Audio Digital


Comparación de audio analógico y digital

El sonido se transmite y almacena de 2 maneras:

Audio analógico: tensión positiva y negativa


Un micrófono convierte las ondas de sonido bajo presión en cambios de tensión en un cable: la alta presión se convierte en tensión positiva, mientras que la baja presión lo hace en negativa. Cuando estos cambios de tensión viajan a través de un cable de micrófono, pueden grabarse en cinta como cambios en intensidad magnética o en discos de vinilo como cambios en tamaño de surco. Un altavoz funciona como un micrófono pero a la inversa: toma las señales de tensión de una grabación de audio y vibra para volver a crear la onda de presión.

Audio digital: ceros y unos

A diferencia de los medios de almacenamiento analógicos, como las cintas magnéticas o los discos de vinilo, los equipos informáticos almacenan información de audio de forma digital como una serie de ceros y unos. En el almacenamiento digital, la forma de onda original se desglosa en instantáneas individuales denominadas muestras. Este proceso se conoce normalmente como digitalización o muestreo del audio.

Para cada una de ellas los soportes de almacenamiento son distintos:

Analógico: cilindros, discos de diferentes materiales y cintas
Digital:  cintas, Cds, DVDs, discos rígidos, etc.

Las señales analógicas se llaman así porque son "análogas" a la forma de la señal original. Es decir, es la representación visual resultante en su forma de la señal acústica original. Por el contrario, en la grabación digital, la onda sonora es transformada en una sucesión de unos y ceros en sistema binario, mediante conversores A/D analógicos digitales.

El audio digital se ha impuesto al analógico porque tiene algunas ventajas, principalmente, evita la mayor degradación del sonido analógico y las pérdidas que se producen al generar copias del original. Como también posee un mayor rango dinámico de la señal (96db en el caso de 16bits, ya que varía según la resolución), a diferencia del mayor rango posible en una señal analógica (66db).

Los atributos técnicos de un archivo de sonido están representados por dos valores esenciales. Uno es la frecuencia de muestreo y el otro es la profundidad de bits.

Conversión analógico-digital


La digitalización de sonido real, también llamado muestreo (sampling), se realiza mediante los denominados ADC, o Conversores de Analógico a Digital, circuitos que, a una determinada frecuencia, toman "fotografías" del sonido, que convierten en números que después son almacenados en el ordenador.

El proceso inverso al del muestreo es la conversión de digital a analógica, encargada a los circuitos DAC. Además de convertir los números almacenados en el ordenador a una señal eléctrica, se debe filtrar ésta para obtener una señal válida. En la calidad de dichos filtros reside, en muchas ocasiones, la calidad de sonido de una tarjeta de muestreo, obteniendo en algunas un nivel de ruido de fondo que las hace inútiles para usuarios exigentes.


Frecuencia de muestreo

La frecuencia de muestreo es la velocidad con que se toman las muestras. Indica cuántas tomas o muestras se registran en un tiempo determinado durante la captura de la onda analógica para ser representada en un dominio digital. Se expresa en ciclos completos por segundo; Hertz (44.1 khz – 48khz – 96 khz – 192 khz). Como ejemplo de audio digital se puede mencionar el Compact Disc convencional que posee una frecuencia de muestreo de 44.100 ciclos por segundo (44.1 Khz.). Cuanto más alta sea la velocidad de muestreo, más se asemejará la forma de la onda digital a la forma de la onda analógica original.



Para reproducir una frecuencia determinada, la velocidad de muestreo ha de ser al menos el doble de la frecuencia. (Consulte frecuencia Nyquist.) Por ejemplo, los CD tienen una velocidad de muestreo de 44.100 muestras por segundo, por lo que pueden reproducir frecuencias de hasta 22.050 Hz, lo que está justo por encima del límite de audición humana (20.000 Hz).

En la tabla siguiente se enumeran la velocidades de muestreo más habituales del audio digital:



¿Cual es la calidad de muestreo más deseable? Es un tema muy discutido, pero podemos decir que cuanto mayor sea la frecuencia, podremos captar mayor cantidad frecuencias agudas y los efectos sonoros podrán ser procesados con mayor calidad puesto que disponemos de mayor cantidad de muestras por segundo.

Algunas personas aconsejan grabar en 48000 Hz, otras en 96000 Hz, pero otras dicen que es mejor grabar en calidad de CD (44100 Hz) dado que al masterizar las pistas para un CD no es necesario realizar el proceso de dither, el cual puede ensuciar la señal.


Profundidad de bits


La profundidad de bits determina el rango dinámico o amplitud de onda de cualquier sonido.  Cuando se muestrea una onda de sonido, se asigna a cada muestra el valor de amplitud más cercano a la amplitud de la onda original. Una profundidad de bits más alta proporciona más valores de amplitud posibles, lo que produce un rango dinámico más grande, una base de ruido inferior y mayor fidelidad.




Cada bit es una representación binaria (0-1) y cuanto mayor sea la cantidad de bits (8-16-24-32) de un archivo sonoro, mayor será su fidelidad de audio.



Como en el caso anterior, existen distintos enfoques con respecto a esta medida, pero digamos que con 32 bit podremos tomar muestras de audio de gran amplitud de volumen, pudiendo captar fielmente hasta los detalles más mínimos de las frecuencias sonoras más débiles, como por ejemplo ciertas frecuencias altas de los platillos de una batería captadas por micrófonos condensadores.

Cada uno podrá experimentar cuál de estos consejos es válido, pero digamos que para grabar una banda de rock & roll no sería necesario realizar las tomas en una calidad superior a la de CD, en cambio si tomáramos una orquesta de música clásica, podríamos pensar en grabar en 96000 Hz y en 32 bit dado que habrá sonidos mucho más sutiles y la amplitud de volumen será mucho mayor.

Forzar 16 bit en Ardour: como JACK intentará iniciar de forma predeterminada en 32 bit, podemos ahorrarle la exploración de las capacidades de nuestra tarjeta de sonido forzándolo a usar 16 bit (las tarjetas más comunes sólo permiten grabar en 16 bit), pero lo más importante será que ahorraremos espacio en disco/RAM y tiempo de procesamiento de CPU.



Formatos de archivo de audio


a) Formato sin comprimir

CDA (Compact Disc Audio) es el formato nativo de los discos compactos, con frecuencias de muestreo de 44.1 Khz, 16 bits de cuantificación y en dos canales. Es claro que ocupa mucho espacio, por lo que un disco compacto promedio tiene capacidad de 74 minutos. El formato digital del sonido se encuentra dentro de la estructura física del Track o pista.

WAV: Creado por Microsoft en 1987, viene de Wave, que significa “onda”: síntesis de ondas de sonido real. Es el formato de audio de más calidad y el más universal. Se ha convertido en el formato estándar de la industria discográficas.

AIFF (Audio Interchange Format File). Popular en sistemas Apple. Soporta hasta 44.1 Khz y 32 bits de cuantificación.


b) Formatos de compresión con pérdidas
Se basan en codificación perceptual para eliminar componentes de energía que teóricamente no se escuchan.

MP3 (MPEG audio layer 3): Es el más conocido de todos . Fue creado por Thomson Multimedia y el Instituto Fraunhofer de Alemania en 1996. Ocultan determinados sonidos que presumiblemente no son perceptibles por el oído humano. Su algoritmo de compresión tiene ratios de 10:1 y 12:1 según el bitrate que se elija, siendo 128, 160 y 192 Kbps. los más habituales. El reducido tamaño y su aceptable calidad han favorecido su expansión como sistema de transmisión de música.

RA o RM (Real Audio). Creado por Real Networks. A pesar de tener una muy buena compresión y descompresión, generalmente su calidad no es adecuada para aplicaciones profesionales, pero es muy usado en la distribución de señales de audio a través de Internet en tiempo real o en vivo, esto es, en modo de streaming.

WMA o MS Audio (Windows Media Audio). Creado por Microsoft para competir con el MP3. AAC: (Advanced Audio Coding) es un formato exclusivo de Apple y funciona solo con reproductores
iPod.

OGG Vorbis es un formato que utiliza tecnologías similares a MP3 y AAC, pero con una diferencia importante: es completamente gratis, libre de patentes y se ha desarrollado bajo el modelo de código abierto. Logra la misma calidad de AAC y WMA (incluso en sonido envolvente) y es superior a MP3. Fue desarrollado con el fin de reducir los costos de la música legal y de los reproductores de música, pues parte de lo que los compradores pagan se va a los desarrolladores de MP3 o los otros formatos. Aunque es muy popular en el mundo del software (incluso es uno de los formatos predilectos de los desarrolladores de juegos y multimedia), es casi ignorado en el campo de los reproductores musicales, por lo que no se ha popularizado lo suficiente.


Configurando la sessión

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