Conceptos básicos del audio digital

El audio como señal analógica, hoy en día estamos acostumbrados a “mover” audio en nuestro ordenador con una calidad excelente, a editar cortando, fundiendo, incluyendo efectos y otras modificaciones con un software «más o menos profesional», gracias a la digitalización de una señal analógica como el audio.

Pero, ¿sabías que todas las fuentes de sonido que existen en la naturaleza y claramente nuestros sistemas de captación (oídos), son analógicos?. Nuestras cuerdas vocales, la cuerda de una guitarra y el órgano de la catedral, por ejemplo, emiten sonido gracias a la vibración controlada de alguna parte móvil que genera una onda que al llegar a nuestro oído en el rango de las frecuencias audibles, la percibimos como sonido, más o menos armonioso.

Las señales analógicas conllevan, salvo para su uso inmediato como el que se da al realizar la mezcla en los conciertos, charlas o música en vivo, problemas de degradación en su registro y posterior tratamiento. La solución ideal es digitalizar, es decir, convertir en 1 y 0 la señal analógica de variación continua; pero, ¿en qué consiste el proceso de digitalización?

Digitalizar consiste básicamente en tomar muestras periódicas de la señal analógica y asignar a cada una de estas muestras un valor numérico equivalente al nivel de la señal continua. Una vez establecido esto, veamos en qué condiciones se deber realizar este muestreo para que la invertir el proceso obtengamos una copia exacta del original.

Según el teorema de Nyquist-Shannon, para que una señal sea recuperable con exactitud, las muestras se deben tomar con una frecuencia superior al doble de la máxima frecuencia que vayamos a muestrear.

En audio, determina la mayor frecuencia a muestrear, la máxima audible por el oído humano, es decir, salvo casos excepcionales, 20KHz. Según esto, muestrear a 40KHz sería suficiente para una reconstrucción perfecta de la señal. En la realidad, dado que en el proceso de reconstrucción existen fases imperfectas, se considera que un muestreo a un 10% de frecuencia adicional compensa estos efectos no deseados. Así la frecuencia de muestreo de un CD de audio es de 44,1KHz, suficiente para evitar los errores en la conversión de digital a analógico. 

Es un error común pensar que cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, más exacta será la conversión D/A posterior. Es cierto que cuanto mayor sea el muestreo, menos precisos han de ser los procesos de recuperación, abaratando los costes de desarrollo y fabricación de equipos, pero en realidad, no aportan calidad perceptible en las conversiones de cuantificación habituales.

Ya tenemos una idea aproximada de cuántas veces debemos muestrear una señal de audio analógico para poder recuperarla, pero ¿cuántos bits son necesarios para reproducir esa señal de nuevo en el mundo analógico?

Del número de bits que utilicemos depende la cantidad de niveles distintos que somos capaces de representar. Así, si utilizamos 8 bits, tan solo seremos capaces de distinguir entre 256 niveles, que son muy pocos para una señal audible. Volviendo al ejemplo del CD de audio, la cantidad de bits utilizada es de 16, lo que permite asignar valores a 65.536 niveles distintos y que en la práctica permite reproducir señales por encima de los 90dB de rango dinámico.

Sistemas como el SACD (Super Audio CD) utilizan un sistema de muestreo diferente, que toma 2,8 Millones de muestras de un único bit por segundo, con una respuesta en frecuencia de 100KHz, muy por encima de los 20KHz audibles y con un rango dinámico de 120dB.

En el entorno profesional se manejan otras cifras. Las frecuencias de muestreo habituales van desde los 44,1KHz que se utiliza para calidad CD, pasando por 48KHz, 96KHz y hasta los 192KHz, pero lo que bajo mi punto de vista determina la calidad es el la profundidad de cuantificación, 16bit es lo habitual y razonable, pero los equipos capaces de trabajar a 24bit dan un extra de precisión que un oído, por poco entrenado que esté, es capaz de percibir siempre y cuando el resto de los equipos estén a la altura.

Tan importante como el registro de señales, es el procesado de las mismas. En casi todos los entornos de trabajo de sonido, es necesario aplicar algún efecto que realce, expanda, comprima o simplemente suprima realimentaciones. Todos estos procesos, cuando se realizaban en analógico, suponían una gran inversión y sólo un operador avanzado era capaz de sacarles un partido razonable. En la actualidad, con los procesos de señal digital, esta tarea se ha visto simplificada y abaratada enormemente, equipos como el reverb Lexicon MX300 te permiten acceder a un sin fin de efectos que podrás utilizar tanto en directo gracias a sus «presets» fácilmente accesibles, como en el estudio, mediante el control desde un ordenador de todos los parámetros imaginables de la señal.