Principios de Audio Digital, Segunda Parte

¡Hola!

En ésta nueva edición de Tecnología 101 continuaremos desenredando los conceptos básicos sobre el audio digital.

Errores de Codificación, Medición y Tratamiento

Durante la grabación, se producen errores de codificación (las máquinas aún no son perfectas) que representan Ruido digital, mejor explicado como Ruido de cuantización.

La CUANTIZACION es el fenómeno que se produce al muestrear, en donde un sample se ubica en la posición "más cercana" a su posición original. Al variar la posición se produce el ERROR DE CUANTIZACION, y este error genera RUIDO DE CUANTIZACION, una distorsión de la señal original.

El Ruido de Cuantización queda como ruido de fondo. Cuando desde una señal máxima (0 db, es decir, sin atenuación) bajamos el nivel y el ruido de fondo "enmascara" la señal llegamos al límite de la relación señal/ruido.

Dithering

En el mundo del audio digital, aplicar “dither” significa mezclarle “ruido” de manera controlada a una señal.

Aún cuando esto podría sonar aberrante en el mundo del audio analógico, en el mundo digital toma mucho sentido y aporta grandes beneficios a una señal.

Ya que el error de cuantización ocurre cuando el número de bits es reducido de la señal original, siendo el caso más obvio cuando una señal analógica (con un teórico número infinito de bits) es convertida a digital en un convertidor ADC. Imaginen una onda siendo cuantizada. De ser una onda sinoidal perfecta, por ejemplo, al ser cuantizada se convierte en una señal a pasos, que en vez de ser una onda con curvas perfectas, tiene forma de escalera. Esto es por el error de cuantización y generalmente, hace que las cosas suenen mal por haber perdido resolución.

Añadir entonces un poco de ruido blanco a ésta señal hará más “suave” la forma escalonada de una señal cuantizada creando un sonido mucho más natural. Sorprendentemente, éste proceso también amplía el rango dinámico de tal manera que señales mucho más pequeñas que el más pequeño paso digital pueden ser representadas, lo que hace que los sonidos tengan un decaimiento mucho más natural después de haberse aplicado el “Dithering”.

Es importante señalar que más allá de los 24 bits (reales) de cuantización en una señal, ya no es necesario aplicar Dithering y esto se debe a que 24 bits representan teóricamente un número de pasos suficientes para representar todas las formas posibles en el aire así que si la señal nunca es truncada por debajo de los 24 bits, entonces ésta técnica no es necesaria.

Índice Señal a Ruido

Es un error muy común el decir que la relación Señal/Ruido (SNR) es una buena medición para indicar la calidad de una señal. En vez de ello, es mejor pensar en el Rango Dinámico (Dynamic Range, DR) y ya que estamos en ello:

En las comunicaciones analógicas y digitales, el índice Señal-Ruido (SNR) es una medida de la fuerza de una señal con respecto al ruido de fondo, medida en decibeles.

Hipotéticamente el ruido no debe considerarse en una grabación digital por su naturaleza propia (pureza, mejor diseño de sistemas, etc). En el mundo digital se usa el término "Rango Dinámico" y el ruido se conoce como "Ruido de cuantización" el cual indica los probables errores (ruido) a la hora de muestrear con respecto a la señal original (señal).

Rango Dinámico o Dynamic Range

Una definición rápida y que no causa mucha polémica del "Rango Dinámico" es aquel nivel de señal que un sistema puede soportar SIN generar distorsión cuando hablamos de un aparato que grabe o reproduzca audio. Formalmente, el Rango Dinámico describe la relación entre el sonido más suave comparado contra el más alto de un instrumento o señal electrónica y también es medido en decibeles (dB).

Ya que definimos los bits en la edición pasada, podemos ahora comentar que por cada bit que se aumente de resolución, se incrementa en 6 dB el Rango Dinámico, por lo cual con una resolución de 16 bits, la relación señal/ruido es de 96 db.  Entonces, incrementar la resolución en bits nos aumentaría también el rango dinámico, es decir, alejando la señal deseada del piso del ruido, lo que resulta en una grabación más limpia.

El Dynamic range es usado en el equipo de audio para indicar la salida máxima de un equipo y para medir su "noise floor" (ruido de fondo). Como referencia, el rango dinámico del oído humano es de alrededor 120 db.

Conclusiones Parciales para ésta serie

A través de un recorrido por las especificaciones, me gustaría haberles aclarado un poco el panorama del por qué las empresas nos empeñamos en obtener cada vez mejores “números” (especificaciones) en nuestros productos.

Una grabación a 24 bits es totalmente distinta –y mejor!- de una a 16 bits y de igual manera, incrementar la frecuencia de muestreo nos elimina los problemas de “aliasing” que pueden llevar a defectos en nuestro apreciable audio digital.

Hoy día tenemos productos portátiles que graban a 24/48 sin problemas, con costos que hace 5 años eran imposibles de creer. La tecnología avanza a pasos de gigante y nosotros avanzamos con ella, siempre con el empeño de ayudar al músico a mejorar sus producciones a través de mejores productos y en éste caso, de un poco de difusión sobre la tecnología empleada.

Estén pendientes sobre futuras columnas con más temas de “tecnología 101”.

Reciban un saludo.

Gus Lozada
Gerente de Soporte Técnico y Especialista de Producto
M-Audio

Regreso a la página principal de M-Pulso