Pulse Code Modulation: cuantización

Published On Dec-06-2017

Transcripción

Una preocupación razonable que podría surgir luego de haber visto el proceso básico de codificación de audio PCM, es que este proceso podría degradar la señal de audio, ya que no se toman en cuenta los cambios de voltaje de la señal original entre cada muestra. ¿Hasta qué punto puede afectar esto la calidad percibida del audio?

Pues bien, esta preocupación sería válida si el sistema de audio tuviera un rango de frecuencias o ancho de banda infinito. Sin embargo, ninguna señal de audio analógico posee esta característica. Todas las fuentes de sonido en el estudio, tales como micrófonos, cabezales de grabadoras de cinta, pickups de instrumentos, entre otros, tienen rangos de frecuencia limitados. Asimismo, nuestro sistema auditivo tiene un ancho de banda limitado, desde 20Hz hasta 20kHz, en condiciones ideales.

Una señal de audio con un ancho de banda limitado, tiene una cantidad de parciales definida. Por lo tanto, el ritmo al que su forma de onda varía también tiene un límite. Asimismo, la manera en la que la forma de onda varía se vuelve predecible. Cuando la forma de onda puede variar de una única manera entre cada muestra, es posible reconstruir una onda idéntica a la original, únicamente con base en las muestras.

Más adelante, discutiremos los conceptos como el teorema de Nyquist-Shannon y las transformadas de Fourier, los cuales explican más a fondo este comportamiento. Los sistemas de audio digital se aseguran de tomar la cantidad de muestras necesaria para que la onda de sonido solo pueda variar de única manera entre cada muestra y así poder reproducir la onda original de manera apropiada.

Cuantización

Una segunda aparente limitación del audio digital surge al observar con detenimiento el esquema de la codificación PCM. En la mayoría de ocasiones, la amplitud de la onda no coincide con un número entero. Por lo tanto, el valor de voltaje que se registra debe ser aproximado al valor más cercano. Esto podría distorsionar la forma de la onda y reducir la fidelidad del sistema digital.

Este proceso de aproximación se denomina cuantización y es controlado de manera que su efecto se vuelva despreciable en los sistemas modernos. Consideremos el siguiente ejemplo.

Se mide la altura de un grupo de personas y cada valor se aproxima al metro más cercano. La mayoría de individuos serían registrados con una altura de dos metros. Las limitaciones en la exactitud de estas mediciones son evidentes. Es por esto que los valores de altura suelen aproximarse al centímetro más cercano. Un mayor grado de exactitud, como el de aproximar la altura al milímetro más cercano, se vuelve innecesario y de dudosa utilidad.

La resolución ideal de aproximación para el audio también puede ser determinada. Si bien es posible diseñar sistemas con mayor resolución, su utilidad se vuelve dudosa. Es importante identificar este punto y no dejarse influenciar por argumentos de algunos audiófilos que abogan por estos sistemas.

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