer puesto del mercado multimedia

internacional, lugar que sigue ocupando en la actualidad.

internacional, lugar que sigue ocupando en la actualidad.

Hoy día todas las tarjetas ofrecen como mínimo dos canales de audio a 16 bits y



Hoy día todas las tarjetas ofrecen como mínimo dos canales de audio a 16 bits y

hasta 44.100 Hz de frecuencia de muestreo, con posibilidad de grabación y

hasta 44.100 Hz de frecuencia de muestreo, con posibilidad de grabación y

reproducción a disco duro. Algunas, especialmente orientadas al músico

reproducción a disco duro. Algunas, especialmente orientadas al músico

semiprofesional, incorporan además un mayor número de salidas, así como

semiprofesional, incorporan además un mayor número de salidas, así como

entradas y salidas digitales. Cualquiera de ellas permite, sin embargo, con la

entradas y salidas digitales. Cualquiera de ellas permite, sin embargo, con la

ayuda del software necesario, descubrir las inmensas posibilidades del audio

ayuda del software necesario, descubrir las inmensas posibilidades del audio

digital.

digital.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

38

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

38

Autoevaluación

Autoevaluación

1. ¿Qué es un transductor?

1. ¿Qué es un transductor?

• Cualquier dispositivo que convierta una magnitud física en otra.

• Cualquier dispositivo que convierta una magnitud física en otra.

• Un conversor de sonido analógico a digital.

• Un conversor de sonido analógico a digital.

• Un dispositivo integrado dentro del ordenador.

• Un dispositivo integrado dentro del ordenador.

• Un micrófono.

• Un micrófono.

2. La digitalización de sonido…

2. La digitalización de sonido…

• presupone conectar un micrófono al ordenador.

• presupone conectar un micrófono al ordenador.

• puede producirse en una única fase.

• puede producirse en una única fase.

• se produce en dos fases: cuantificación y muestreo, pero el orden no es

• se produce en dos fases: cuantificación y muestreo, pero el orden no es

fundamental.

fundamental.

• se produce en dos fases: muestreo y cuantificación, y siempre en este orden.

• se produce en dos fases: muestreo y cuantificación, y siempre en este orden.

• supone un incremento en la calidad sonora.

• supone un incremento en la calidad sonora.

3. Muestrear…

3. Muestrear…



implica aplicar frecuencias a una señal analógica.



implica aplicar frecuencias a una señal analógica.



implica modificar la frecuencia de una señal.



implica modificar la frecuencia de una señal.



significa convertir el sonido en números que el ordenador pueda gestionar.



significa convertir el sonido en números que el ordenador pueda gestionar.



significa lo mismo que discretizar.



significa lo mismo que discretizar.



significa tomar valores de cualquier magnitud a intervalos regulares.



significa tomar valores de cualquier magnitud a intervalos regulares.

4. El teorema de Nyquist…

4. El teorema de Nyquist…



determina cuál es la máxima frecuencia de muestreo aplicable para una señal dada.



determina cuál es la máxima frecuencia de muestreo aplicable para una señal dada.



determina cuál es la máxima frecuencia que puede tener una señal.



determina cuál es la máxima frecuencia que puede tener una señal.



determina cuál es la máxima frecuencia que se puede muestrear correctamente



determina cuál es la máxima frecuencia que se puede muestrear correctamente

para una frecuencia de muestreo determinada. •

determina que la frecuencia de muestreo debe ser como máximo el doble de la

para una frecuencia de muestreo determinada. •

frecuencia de la señal.

determina que la frecuencia de muestreo debe ser como máximo el doble de la frecuencia de la señal.

5. La frecuencia de Nyquist…

5. La frecuencia de Nyquist…



es igual a 22.050 Hz.



es igual a 22.050 Hz.



es igual a la frecuencia de muestreo.



es igual a la frecuencia de muestreo.



es igual al doble de la frecuencia de muestreo.



es igual al doble de la frecuencia de muestreo.



es la máxima frecuencia que puede tener un sonido.



es la máxima frecuencia que puede tener un sonido.



es la máxima frecuencia que se puede muestrear correctamente.



es la máxima frecuencia que se puede muestrear correctamente.



es la mínima frecuencia que puede tener un sonido.



es la mínima frecuencia que puede tener un sonido.

6. ¿Por qué es frecuente muestrear a 44.100 Hz?

6. ¿Por qué es frecuente muestrear a 44.100 Hz?



No es excesivamente frecuente.



No es excesivamente frecuente.



Porque así no se consume demasiada memoria.



Porque así no se consume demasiada memoria.



Porque el oído humano no detecta frecuencias aproximadamente por encima de



Porque el oído humano no detecta frecuencias aproximadamente por encima de

los 20.000 Hz.

los 20.000 Hz.



Porque es el doble de la frecuencia de Nyquist.



Porque es el doble de la frecuencia de Nyquist.



Porque se obtiene más calidad que si muestreásemos a 48.000 Hz.



Porque se obtiene más calidad que si muestreásemos a 48.000 Hz.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

39

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

7. ¿Cuál es la frecuencia de Nyquist de un disco compacto?

7. ¿Cuál es la frecuencia de Nyquist de un disco compacto?



11.025 Hz.



11.025 Hz.



20.000 Hz.



20.000 Hz.



22.050 Hz.



22.050 Hz.



44.100 Hz.



44.100 Hz.



48.000 Hz.



48.000 Hz.



96.000 Hz.



96.000 Hz.



Depende de la grabación.



Depende de la grabación.

39

8. Muestrear a frecuencias menores…

8. Muestrear a frecuencias menores…



ahorra espacio pero pierde calidad.



ahorra espacio pero pierde calidad.



consume más espacio y pierde calidad.



consume más espacio y pierde calidad.



es más rápido.



es más rápido.



gana calidad a costa de consumir más espacio.



gana calidad a costa de consumir más espacio.



nunca es recomendable.



nunca es recomendable.



produce sonidos más brillantes.



produce sonidos más brillantes.



puede producir frecuencias “fantasmas” si no se filtra la señal convenientemente.



puede producir frecuencias “fantasmas” si no se filtra la señal convenientemente.

9. Si queremos ahorrar espacio o memoria, ¿qué es más conveniente?

9. Si queremos ahorrar espacio o memoria, ¿qué es más conveniente?



Muestrear a 22.050 Hz y filtrar con un paso bajo a 44.100 Hz.



Muestrear a 22.050 Hz y filtrar con un paso bajo a 44.100 Hz.



Muestrear a 44.100 Hz, filtrar con paso alto a 22.050 Hz y convertir a 22.050 Hz.



Muestrear a 44.100 Hz, filtrar con paso alto a 22.050 Hz y convertir a 22.050 Hz.



Muestrear a 44.100 Hz, y filtrar con un paso bajo a la mitad de la frecuencia a la



Muestrear a 44.100 Hz, y filtrar con un paso bajo a la mitad de la frecuencia a la

que queramos convertir.

que queramos convertir.



Muestrear a cualquier frecuencia, siempre que sea inferior a 22.050 Hz.



Muestrear a cualquier frecuencia, siempre que sea inferior a 22.050 Hz.



Muestrear directamente a 22.050 Hz.



Muestrear directamente a 22.050 Hz.



Muestrear directamente a 48.000 Hz.



Muestrear directamente a 48.000 Hz.

10. El espectrograma…

10. El espectrograma…



es la representación de un sonido en el dominio frecuencial.



es la representación de un sonido en el dominio frecuencial.



es un gráfico con cuatro dimensiones.



es un gráfico con cuatro dimensiones.



es un gráfico con escala de grises.



es un gráfico con escala de grises.



permite representar sonidos mediante colores.



permite representar sonidos mediante colores.



representa la evolución temporal de todas las frecuencias de un sonido.



representa la evolución temporal de todas las frecuencias de un sonido.



representa la frecuencia de Nyquist en función del tiempo.



representa la frecuencia de Nyquist en función del tiempo.

11. El aliasing…

11. El aliasing…



añade frecuencias “fantasmas” a un sonido digitalizado.



añade frecuencias “fantasmas” a un sonido digitalizado.



casi nunca es perceptible.



casi nunca es perceptible.



es más importante cuanto más agudo sea un sonido.



es más importante cuanto más agudo sea un sonido.



no es deseable, pero tampoco evitable.



no es deseable, pero tampoco evitable.



se produce cuando muestreamos una señal con una frecuencia de muestreo



se produce cuando muestreamos una señal con una frecuencia de muestreo

demasiado alta.

demasiado alta.

12. La frecuencia de muestreo de una tarjeta de sonido…

12. La frecuencia de muestreo de una tarjeta de sonido…



depende de la resolución en bits de la tarjeta.



depende de la resolución en bits de la tarjeta.



determina la calidad de la tarjeta.



determina la calidad de la tarjeta.



es fija para cada tarjeta.



es fija para cada tarjeta.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

40

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital



es igual a 44.100 Hz.



es igual a 44.100 Hz.



es variable y configurable por software de forma automática.



es variable y configurable por software de forma automática.



no puede ser superior a 48.000 Hz.



no puede ser superior a 48.000 Hz.

40

13. El rango dinámico de un sistema de sonido…

13. El rango dinámico de un sistema de sonido…



depende de las amplitudes máxima y mínima que el sistema puede reproducir.



depende de las amplitudes máxima y mínima que el sistema puede reproducir.



es igual al número de bits de resolución por 8.



es igual al número de bits de resolución por 8.



es superior en los sistemas digitales.



es superior en los sistemas digitales.



se expresa en unidades de presión o de voltaje.



se expresa en unidades de presión o de voltaje.

14. Cuanto mayor sea la resolución de un sistema digital, …

14. Cuanto mayor sea la resolución de un sistema digital, …



más débil sonará.



más débil sonará.



más fuerte sonará.



más fuerte sonará.



más niveles de amplitud y menos ruido de fondo presentará el sonido.



más niveles de amplitud y menos ruido de fondo presentará el sonido.



más ruido de fondo presentará el sonido.



más ruido de fondo presentará el sonido.



mayor será el error de cuantificación.



mayor será el error de cuantificación.



menor será el rango dinámico.



menor será el rango dinámico.



menos bits se emplearán para codificar el sonido.



menos bits se emplearán para codificar el sonido.

15. Una resolución de 16 bits…

15. Una resolución de 16 bits…



da un rango dinámico máximo de 96 dB.



da un rango dinámico máximo de 96 dB.



da un rango dinámico mínimo de 96 dB.



da un rango dinámico mínimo de 96 dB.



es la máxima posible.



es la máxima posible.



es la que se utiliza en los discos compactos y DVD.



es la que se utiliza en los discos compactos y DVD.



es mejor que una de 24 bits.



es mejor que una de 24 bits.



presenta 32.767 posibles niveles.



presenta 32.767 posibles niveles.

16. El sobremuestreo…

16. El sobremuestreo…



aumenta en 12 dB la relación señal/ruido.



aumenta en 12 dB la relación señal/ruido.



es una técnica que permite mejorar la relación señal/ruido a costa de aumentar la



es una técnica que permite mejorar la relación señal/ruido a costa de aumentar la

resolución real. •

es una técnica que permite mejorar la relación señal/ruido sin aumentar la

resolución real. •

resolución real.

es una técnica que permite mejorar la relación señal/ruido sin aumentar la resolución real.



hace que los ficheros de sonido ocupen el doble.



hace que los ficheros de sonido ocupen el doble.



hace que los ficheros de sonido ocupen la mitad.



hace que los ficheros de sonido ocupen la mitad.

17. Un minuto de sonido monofónico a 16 bits y 44.100 Hz…

17. Un minuto de sonido monofónico a 16 bits y 44.100 Hz…



cabe perfectamente en un disquete.



cabe perfectamente en un disquete.



ocupa aproximadamente 10 Mbytes.



ocupa aproximadamente 10 Mbytes.



ocupa aproximadamente 172 Kbytes.



ocupa aproximadamente 172 Kbytes.



ocupa aproximadamente 5 Mbytes.



ocupa aproximadamente 5 Mbytes.



ocupa un tamaño que depende de la frecuencia de salida.



ocupa un tamaño que depende de la frecuencia de salida.



ocupa un tamaño que depende de la resolución.



ocupa un tamaño que depende de la resolución.

18. El MP3…

18. El MP3…



es la abreviación de MPEG-II Layer 3.



es la abreviación de MPEG-II Layer 3.



es la abreviación de MPEG-III.



es la abreviación de MPEG-III.

 PUOC FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital

41

PUOC  FUOC

Módulo 2: Principios del sonido digital



es un formato de audio mejor que el WAV.



es un formato de audio mejor que el WAV.



es un sistema de compresión/descompresión de sonido.



es un sistema de compresión/descompresión de sonido.



es un sistema de intercambio de ficheros por Internet.



es un sistema de intercambio de ficheros por Internet.



se inventó en torno a 1995.



se inventó en torno a 1995.

41

Get in touch

Social

© Copyright 2013 - 2024 MYDOKUMENT.COM - All rights reserved.