Digitalización de sonido – (señal de audio) de analógico a digital
En este artículo, exploraremos los fundamentos de la digitalización de sonido y sus procesos esenciales.
Fundamentos de la digitalización de sonido
¿Qué es la digitalización de sonido?
La digitalización de sonido implica la conversión de una señal de audio analógica en una señal digital. En el proceso de grabación, un micrófono capta la señal analógica, que luego es amplificada y convertida en datos digitales por un conversor analógico/digital antes de ser registrada en un dispositivo digital.
El Sonido Digital
Es importante comprender que la mayoría del sonido digital tiene un origen analógico, lo que significa que no es digital en su forma original.
La digitalización del sonido implica una serie de pasos: capturar, transformar, procesar y, finalmente, almacenar el sonido. Este proceso involucra diversos dispositivos y componentes que trabajan en conjunto para lograr la conversión del sonido analógico en formato digital.
Procesos de digitalización de sonido
La digitalización de audio se lleva a cabo a través de dos procesos principales: el muestreo y la cuantificación de la señal.
El Proceso de Digitalización
El primer paso en la digitalización del sonido implica la captura y transformación de las vibraciones sonoras emitidas por la fuente en señales eléctricas, que son variaciones de voltaje.
Para lograr esto, utilizamos un transductor electroacústico, como un micrófono o la pastilla de una guitarra eléctrica.
El resultado de esta conversión es una señal de flujo continuo que, al igual que la original, puede tener valores variables en el tiempo. Es importante tener en cuenta que esta imprecisión no necesariamente se considera un defecto.
Debido a esta variabilidad, obtener un valor numérico exacto para una muestra en un momento específico es prácticamente imposible. Por lo tanto, las mediciones tomadas pueden consistir en cifras decimales largas que, para propósitos prácticos, deben ser limitadas y aproximadas para obtener una representación adecuada de la forma de onda en el tiempo, incluyendo la amplitud y la frecuencia.
El Muestreo de la señal
El muestreo implica la selección de ciertos valores de la señal de audio analógica en intervalos regulares. Estas muestras se asignan valores numéricos, determinados por la frecuencia de muestreo, que indica cuántas muestras se toman por segundo.
El Muestreo
A continuación, entra en juego el proceso de muestreo en el conversor A/D (Analógico/Digital), que generalmente está integrado en la tarjeta de sonido o la interfaz de audio conectada a nuestro equipo informático. Para este propósito, conectamos el cable que transporta la señal eléctrica desde el transductor o el instrumento que se va a digitalizar.
El muestreo, también conocido como “sampling” en inglés, implica recopilar datos de estas señales eléctricas a intervalos regulares de tiempo controlados por un reloj digital interno.
Dos aspectos clave determinan la calidad del audio digital:
- Frecuencia de Muestreo: Este parámetro determina la cantidad de muestras tomadas por unidad de tiempo, expresadas en Khz (número de muestras por segundo). Para el estándar de CD de audio comercial, se ha establecido un valor estándar de 44,1 Khz, lo que equivale a 44,100 muestras por segundo.
- Antialiasing: El aliasing es un fenómeno no deseado que ocurre cuando se muestrea a frecuencias inadecuadas, lo que puede resultar en la aparición de frecuencias falsas o inexistentes. El filtro antialiasing se encarga de eliminar las frecuencias que exceden los 22.050 Hz (22,05 Khz) para evitar este problema.
NOTA:
La relación entre la frecuencia máxima de la señal original o banda de interés (fi) y la frecuencia de muestreo (fm) aceptable está determinada por el teorema de Nyquist: fm=2×fi.
Para el estándar de CD de audio comercial, el límite máximo de la banda de interés se incrementa en un 10% (incluso un 10,25%) para compensar la acción del filtro de reconstrucción utilizado en la etapa de reproducción [Ver título final].
Entonces, si tomamos como banda de interés el rango de frecuencias audibles, cuya frecuencia máxima es de 20 Khz, resulta: 20.000 Hz.+10,25%= 22.050 Hz. × 2 (teorema de Nyquist) = 44.100 Hz. = 44,1 Khz. Si la frecuencia máxima de la banda de interés fuera, por ejemplo, 12,5 Khz, resultaría aceptable muestrear a una frecuencia de 28 Khz.
BITRATE
El bitrate se refiere a la cantidad de bits (0 y 1) utilizados para representar cada una de esas muestras tomadas, expresadas en Kbps (kilobits por segundo).
Para el estándar de CD de audio, se ha establecido un valor estándar de 16 bits. Esta resolución, también conocida como profundidad, permite alcanzar un rango dinámico (la relación logarítmica entre la amplitud máxima y mínima) de hasta 96 dB.
Cuantificación de la señal
Una vez muestreada, la señal se cuantifica, asignándole valores de amplitud mediante la asignación de niveles de cuantificación. Este proceso convierte las muestras analógicas en datos digitales.
La cuantificación
Una vez definidos los parámetros mencionados anteriormente, se procede a medir el voltaje correspondiente a la amplitud de la muestra en cada instante (controlado por el ciclo de reloj interno). A este voltaje se le asigna un valor numérico discreto por aproximación, cuya precisión dependerá del bitrate de codificación. Este valor, finito y no continuo, puede considerarse como digital.
Para analizar y evaluar las muestras, es necesario retenerlas temporalmente en un circuito de retención que se encarga de generar el flujo adecuado.
La codificación
En la fase final, el conversor A/D, siguiendo las instrucciones establecidas por el códec utilizado, organiza los datos obtenidos de la muestra. Cada uno de estos valores discretos se transforma al sistema binario de 0 y 1, de acuerdo con el bitrate elegido, como por ejemplo, 16. En este punto, la información se vuelve completamente digital.
El archivo de audio digitalizado se guarda en el lugar especificado en el programa de grabación/edición utilizado, en el formato de audio determinado por el códec.
Códec
Códec es la abreviatura de codificador/decodificador. Estos son programas pequeños instalados en el ordenador que determinan cómo se almacenan los datos para ocupar menos espacio, aunque a menudo a expensas de perder cierta información.
Por lo tanto, es crucial tener instalado el códec adecuado tanto para comprimir y guardar el archivo como para reproducirlo posteriormente.
Frecuencia de muestreo
La frecuencia de muestreo determina la cantidad de muestras tomadas por segundo. Una frecuencia de muestreo más alta proporciona una lectura más precisa de la señal y una mayor calidad de grabación, aunque también ocupa más espacio en el disco duro.
Las frecuencias de muestreo comunes incluyen 44100Hz, utilizada en CDs convencionales, 48000Hz, utilizada en DVDs y televisión, y 96000Hz o 192400Hz, utilizadas en audio de alta definición.
La reproducción del audio digital
Para poder escuchar el sonido digitalizado, primero debe ser reconvertido al formato analógico.
El proceso comienza cuando un software de reproducción ejecuta el archivo de audio digitalizado y envía la serie de números binarios que lo componen a la tarjeta de sonido.
Allí, el conversor D/A – Digital/Analógico transforma estos números en variaciones de voltaje de valores discretos.
Finalmente, la señal pasa por un filtro de reconstrucción que modula y suaviza la señal antes de pasar al amplificador y a los altavoces. Estos, actuando como transductores, convierten la señal eléctrica en variaciones de presión de aire: el sonido.
El camino digital del sonido
Después de explorar los conceptos y procesos básicos involucrados en la digitalización del sonido (que es fundamental comprender), podemos trazar un esquema general de lo que sería un estudio de creación, edición y producción musical no profesional o casero, en términos de los dispositivos utilizados.
En resumen, la digitalización del sonido ocurre en el interior de los dispositivos que intervienen en el proceso, y aunque este proceso puede parecer opaco para el individuo, es esencial para el flujo de la música en el mundo digital.
La calidad del audio digital
A partir de lo explicado, y considerando que la obtención de un archivo de sonido digital involucra varios procesos interrelacionados, es evidente que la calidad del sonido digital resultante está directamente ligada a los valores asignados a cada uno de los parámetros en cada etapa del proceso.
Es esencial encontrar un equilibrio entre la calidad y el tamaño del archivo obtenido. No se trata simplemente de maximizar todos los parámetros, ya que esto generaría un archivo de máxima calidad pero prácticamente inmanejable.
En resumen, la calidad del audio depende de la frecuencia de muestreo, el bitrate y la codificación para cada uno de los canales de sonido utilizados y destinados a la reproducción posterior.
FAQ – preguntas frecuentes sobre digitalización de sonido
- ¿Qué significa digitalizar el sonido? Digitalizar el sonido implica convertir una señal analógica de audio en una representación digital, compuesta por una secuencia de números que representan las características del sonido.
- ¿Qué es la digitación del sonido? La digitación del sonido es el proceso de convertir señales de audio analógicas en datos digitales para su almacenamiento, procesamiento y reproducción utilizando tecnología digital.
- ¿Cómo se produce el sonido de forma digitalizada? El sonido se produce de forma digitalizada mediante la conversión de la señal analógica de audio en una serie de valores numéricos discretos, utilizando un proceso de muestreo y cuantificación.
- ¿Qué es sonido digital ejemplos? Ejemplos de sonido digital incluyen archivos de música en formatos como MP3, WAV, AAC, y pistas de audio en CDs y medios de almacenamiento digital.
- ¿Qué se necesita para digitalizar un sonido? Para digitalizar un sonido, se necesita un convertidor analógico a digital (ADC), que convierte la señal analógica en datos digitales, y un dispositivo de grabación o reproducción digital, como una computadora o un grabador digital.
- ¿Qué elementos necesitamos para digitalizar el sonido? Se necesitan un micrófono o fuente de audio analógica, un preamplificador (si es necesario), un convertidor analógico a digital (ADC) y un dispositivo de grabación o reproducción digital.
- ¿Cómo se mide el audio digital? El audio digital se mide utilizando muestras discretas tomadas a intervalos regulares de tiempo. La calidad del audio digital se determina por la frecuencia de muestreo y la profundidad de bits.
- ¿Qué tres elementos son necesarios para que se produzca sonido? Para que se produzca sonido, se necesitan una fuente de vibración (como una cuerda vibrante o un altavoz), un medio de transmisión (como el aire) y un receptor (como el oído humano o un micrófono).
- ¿Qué relación existe entre el scanner y la digitalización? Tanto un scanner como la digitalización convierten información analógica en datos digitales. Mientras que el scanner convierte imágenes analógicas en datos digitales, la digitalización de audio convierte señales de audio analógicas en datos digitales.
- ¿Cuáles son las técnicas de digitación? Las técnicas de digitación incluyen el muestreo, que captura instantáneas de la señal analógica a intervalos regulares, y la cuantificación, que asigna valores numéricos a estas muestras.
- ¿Quién creó el audio digital? El audio digital fue desarrollado por un equipo de investigadores liderado por James Russell en la década de 1960 en los laboratorios de Bell Telephone.
- ¿Cuántas etapas tiene la digitalización de una señal? La digitalización de una señal generalmente implica tres etapas principales: muestreo, cuantificación y codificación.
Te puede interesar
