SONIDO DIGITAL

Indice:

1.- Sonido digital, ¿qué es?

2.- Vídeo Prácticas: Tarjeta capturadora Audio Control 1 y grabadores digitales Marantz PDM 660 e iKey Plus.

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 el ancho de banda comúnmente adoptado para la música es de 20 a 20000 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. Como referencia las frecuencias de muestreo más usadas por las capturadoras de audio son 32KHz, 44,1KHz, 48KHz,  96 KHz, y 192,4 KHz.

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.

El flujo de datos binarios obtenidos en esta primera fase de codificación es muy elevado, es el formato PCM o sin compresión, por ejemplo, este formato es el que se utiliza en la grabación de CDs, que con una frecuencia de muestreo de 44,1 Khz y 16 bit, una hora de música ocupa unos 700 MB.

Cuando el destino del sonido digital es su transmisión y/o almacenamiento y no se requiere la máxima calidad, se aplica una  segunda codificación que reduce el tamaño a consta de la calidad,  un ejemplo es el formato mp3, donde se obtienen reducciones de 7 o 10 a 1 con una calidad aceptable (192  y 128 kbps).

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 Marantz PMD 660:

 

VIDEO 3: 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 aliasing. 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 normalmente 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 cuantificador 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. Esta distorsión se puede ver fácilmente con programas de edición de audio como por ejemplo Adobe Audition o Audacity (gratuito), sólo hay que hacer zoom en un tramo sonoro dónde se aprecie que el nivel es excesivo, veremos las muestras tomadas y la imagen se parecerá a la de la figura siguiente.

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

Contiene un conversor A/D y 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 esta capturadora.

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:  44.1, 48, 96 y 192 KHz 
  • Alta resolución de los convertidores: 16 y 24 bits
  • Relación S/N buena: 100 dB
  • Bajo ruido en la entrada de micrófono : -128 dBu

 

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.

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 una 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

GuardarGuardar

5,878 total views, 1 views today

PROCESADOR DE EFECTOS


Indice:

1.- Procesador de Efectos, ¿qué es?

2.- VídeoPráctica

3.- Procesador de Efectos, lo que también debes saber

4.- Conclusión

————– + ————-

1.- Procesador de Efectos, ¿qué es?

Un Procesador de Efectos de sonido es un dispositivo electrónico que modifica uno o varios parámetros de la señal de entrada para obtener otra señal procesada distinta a la original.

Procesador Alesis Nanoverb 2
     Figura 1: Procesador de efectos Alesis Nanoverb

Así tendremos los siguientes tipos de efectos de sonido:

  • Efectos de  tiempo: hall,room, plate y eco
  • Efectos de nivel: expander, noise gate, compressor
  • Efectos de modulación: frange, chorus, phaser
  • Efectos de tonalidad: pitch
  • Efectos de panorámica: ping pong
  • Efectos de timbre: distortion, exciter
  • Efectos  combinados: suma de dos o mas de los anteriores

 

2.- Vídeo Práctica: Puesta en funcionamiento del Procesador de Efectos

VideoPráctica en la que muestro los diferentes modos de conexión de un procesador de efectos Alexis Nanoverb a una mesa de mezclas Behringer XENYX 2442FX. Aprovechando que esta mesa de mezclas posee un procesador de efectos interno también se prueba su funcionamiento.

3.-  Procesador de efectos, lo que también debes saber

La mayoría de los procesadores de efectos se conectan a la mesa de mezclas por envíos y retornos auxiliares, únicamente los procesadores de efectos de nivel  (compresores, expansores y puertas de ruido) y los ecualizadores se conectan por inserto o en la salida de master de la mesa de mezclas.

En la figura 2, puedes ver realizar los tres tipos de cables de inserto posibles: con Jack, con Canon y con RCA.

Tipos de cables de inserto
Figura 2: Tipos de cables de inserto

 

 

Veamos detalles de algunos  efectos comunes que podemos encontrar en un procesador de efectos:

  • Hall: Simula el campo sonoro en un sala grande. Posee un tiempo de reverberación alto. Da profundidad.
  • Room: Simula el campo sonoro en una sala pequeña. Tiene menos brillo que el Hall y un tiempo de reverberación mas bajo
  • Plate: Simula como si el sonido fuera emitido desde una gran plancha metálica. Es un sonido plano que no crea ambiente ni profundidad.
  • Eco: Se consigue enviando sobre la salida la misma señal retrasada mas de 50 milisegundos. Se usa en guitarras, voces y teclados.
  • Flanger:  Se consigue duplicando la onda sonora original; una de las ondas se mantiene limpia de procesado, mientras que a la segunda se le aplica un delay (retraso) de entre 5 y 25 milisegundos. Produce un característico sonido metalizado oscilante, sobre todo en frecuencias medias y altas.
  • Chorus:  Se consigue retrasando una señal original en tiempo para mezclarla con una señal modulada por un a onda de baja frecuencia.  Produce la sensación de  varios instrumentos tocando en conjunto o varias voces cantando al unisono.
  • Phaser: Similar al flanger pero mas suave. La señal original se dobla, se le aplica un retraso y se suma con la señal original.

Además de los efectos que tenga el procesador es importante conocer las características técnicas que nos proporciona el fabricante. Veamos algunas de ellas:

  • A/D Converter: Convertidor Analogico Digital. Ejemplo 18 bits. Esto indica que las palabras digitales con las que trabaja son de 18 bits, cuanto mas mejor, y si es posible que sea el mismo valor que el del convertidor D/A.
  • D/A Converter: Convertidor Digital/Analógico. Ejemplo 20 bits. Esto indica que las palabras digitales que convierte a analógico son de 20 bits. Si el convertidor A/D es de 18 bits, lo que sucede es que ha elevado los bits de forma artificial el equipo, a esto se le llama resolución interna y es  mayor que las anteriores, según el ejemplo que nos ocupa de unos 24 bits.
  • Relación señal/ruido: Nos sirve para saber si aplicará ruido de fondo la señal. Un valor superior a 100 está bien.  Si el procesador tiene entradas distintas, por ejemplo de línea y de micro el valor será distinto para cada una.
  • Frecuencia de muestreo: Es el número de muestras de la señal analógica que se toman por segundo, lo normal es 44.1 kHz y 48 kHz. Los equipos de gran calidad poseen 96 kHz y 192kHz.

 

 

Aclaraciones:

Tiempo de Reverberación: Tiempo que tarda en decaer la señal 60 dB contado desde que se deja de emitir el sonido. En función de lo que se vaya a reproducir en la sala, esta debe tener un tiempo de reverberación determinado.

Rango dinámico: Es el cociente entre el nivel presión acústica máxima y mínima medidos en pascales (pa). Se expresa en dB y un valor alto da grandiosidad al sonido ( por ejemplo en un cine).

Rango dinámico (dB) = 20 * log  Presión máx. (pa) / Presión mín. (pa)

 

4.- Conclusión

A la hora de elegir un procesador de efectos ten en cuenta los siguientes criterios:

1º.- Que la relación señal/ruido sea como mínimo de 100 dB. Algunos fabricantes  llaman a esta característica rango dinámico (mal hecho por su parte).

2º.- Que el convertidor Analógico/Digital (A/D) sea como mínimo de 18 bits; 20 o 24 bits estaría muy bien. ¡Ojo! no confundas los bits de resolución de procesamiento interno con los del convertidor A/D. Los bits de procesamiento interno tienen un valor superior a los del convertidor A/D.

3º.- Que se ajuste a tus necesidades. Si no te gusta trastear con los parámetros de los efectos, decídete por un procesador más simple. Hay procesadores que son muy complicados de manejar debido a la cantidad de parámetros que posee cada efecto, estos están pensados para profesionales que saben lo que tienen en sus manos.

4º.- Actualmente muchas mesas de mezclas incluyen un procesador de efectos sencillito que da solución a muchas necesidades básicas. Te dejo un ejemplo: Behringer XENYX QX1204 USB esta mesa es ideal para Youtubers: 4 entradas de micro, dos de linea (stereo), conexión USB y Procesador de efectos ( 32 efectos) de los cuales algunos pueden ser modificados en tres parámetros, y todo por 230 euros… ¿Se puede pedir mas?

Un Saludo.

leandrogg68

5,320 total views, 1 views today