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El audio digital

El audio digital

Published On Jan-13-2018

Transcripción

Una vez configurado el sistema, es importante hacer una parada para explorar las características del audio digital. Iniciaremos, analizando la diferencia entre las nociones: analógico y digital. 

Analógico vs. Digital

En la matemática, existen dos tipos de series: las series continuas y las discretas. Una serie continua, es aquella en la cual podemos encontrar cualquier cifra imaginable. Por ejemplo, al dividir un número entre dos, es posible obtener el resultado y realizar nuevamente la operación, de modo infinito. Es decir, cualquier valor de la serie es divisible en valores más pequeños. En las series continuas existe una infinita cantidad de valores. 

Por otro lado, en las series discretas existe un valor mínimo que es indivisible y existe una separación definida entre cada valor. Un ejemplo claro, es contar con los dedos de las manos. Los valores son definidos e indivisibles a partir de una cifra mínima, en este caso, un dedo. Siguiendo esto, no es posible definir el número 1.5 contando con los dedos, ya que se debe elegir el valor uno o dos. 

Audio analógico y digital

De manera que, el equipo analógico es capaz de registrar y reproducir valores continuos, mientras que el audio digital utiliza series discretas para representar las magnitudes. La razón por la que los sistemas digitales procesan señales discretas, es porque las computadoras son incapaces de procesar una señal continua. 

Una señal continua contiene una secuencia infinita de valores. Por lo tanto, una computadora necesitaría un tiempo infinito para procesar la señal continua. En su lugar, las computadoras procesan la información mediante el sistema binario, que utiliza los valores “1” y “0”, para representar toda la información. 

El bit

El bit es el valor discreto mínimo utilizado en los sistemas computacionales. Como dijimos anteriormente, puede tomar dos valores: 1 y 0. Esto se conoce como el código binario, que forma cadenas de bits para representar toda la información. 

Su principio es simple. Cada bit en la cadena toma una potencia del número 2 (figura 5.23.). De derecha a izquierda, el primer bit es 20, el segundo 21, el tercero 22 y así sucesivamente. Cuando varios bits presentan el valor "1", sus cifras correspondientes se suman de modo acumulado. Por ejemplo, el número binario 01 equivale a 1 y se calcula sumando: (0x21) + (1x20). Igualmente, el número binario 11 equivale a 3 y se calcula sumando (1x21) + (1x20).

De esta manera, podemos ver que un número binario de dos bits, puede representar los cuatro valores enteros entre el cero y el 3. 

Figura 5.23. Código binario.

 

Por otro lado, una cadena de 3 bits puede representar las cifras enteras hasta el número 7 (figura 5.24.).

Figura 5.24.


Para calcular cuántos valores enteros puede representar una cadena de bits, simplemente, elevamos el número dos al número de dígitos de dicha cadena (figura 5.25.). Por ejemplo, la cadena de 3 bits de la tabla anterior, da 8 como resultado. 

Figura 5.25. Bits.


Los bits son el bloque constructivo de las computadoras. El poder de procesamiento de millones de cadenas de bits por segundo, hace que las computadoras modernas puedan realizar todo tipo de tareas, incluyendo: grabar, reproducir y procesar audio. 

Constitución de la señal digital

Para almacenar el audio en una computadora, es necesario utilizar un dispositivo llamado “convertidor analógico digital”, (o ADC por sus siglas en inglés). Este mide la señal analógica en distintos momentos y realiza una reconstrucción asignando valores discretos a dichas mediciones. Veamos una onda de sonido siendo muestreada (figura 5.26.). En el eje horizontal, se logra apreciar cómo la señal es medida varias veces por segundo. Mientras que el eje Y, muestra los valores discretos que presentan diferentes niveles de precisión según la calidad del dispositivo. Estos dos factores, representan la fidelidad del muestreo digital. Se conocen como “frecuencia de muestreo” y “resolución”, o “sample rate” y “bit depth”, por sus nombres en inglés. 

Figura 5.26. Muestreo en la conversión analógico-digital.


 

Por ejemplo, la frecuencia de muestreo de 44.1 kHz, toma 44100 muestras de la señal por segundo. Podemos observar que, la resolución se denota en bits y define la precisión de la escala vertical. Si la resolución es de un bit, la onda de audio muestreada solo puede tomar dos valores: 1 o 0. 

En la figura anterior, contamos con 3 bits de resolución, lo cual proporciona 8 niveles verticales. Por ejemplo, la primera muestra tiene un valor de 5 voltios, representados por la cifra binaria más cercana, correspondiente al cuarto nivel vertical: 100, que representa el número 4 en código binario. 

La segunda muestra, con un valor de 6.25 voltios, recurre al quinto nivel representado por el número binario 101. De esta manera, es posible representar los valores continuos de voltaje, en valores discretos mediante el código binario. 


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