Estudiemos brevemente los fundamentos del audio digital, para analizar a profundidad la manera en la que los preamplificadores y convertidores externos se añaden a las interfaces expandibles. Esto nos permitirá analizar dos ejemplos de dispositivos comúnmente utilizados en conjunto con estas interfaces.

Hemos estudiado la mayoría de las conexiones de una de las interfaces más comúnmente encontradas en home studios. Para comprender a profundidad el funcionamiento de las interfaces expandibles, así como los métodos por los cuales es posible aumentar la cantidad de canales de estas interfaces, es necesario conocer primero los fundamentos básicos del audio digital.

Anteriormente mencionamos la diferencia entra las señales analógicas y las digitales. Una señal analógica es continua, mientras que una señal digital es discreta. De esta manera, la señal digital posee una cantidad determinada de valores, los cuales pueden ser procesados por la computadora.

Toda la información procesada por la computadora debe estar codificada en binario. El sistema binario es un sistema numérico que obedece a los mismos principios que el sistema decimal, el cual utilizamos para nuestra numeración en la vida cotidiana. Simplemente, el sistema decimal permite usar cifras de entre 0 y 9, mientras que el binario permite únicamente 1 y 0.

La unidad básica de información digital es el bit. Un bit es un dígito del código binario, es decir, un 1 o un 0. Los bits suelen agruparse en conjuntos de ocho dígitos llamados bytes (Figura 5.17). En otras palabras, los bits equivalen a las letras de nuestro alfabeto, mientras que los bytes equivalen a las palabras.

Figura 5.17: Cadena de bits agrupados en bytes

Por lo tanto, un byte equivale a ocho bits. A su vez, un kilobyte equivale a 1024 bytes. Un megabyte equivale a 1024 kilobytes y así sucesivamente (Tabla 5.1).

Tabla 5.1: Equivalencias entre medidas de información

La cantidad de bytes contenida en una onda de sonido digital es determinada por cuatro factores: la cantidad de canales, la frecuencia de muestreo o sample rate, el bit depth y la duración de la grabación. 

Cantidad de bytes=cantidad de canales×sample rate ×bit depth ×duración

La analogía más clara para comprender los conceptos de sample rate y bit depth es la del video. Un video no es una secuencia continua como la vida real, sino una serie de imágenes que son mostradas una tras otra a una velocidad mayor que la que nuestros sistema visual es capaz de procesar. Como resultado, se genera la ilusión de que observamos una secuencia continua.

La calidad del video, a su vez, está determinada por dos factores: la cantidad de imágenes que se transmiten por segundo y la resolución de cada imagen. 

La cantidad de imágenes que se muestran en un segundo es llamada frame rate. Es aceptable afirmar que al transmitir 24 imágenes en un segundo, el cerebro las percibe como un movimiento continuo. Es decir, el frame rate es de 24 cuadros por segundo.

Adicionalmente, si cada imagen tiene una resolución baja, no importa que el frame rate sea alto. El resultado será un movimiento continuo pero borroso. Por el contrario, si la resolución de cada imagen es alta, el cerebro percibe un video con buena definición y movimiento continuo.

En el ámbito del audio, el frame rate equivale al sample rate, o frecuencia de muestreo. Este parámetro expresa cuántas muestras de la onda de sonido se tomaron en un segundo. En cada una de estas muestras, se mide la amplitud de la onda en ese momento (Figura 5.18).

Figura 5.18: Muestras tomadas a una onda de sonido

A su vez, la resolución equivale al bit depth. El bit depth expresa la cantidad de bits disponibles para expresar la amplitud de la onda en cada una de las muestras. Cuantos más bits se utilicen para cada muestra, mayor exactitud podrá tener cada valor.

Los valores estándar de calidad de disco compacto son un sample rate de 44.1 kHz y un bit depth de 16 bits. Esto significa que se tomaron 44100 muestras de la onda cada segundo. Cada muestra dispone de dos bytes para expresar la amplitud en ese instante. Recordemos que cada byte se compone de ocho bits, sumando un total de 16 bits.

Los valores estándar de calidad de DVD son un sample rate de 48 kHz y un bit depth de 24 bits. Esto quiere decir que se toman 48000 muestras por segundo, y cada muestra dispone de 24 dígitos para expresar la amplitud de la onda en ese momento. Por consiguiente, la calidad del audio es superior a la del disco compacto.

Implicaciones: conversión analógico-digital u digital-analógico 

Existen convertidores A-D/D-A capaces de llegar a 192 kHz, y DAW capaces de hacer cálculos a 32 bits. Hay una gran discusión acerca de la necesidad o no de grabar a sample rates tan altos. Existen diversas opiniones al respecto. No obstante, el teorema de Nyquist-Shannon establece matemáticamente que se necesita un sample rate con el doble de frecuencia que la onda a convertir, para poder reconstruirla apropiadamente. La frecuencia más alta que podemos escuchar, cuando nuestro sistema auditivo está en condiciones y estado ideales, es 20 kHz. Por lo tanto el sample rate de 44.1 kHz es teóricamente suficiente. No obstante, sí es posible distinguir una diferencia al subir de 16 bits a 24 bits.

Calculemos la cantidad de información contenida en un minuto de una grabación estéreo con calidad de disco compacto. La cantidad es dos canales, izquierda y derecha, multiplicado por 44100 muestras por segundo, 16 bits y 60 segundos. Esto da un resultado de 84 672 000 bits.

Info=2×44100Hz×16 bits×60s

Info=84 672 000 bits

Al dividir este número entre ocho, obtenemos la cantidad de bytes.

Info=84 672 000 bits=10 584 000 bytes

Al dividir el resultado entre 1024, obtenemos la cantidad de kilobytes, y así sucesivamente hasta obtener megabytes.

Info=10 336 kilobytes 

Info=10.09 megabytes