¿Qué es el sonido digital?

2002/09/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Irudiak/Soinuak

¿Qué es el sonido digital? La respuesta a esta pregunta es rápida si sabemos lo que es el sonido. En definitiva, el sonido no es más que una onda que se propaga en el aire, y digitalizar el sonido es convertir esa onda en una sucesión de números. Esta secuencia se puede guardar y manipular en el ordenador. Lo que ofrecía el cine de aquel país es, en definitiva, el resultado de todo ello, al menos justificando así el precio de la entrada.

Muchas veces el precio de la entrada asegura la calidad digital del sonido. Pero, ¿qué significa eso? Para responder a esta pregunta debemos analizar los números anteriormente mencionados. Dado que la sucesión de números es la expresión de la onda, cuantos más números se utilicen para un determinado intervalo de sonidos, mejor expresión se obtendrá. Está claro, por tanto, que ese número de números tiene que cumplir unos mínimos.

Las ondas de 440 Hz realizan 440 ciclos en un segundo. Y para expresar correctamente las oscilaciones de la onda es necesario tomar al menos 5 números por ciclo. Por lo tanto, se necesitan 2.200 números (2,2 kHz) para poder expresar correctamente este sonido. Sin embargo, las frecuencias más altas exigen un mayor número de números, por lo que con un determinado número los sonidos más frecuentes están menos representados que los menos frecuentes.

Dadas las características de los sonidos reales, se ha adoptado 44,1 kHz como estándar de calidad, es decir, se deben tomar 44.100 números para mantener un sonido de un segundo con buena calidad. ¿No es demasiado para el equipo de aquel cine?

Sonidos sonoros, sonidos bajos

Otro factor que debe tenerse en cuenta es que los valores que pueden tomar estos números también se reflejan en la calidad. Por ejemplo, se puede utilizar una escala de cero a diez, es decir, una escala en la que la onda del sonido más sonoro alcanza frecuentemente el valor 10. Pero esta escala no suele tener una gran flexibilidad, es casi imposible distinguir los matices del sonido a través de una pequeña escala. Por el contrario, la escala utilizada en el mercado es de -32.768 a +32.768.

¿Cómo se ha elegido un número tan raro? Por la expresión binaria de los números. Este rango puede alcanzar un valor de 65.536, es el número de números que pueden almacenar 2 bytes en la memoria del ordenador.

Por lo tanto, para expresar correctamente la intensidad del sonido, cada número necesita 2 bytes en la memoria y un sonido de un segundo necesita 44.100 números. Por lo tanto, este sonido llenará en la memoria 88.200 bytes, es decir, unos 86 K. Se calcula que en la memoria de un megabyte sólo se pueden almacenar 11,89 segundos. El sonido digital de abajo pierde calidad, ya que 44,1 kHz y 2 bytes son las características ' de calidad CD'.

Manipulación de números

Sin embargo, independientemente de su calidad en CD, el sonido digital tiene otras características, ya que al tratarse de una sucesión de números es fácilmente manipulable. con sólo cambiar los números estamos cambiando el sonido. Por ejemplo, colocando ceros en lugar de todos los números de un intervalo de tiempo, convertimos el intervalo en silencio; o si dividimos todos los números, reducimos el volumen del intervalo a la mitad; etc. Aunque son cambios simples, las consecuencias son importantes.

Al mismo tiempo, las complejas variaciones de los números aumentan enormemente las posibilidades de manipulación del sonido. Así, por ejemplo, se producen efectos sonoros (ecos, distorsiones, …), se reduce o elimina el ruido de fondo continuo, se refuerzan varias frecuencias y se debilitan otras. Por otro lado, a menudo producen un efecto similar al de un cambio de ubicación de las fuentes sonoras. Son muchos los procesos que se llevan a cabo antes de comercializar la música en un disco.

Además de los discos, los sonidos de la radio y la televisión están manipulados digitalmente. La voz, por ejemplo, está tratada por compresión. Este tratamiento establece límites de intensidad en el sonido, limitando así las señales a partir de una amplitud para evitar los vértices sonoros bruscos. Y todos ellos son sólo algunos ejemplos de manipulación digital. El número de oportunidades depende de la creatividad. Por ello, el sonido resultante y el original no tienen mucho que ver.

¿Todo lo que escuchamos en la televisión, la radio, el cine y los discos es de ordenador? No, claro, pero el ordenador es una herramienta muy útil para manipular ese sonido. En definitiva, se trata de una serie de números en los que se puede cambiar el sonido digital. Y su calidad depende de la memoria que necesite. En un CD, por ejemplo, se almacenan 44.100 números por segundo, representados mediante 2 bytes cada uno.

Cuando el cine de un pueblo perdido ofrece sonido digital, nos da el resultado de ese tratamiento y no el tratamiento. Por lo tanto, no es el cine el que necesita un ordenador con gran memoria. Pero el sonido ya no nos impresiona. Quizá tengamos razón de seducirnos cuando la imagen también es digital.

Sonido, ruido organizado

Una vez terminado el día a día, descansar adecuadamente no es nada fácil cuando el vecino está aprendiendo a tocar el violín. Parece que el ruido que se produce al otro lado de la pared superará todos los obstáculos para evitar nuestro descanso. No es de extrañar, la física de los sonidos es un tema muy complejo. Los hilos del violín, agitados por las moléculas del aire, producen ondas de presión. Estas ondas provocan la vibración de la pared y así se transmiten al aire de nuestra habitación. No hay forma sencilla de evitar la transmisión, por lo que el ensayo del vecino será obligatorio. ¡Si aprendiera a tocar el contrabajo sikiera! Noticias

¿En qué consiste la diferencia? El violín golpea el aire con más frecuencia que el contrabajo: Para que se oiga una determinada 'la' mueve el aire 880 veces en un segundo, por lo que la frecuencia de esta onda es de 880 Hz.

La onda de una 'la' dada por el contrabajo es sólo de 55 Hz. Las altas frecuencias generan altas notas y las bajas notas. Además del violín del vecino, un soprano que rompe cantando copas produce ondas de alta frecuencia. Pero además de crear la frecuencia adecuada, el soprano tiene que cantar en voz alta para romper una copa.

Cuando el soprano canta en voz alta, saca el aire con fuerza. Independientemente de la frecuencia, la sonoridad es consecuencia de la amplitud de la onda. Por ejemplo, al tocar la cuerda de una guitarra, la frecuencia no cambia (se oye la misma nota), pero poco a poco el sonido se calla, es decir, la amplitud disminuye. Esto es debido a la pérdida de fuerza de la vibración. Y la onda que llega a nuestros oídos cambia de la misma manera con el tiempo aproximadamente:

La onda atenuada que se ve en la imagen, sin embargo, es ideal; las ondas de sonidos reales son más complejas. Aunque escuchamos una sola nota, las frecuencias armónicas intervienen en el sonido. A la frecuencia básica se añaden otras más grandes, pero no cualquier frecuencia, sino múltiplos de la básica. Esto hace más compleja la estructura de la onda.

Los armónicos nos permiten distinguir si el sonido es de violín o clarinete. La ventaja de la complejidad es que da un color especial a cada sonido. A este 'color' se le llama generalmente timbre.

Hay que tener en cuenta los timbres, armónicos, frecuencias y amplitudes, ¿no es demasiado para el vecino? Mientras ensaya, quizás mejor estar fuera de casa. Al cabo de unos años aprende a controlar estas complejas ondas. Utilizará las frecuencias adecuadas para la correcta ejecución de las notas y proporcionará a cada nota la intensidad correspondiente, controlando la amplitud de la onda. Por otra parte, se utilizará el timbre de otros instrumentos, dando más importancia a unas frecuencias armónicas que a otras. Hasta entonces, se deberá pedir al vecino que insonorice la habitación para que la onda no se transmita en ningún caso.

El teorema de Nyquist: clave para digitalizar

La digitalización del sonido real (una onda analógica) es un proceso complejo. En primer lugar, el micrófono recibe la vibración del aire y lo convierte en una señal eléctrica que luego se digitaliza. Para ello, el sonido digital es una relación de medidas en las que la tensión que cambia constantemente. En un solo segundo pueden ser miles de medidas.

Por ello, la calidad de la digitalización dependerá del número de medidas adoptadas por segundo. El estándar de grabación de CDs es de 44.100 medidas por segundo. ¿Por qué? ¿Cómo han llegado a ese número? En definitiva, se trata de un cálculo matemático basado en el teorema de Nyquist.

Según el teorema de Nyquist, para expresar mediante números las ondas de una determinada frecuencia, cada ciclo debe tener al menos dos medidas. Por ejemplo, para representar mediante números una onda de 5.000 Hz, necesitamos como mínimo 10.000 números por segundo.

En caso contrario, la declaración no será adecuada: Dado que en sonido real no existe una frecuencia única, esta regla se aplica a la de menor longitud de onda. Por otra parte, el sonido que puede oír el ser humano no supera los 22.000 Hz, por lo que el estándar de calidad del sonido digital se ha fijado en 44.100 Hz.

PC y Macintosh Antiguamente el sonido digital estaba en manos de unos pocos, pero con el desarrollo de los ordenadores ha llegado también al consumidor de la calle. Los reproductores de música son cada vez más baratos, así como micrófonos, grabadores, etc. Por lo tanto, los estudios de grabación amateur en hogares privados se están convirtiendo en algo habitual. En un estudio de casa es imprescindible el ordenador para poder trabajar con sonido digital. Hay muchos buenos programas disponibles, el límite actual es el tamaño de la memoria, que también se ha disparado en los equipos domésticos. Este software es capaz de utilizar un sonido de calidad CD. El estándar de archivos de sonido en PC es el de extensión WAV y en Macintosh el de extensión AIFF. Estos archivos almacenan, en definitiva, el sonido tal y como se explica en este artículo. Sin embargo, para que cada fichero no cumpla tanta memoria, otros formatos como el mp3 se han convertido en habituales. Sin embargo, en estos formatos alternativos la información está comprimida, por lo que los ficheros MP3 y AIFF tienen menor calidad sonora que los ficheros MP3.