Oversampling (Parte I)

Published On Oct-05-2017

Transcripción

Un concepto común en el audio digital es el oversampling. Este consiste en el uso de una frecuencia de muestreo considerablemente superior a la necesaria, de acuerdo con el teorema de Nyquist, para representar apropiadamente una señal con un rango de frecuencias determinado. Pues bien, anteriormente estudiamos las razones por las que las teorías de muestreo y cuantización no requieren obligatoriamente el uso de oversampling para alcanzar una calidad de audio determinada.

¿Cuál es entonces la utilidad del oversampling? Pues bien, cuando se lleva a cabo la conversión con frecuencias de muestreo que apenas cumplen con el teorema de Nyquist, el sistema dependerá grandemente de la exactitud de los componentes electrónicos utilizados. Estos componentes deberán tener una tolerancia muy baja, por lo que también son costosos. Al aplicar oversampling, es posible lograr la misma calidad de audio, con componentes de mayor tolerancia y menos costosos.

Es importante distinguir entre los conceptos de oversampling y noise shaping, el cual estudiaremos más adelante en la lección. Al combinar el oversampling con el noise shaping, se potencian sus ventajas, por lo que es común que se utilicen en conjunto. Dada esta cercana relación entre ambos conceptos, algunas personas utilizan ambos términos como sinónimos, aunque esto no es técnicamente correcto.

Una de las ventajas del oversampling es que permite utilizar filtros anti alias y filtros de reconstrucción con una pendiente sutil. Cuanto más sutil es la pendiente del filtro, menor probabilidad de que se produzcan desfases en la señal de audio.

Figura 9.8. Filtro anti alias con pendiente baja

Una segunda ventaja del oversampling se comprueba luego de estudiar brevemente la siguiente imagen. Observamos que la información transmitida por una señal analógica es bidimensional, ya que corresponde al área producto del ancho de banda por el SNR. Nótese que la misma área es cubierta por una señal analógica con la mitad del SNR, es decir, 6dB menos, si el ancho de banda se duplica. De manera similar, la misma información puede ser transmitida por una señal analógica con un cuarto del SNR, 12dB menos, si el ancho de banda se cuadruplica.

Este principio puede ser extrapolado al ambiente digital, si sustituimos el ancho de banda por la frecuencia de muestreo y el SNR por el wordlength. El principio que inferimos es que un aumento del sample rate permite reducir el wordlength de cada muestra, sin sufrir pérdidas de información.

Figura 9.9. Información transmitida bidimensional

Al aplicar oversampling para reducir el wordlength del sistema, es posible utilizar un convertidor flash. Se trata de convertidores que prescinden de circuitos track-hold, por lo que también operan de manera instantánea. La ventaja de esto, es que se eliminan las irregularidades producto de los circuitos track-hold.

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