SONIDO DIGITAL - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO

SONIDO DIGITAL

Indice:

1.- Sonido digital, ¿qué es?

2.- Vídeo Práctica: Tarjetas capturadoras de sonido

3.- Sonido digital, lo que también debes saber

4.- Conclusión

————– + ————-

1.- Sonido digital, ¿qué es?

El sonido se genera por la variación de presión en un medio (aire usualmente), por lo tanto es analógico,  los equipos actuales trabajan de forma digital (ceros y unos), lo que obliga a traducir esta variación analógica (infinitos valores en el tiempo) a valores digitales, a estos datos digitales es a lo que se le llama sonido digital.

Los equipos que trabajan con sonido digital poseen un conversor A/D (Analógico/Digital) que convierte  la señal analógica a digital, este proceso requiere de tres pasos: Muestreo, cuantificación y codificación.

Conversor Analógico/Digital - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 1. Conversor Analógico Digital (A/D)

Muestreador: Toma muestras de la señal analógica (señal en tiempo discreto), se debe cumplir que :

Fm  >  2  * BW     (teorema Nyquiest)

F: Frecuencia de muestreo (HZ)

BW (BandWidth): Ancho de banda de la señal a muestrear

Como ejemplo, el sonido grabado en un CD está muestreado a 44100 Hz, como ancho de banda comúnmente adoptado para la música es de 20 a 20000 Hz (19980 Hz), se cumple el teorema de Nyquiest. Hacer que se cumpla el teorema de Nyquiest en demasía (sobremuestreoNO aumenta la calidad de la señal, sólo aumenta la cantidad de datos generados.

Cuando la frecuencia de muestreo es inferior a la necesaria se produce la distorsión por aliasing, que impide recuperar fielmente la señal muestreada.

Muestreo de una señal - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 2. Muestreo de una señal.

Cuantificador: Cada muestra obtenida se hace corresponder con un valor (señal cuantificada). El número de valores posibles depende del número de bit del conversor (resolución).

Cuantificación y codificación - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 3. Cuantización y codificación

Por ejemplo, el sonido grabado en un CD utiliza un conversor A/D de 16 bits, lo que proporciona 216 = 65536 valores posibles para la cuantificación. Cuantos más valores se dispongan más precisa será la cuantificación, lo que reducirá el error de cuantificación.

Codificador: A cada valor cuantificado se le asigna un código binario; por ejemplo el sonido con calidad CD usa palabras binarias de 16 bits.

Cuando el destino de los datos binarios es su transmisión y/o almacenamiento, se vuelve a aplicar una segunda codificación que reduce el tamaño de los mismos, esta puede suponer una merma en la calidad, un ejemplo es el formato mp3.

Tras operar con los datos binarios, los equipos de sonido digital los transforman en una señal analógica, para finalmente, tras su amplificación, aplicarla a un altavoz que generará la presión acústica correspondiente (sonido), de esto se encarga el conversor A/D (Analógico/Digital).

2.- Vídeo Práctica: Tarjetas capturadoras de sonido

VIDEO 1: Funciones y puesta en funcionamiento de una capturadora de sonido Audio control 1:

VIDEO 2: Funciones y puesta en funcionamiento de un grabador digital de sonido iKEY PLUS:

3.- Sonido digital, lo que también debes saber

En la siguiente figura podemos observar, de forma genérica, los bloques de un equipo de sonido digital.

Equipo de sonido digital: diagrama de bloques - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 4. Bloques de un equipo de sonido digital.

Filtro antialiasing: Evita que se tomen muestras de señales de frecuencias superiores al ancho de banda deseado, esto elimina la distorsión por alialing. La frecuencia de corte de este filtro depende de la frecuencia de muestreo, en el caso típico de equipos de CD-Audio, como la frecuencia de muestreo es 44100 Hz, se establece la frecuencia de corte en 20000Hz, un 10% aproximadamente menos que la frecuencia crítica que es 22500Hz, esto se hace así debido a que los filtros no son perfectos y tienen un pendiente de caída determinada tras su frecuencia de corte.

Filtro de reconstrucción: Asegura que la señal analógica de salida no contenga componentes de frecuencia superiores a la de la frecuencia máxima de trabajo.

Soluciones a problemas del sonido digital

Distorsión por Aliasing

Solución: Muestrear a una frecuencia un 10 % superior a la frecuencia máxima de la señal (frecuencia crítica). Esta frecuencia se establece con el software de grabación utilizado en el caso de capturadoras de sonido o mediante el menú de configuración en los equipos. Lo normal es trabajar a 44100 Hz.

Error de cuantificación

Se pretende conseguir que el ruido generado por este error será inapreciable, para ello  su nivel debe ser menor que el ruido de la señal analógica a muestrear.

Solución: Aumentar el nº de bits del cuantificador. En las tarjetas capturadoras se puede ajustar con el software de grabación, en los equipos dedicados no. Lo normal es trabajar a 16 bits y con un frecuencia de muestreo de 44100 Hz con lo que se obtiene una relación S/N (Señal/Ruido) de 98,08 dB, superior a la relación S/N de la mayoría de las señales analógicas.

La ecuación que define la relación S/N a partir de los bits del conversor A/D es :

S/N(dB) = 20 log 2n  + 1,76

n = número de bits del conversor A/D

Saturación o clipping

Aparece cuando el nivel de la señal analógica de entrada es superior a la tensión de fondo de escala del convertidor A/D,  esto genera un recorte de la señal por su parte superior.

Saturación en un convertidor Analógico/Digital - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 5. Saturación en un convertidor A/D.

Solución: Ajustar el nivel de entrada de grabación para que no se alcance el nivel de CLIP (0 dB usualmente).

Ejemplo de equipo de sonido digital

En la siguiente figura se aprecian los bloques de una  capturadora de sonido Audio Control 1, como la utilizada en la vídeo práctica.

Esquema de capturadora de sonido Audio Control 1 - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 6. Capturadora de sonido Audio Control 1. Esquema de bloques

Se dispone de un conversor A/D y de dos conversores D/A, uno para cada dos salidas, también se  aprecia como el circuito para monitoreo puentea los conversores.

En la siguiente tabla vemos como el fabricante describe las características técnicas de la capturadora Audio Control 1:

Características de Capturadora Audio Control 1 - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO

Características de Capturadora Audio Control 1 - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 7. Capturadora de sonido Audio Control 1. Características técnicas

 Es de destacar las siguientes siguientes características de esta capturadora:

  • Alta frecuencia de muestreo, dentro del ámbito profesional: hasta 44.1, 48, 96 y 192 KHz 
  • Alta resolución de los convertidores: 16 y 24 bits
  • Relación S/N buena: 100 dB

 

4.- Conclusión

A la hora de elegir un equipo de sonido digital debemos revisar las características de los conversores que posee. Algunos equipos (de baja calidad) poseen un conversor A/D de menos bits que el conversor D/A, publicitando que el equipo posee una resolución que se hace corresponder con los bits del convertidor D/A. Un equipo de calidad tiene la misma resolución en sus dos conversores y es la que se publicita.

La relación S/N es una característica que no se nos debe despistar, hay que exigir un mínimo de 95 dB, en caso contrario el equipo aplicará más ruido que el propio de la señal que manejamos.

Aunque dispongamos de un capturadora como la mostrada en este artículo, no conseguimos más calidad de sonido al sobremuestrear una señal, es decir, al sobrepasar el teorema de Nyquiest, sólo sobredimensionados el archivo obtenido, tampoco obtendremos más calidad aumentando la resolución de bits, si la señal analógica tiene una relación S/N inferior a la que nos proporciona la resolución adoptada.

Bueno, espero que esta pequeña incursión en los conceptos básicos del sonido digital os sea de utilidad.

Un Saludo.

LeandroGG68

239 total views, 2 views today

Dejar un comentario

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *