Proceso de digitalización de una señal analógica

El audio digital es la codificación digital de una señal eléctrica que representa una onda sonora. Consiste en una secuencia de valores enteros y se obtienen de cuatro pasos fundamentales: filtrado de las altas frecuencias (antialiasing), muestreo (sampling), cuantificación y codificación.

Filtrado de altas frecuencias (Antialiasing)

Este proceso consiste en hacer pasar la señal analógica por un filtro paso bajo que permite el paso de frecuencias de la gama audible y elimina las superiores a este rango. Este paso previo es necesario ya que la presencia de frecuencias superiores a las audibles ocasionaría errores del todo indeseables en la grabación y reproducción.

Muestreo

El muestreo consiste en la toma de muestras de la señal analógica un número determinado de veces por unidad de tiempo. El periodo de tiempo entre dos muestras se denomina índice de muestreo, y cuanto mayor sea más asemejará la forma de la onda digital a la forma de la onda analógica original. Las velocidades de muestreo bajas limitan el intervalo de frecuencias que pueden grabarse, lo que puede dar como resultado una grabación que no representa correctamente el sonido original.

Comparación de distitnas tasas de muestreo

En la figura se aprecian dos velocidades de muestreo distintas. La A es una velocidad en muestreo baja, que distorsiona la onda de sonido original. La B, por el contrario, es una velocidad muestreo alta, que reproduce perfectamente la onda de sonido original.

El teorema de Nyquist estipula que el índice de muestreo debe ser igual o mayor al doble de la frecuencia máxima contenida en la señal. Nuestros oídos pueden escuchar sonidos hasta 20.000 Hz aproximadamente. Por lo tanto, para obtener un nivel de calidad de sonido satisfactorio, el índice de muestreo debe estar, al menos, en el orden de los 40.000 Hz. Se utilizan diversos índices estandarizados de muestreo:

– 32 kHz: para radios FM digitales (limitadas a una banda de 15 kHz)

– 44,1 kHz: para audio profesional y discos compactos.

– 48 kHz: para la grabación de pistas digitales grabadas por separado y equipos de grabación de consumo (como DAT o MiniDisc)

Dither

El dither es un ruido aleatorio analógico de cierta amplitud que se suma a la señal que queremos cuantificar, haciendo así que disminuya la distorisión, ya que el oído integra el sonido.

Cuantificación

Niveles de cuantificación de una señalLa cuantificación es la discretización de un rango continuo de amplitudes por aproximación o truncamiento de valores. El resultado será un grupo más reducido de amplitudes discretas. Las muestras toman el valor del nivel más próximo dentro del rango de niveles establecidos. Asigna a cada una de las muestras anteriormente tomadas un nivel de sonido mediante cifras de 1 y 0. 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.

El error de cuantificación es la diferencia entre el valor real analógico en el instante de muestreo y el valor del intervalo de cuantificación asignado.

Codificación

Los datos binarios obtenidos en el proceso de cuantificación no son aptos para ser grabados directamente. Nunca se graban los números como tales sino que se establece una correlación (código), que depende del medio físico en el que se grabe, entre unos y ceros y el soporte de la grabación. Para adaptar los datos a las características propias del sistema de grabación se emplea un código de canal, que permite un óptimo aprovechamiento del espacio de grabación y posibilita que los datos puedan recuperarse después con facilidad. En esencia, pues, un código de canal tiene por misión transformar una sucesión de datos binarios (creados en el proceso de cuantificación) en una serie de cambios que se envían al medio de grabación o de transmisión.

La codificación de canal supone además estructurar los datos que van a ser grabados de acuerdo a una señal de tiempo que se registra al mismo tiempo que permita la recuperación de los datos con el sincronismo adecuado.

Bibliografía

“Las vibraciones de la música” Jesús Mariano Merino de la Fuente

es.kioskea.net

boj.pntic.mes.es

acceder.gov.ar

info-ab.uclm.es