Página actualizada al 24-Dic-96

Por Audio digital entendemos la grabación (digitalización) de sonido real, ya sea procedente de voces, instrumentos musicales acústicos o electrónicos, grabaciones, etc, en ordenador, en forma de ficheros informáticos.

Esta digitalización, también denominada 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 la memoria del ordenador (RAM o disco duro, dependiendo de su tamaño)

Pero al hablar de Audio digital no hay que olvidar que no sirve de nada tener el sonido digitalizado en el ordenador si no podemos escucharlo. Para ello, necesitamos hacer el proceso inverso al del muestreo: 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 filtar 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.

Como es de suponer, entre los procesos de digitalización y escucha, tenemos acceso a una variada gama de manipulaciones del sonido, que nos permiten obtener resultados imposibles, o, al menos, muy difíciles de realizar por otros métodos, sin necesidad de usar un caro equipo especializado.

A diferencia del M.I.D.I., que sólo almacenaba información de interpretación, aquí grabamos el sonido real resultante, por lo que para su reproducción no se necesita la fuente de sonido original. Esto significa una vantaja, pero por otro lado, no se podrá asignar una determinada interpretación a otro instrumento diferente a aquel con el que se grabó, corregir notas individuales ni otras modificaciones similares.

Para medir la calidad del muestreo, debemos refernos a dos parámetros: la frecuencia de muestreo y la resolución:

La Frecuencia de muestreo se refiere al número de mediciones que se realizan por segundo. Cuanto mayor sea esta frecuencia, más parecido será el resultado obtenido al sonido original. Según el teorema de Niquist, la frecuencia mínima de muestreo debe ser el doble del ancho de banda de la señal original. En términos más sencillos: Si el sonido original llega, en la zona de los agudos, a pongamos, 10.000 hertzios, debemos muestrear a 20.000 hertzios.

Dado que el oído humano es capaz de escuchar sonidos en el rango de 20 a 20.000 Hertzios, aproximadamente, se ha elegido como frecuencia de muestreo más adecuada, la de 44,1 Khz, es decir, aproximadamente el doble de la frecuencia más aguda que podemos escuchar.

Si deseamos digitalizar sonidos acústicos, no es necesario alcanzar esas frecuencias de muestreo, ya que ni las voces ni los instrumentos acústicos producen frecuencias relevantes por encima de los 10 Khz, aproximadamente (de hecho, un sistema de reducción de ruido de Phillips, y la codificación usada en los DCC - Digital Compact Cassette, se basa en esta realidad, por lo que corta todas aquellas frecuencias por encima de dicho límite). Así pues, en estos casos se puede utilizar una frecuencia de 32 Khz, o incluso de 22 Khz.

Si reducimos la frecuencia de muestreo, podemos apreciar que el sonido es menos nítido, más apagado, porque perdemos frecuencias agudas.

La Resolución hace referencia a la exactitud de las medidas efectuadas. Se mide en bits: si la resolución es de 8 bits tenemos 256 niveles posibles. Si ampliamos a 16 bit, cada medida puede estar en un rango de 0 a 65.535. Como se ve, la precisión en este último caso es mucho mayor.

De hecho, uno de los parámetros fundamentales para medir la calidad de un equipo Hi-fi es la llamada relación señal-ruido (S/N), indicada en decibelios. Si una pletina de cassette alcanza unos 50-60 db, y un reproductor de discos compactos llega a los 90 db, se considera que por cada bit de resolución se añaden unos 6 db a un mínimo de 6, es decir, que 8 bits equivalen a 54 db, y 16 bit, a unos 92 db.

Para que tengáis un punto de referencia, podemos decir que los discos compactos graban la música con una frecuencia de muestreo de 44,1 Khz, y una resolución de 16 bit. Como podéis comprobar, esos parámetros ofrecen una calidad de sonido realmente buena.

Es curioso comprobar cómo el ojo es más fácil de engañar que el oído: para dar sensación de movimiento, el cine y la televisión usan una frecuencia de entre 24 y 30 fotogramas por segundo, mientras que ¡la música necesita 44.100!

Como es lógico, depende de la calidad de la grabación. Si quieres calidad CD, son 5 Mb por pista y por minuto (44.100 muestras/seg x 2 bytes x 60 seg=  5.292.000 bytes, es decir, 5,04 Mb), lo que suma unos 40 Mb para una canción de 4 minutos. Tal cantidad de espacio recomienda usar frecuancias de muestreo más bajas y resolución de 8 bits para aquellos trabajos que no requieran tanta calidad (juegos, enciclopedias, etc...)

Existen sistemas de compresión que almacenan y leen en tiempo real los ficheros de audio, con la ayuda de chips DSP (procesadores de señal), consiguiendo ratios de 1:4 o superiores.

Si deseamos utilizar un sistema de grabación multipista, debemos multiplicar esos 5 Mb por los minutos y por las pistas que vayamos a usar.

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© página realizada por Fernando Sánchez Gómez para las II Jornadas Informáticas organizadas por CISEM y la Delegación de Alumnos de la Facultad de Ciencias.