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EL SONIDO DIGITAL 1 de 12 1. El sonido. 1.1. ¿Qué es el sonido? 1.2. Magnitudes físicas del sonido. 1.3. Relación entre las magnitudes físicas de la onda sonora y las cualidades del sonido. 2. Captura y digitalización del sonido. 3. Características del sonido digital. 4. Cálculo del tamaño de un archivo de audio. 5. Los distintos formatos de audio. 5.1. WAV (Waveform audio file format) 5.2. MIDI (Musical Instrument Digital Interface) 5.3. CDA (Compact Disc Audio) 5.4. FLAC (Free Lossless Audio Codec) 5.5. MP3 5.6. WMA Windows Media Audio 5.7. AAC (Advanced Audio Coding) 5.8. OGG VORBIS. 5.9. REAL AUDIO (RM).

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1. El sonido.

1.1. ¿Qué es el sonido? 1.2. Magnitudes físicas del sonido. 1.3. Relación entre las magnitudes físicas de la onda sonora y las

cualidades del sonido.

2. Captura y digitalización del sonido.

3. Características del sonido digital.

4. Cálculo del tamaño de un archivo de audio.

5. Los distintos formatos de audio.

5.1. WAV (Waveform audio file format)

5.2. MIDI (Musical Instrument Digital Interface)

5.3. CDA (Compact Disc Audio)

5.4. FLAC (Free Lossless Audio Codec)

5.5. MP3

5.6. WMA Windows Media Audio

5.7. AAC (Advanced Audio Coding)

5.8. OGG VORBIS. 5.9. REAL AUDIO (RM).

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1. El sonido.

1.1. ¿Qué es el sonido?. El sonido, es la vibración de las partículas del aire que son captadas por nuestro

oído y crea una sensación en nuestro cerebro.

La vibración del aire, describe un movimiento ondulatorio que se caracteriza por

unas magnitudes físicas: la frecuencia, la amplitud, la longitud de onda, etc.

Estas magnitudes físicas permiten definir las cualidades del sonido: distintos tonos,

timbres y duración de los sonidos.

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1.2. Magnitudes físicas del sonido. Las principales magnitudes físicas que permiten diferenciar y clasificar las ondas

sonoras son: la amplitud, la longitud de onda, la frecuencia y el período.

- La amplitud: es la distancia desde el punto más alto de la onda (desde la cresta)

hasta la base de la onda.

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- La longitud de onda: La longitud de onda es la distancia entre dos crestas o

valles seguidos.

- La frecuencia: es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad

de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. La frecuencia se mide en

hercios (Hz) o c/s.

1 Hz = 1 / s

Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos

repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:

f = 1 / T

Donde T, es el periodo de la señal, o tiempo que tarda en repetir un ciclo

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Los humanos oímos frecuencias que van desde los 20 Hertz (los mas graves)

hasta los 20000 Hertz (los mas agudos). Sin embargo con el pasar de los años

las personas vamos perdiendo audición y esa brecha se acorta. La voz humana

varía desde los 1000 a los 2000 Hertz.

Los sonidos se pueden clasificar según estas frecuencias en Graves, Medios y

Agudos:

de 20hz a 250hz = GRAVES

de 250hz a 5000hz = MEDIOS

de 5000hz a 20000hz= AGUDOS

- El periodo: es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la onda.

Es la inversa de la frecuencia.

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1.3. Relación entre las magnitudes físicas de la onda sonora y las cualidades del sonido

Ya hemos visto en el apartado anterior, algunas gráficas, que nos muestran como se

traducen las magnitudes físicas de la onda sonora, en cualidades del sonido, por

ejemplo, a mayor frecuencia de la onda sonora, los sonidos serán mas agudos.

La relación entre las magnitudes físicas de la onda sonora y las cualidades del

sonido son las siguientes:

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2. Captura y digitalización del sonido

Desde que el cantante genera una onda sonora con su voz (al vibrar sus cuerdas

vocales) hasta que llega a nuestros oídos a través de los auriculares, ocurren una

serie de procesos que conocemos como captura y digitalización del sonido.

Los procesos son los siguientes:

a) El cantante emite una señal sonora analógica que se transmite por el aire.

b) Un micrófono recoge esas vibraciones y las convierte en una señal eléctrica

que se transmite a un equipo electrónico mediante un cable o wifi.

c) Un equipo electrónico codifica esa señal eléctrica analógica en información

binaria de 0 y 1 (recuerda que cuando hablamos de sonido digital establecemos

que la información de la onda, la podemos guardar como información binaria de

0 y 1) que puede ser tratada en el equipo y se puede almacenar en cualquier

soporte digital.

d) Un equipo reproductor digital descodifica la información binaria y la convierte

en una información eléctrica que transmite por cable a los auriculares.

e) Los auriculares vibran en función de la señal eléctrica que reciben. Esta

vibración es la que detecta nuestro oído y hace que podamos escuchar al

cantante.

Como ya hemos dicho, para capturar el sonido, necesitamos un micrófono

conectado a nuestro ordenador, pero también necesitamos un programa que nos

permita almacenar el sonido que capture el micrófono de forma digital.

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La grabadora de sonidos, es una herramienta incluida en los sistemas operativos

que graba en formato digital las vibraciones que captura el micrófono.

3. Características del sonido digital

Las principales características del sonido digital son las siguientes:

- Frecuencia de muestreo: Es el número de muestras por segundo que se toma

de un sonido analógico para convertirlo en digital. Nos da una idea de la calidad

del sonido digital. Un sonido digital con calidad CD tiene una frecuencia de

muestreo de 44100 Hz. O lo que es lo mismo 1/44100 = 22,67 µs en tomar una

muestra.

- Canales: Es el número de pistas que componen el sonido. Un sonido mono tiene

una pista, el sonido estéreo tiene dos pistas, y un sonido 5.1 tiene 5 pistas.

- Tamaño de la muestra: Indica la cantidad de bits de información que ocupa

cada muestra. Una calidad de CD audio tiene 16 bits

4. Cálculo del tamaño de un archivo de audio.

El tamaño o peso de un archivo de audio sin comprimir se puede calcular

conociendo los segundos que dura el archivo, la frecuencia de muestreo, los canales

o pistas y el tamaño de la muestra. La fórmula que los relaciona es la siguiente:

Tamaño = Frecuencia x Canales x Tamaño muestra x Duración (sg)

El tamaño de los archivos de audio se puede reducir si empleamos formatos de

compresión: sin embargo, no cumplirían este cálculo matemático.

Ejemp:

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5. Los distintos formatos de audio

Existen multitud de formatos de audio y sus extensiones dependen del algoritmo de

compresión que se ha utilizado para convertir el sonido analógico en sonido digital.

Podemos diferenciar los formatos de audio en tres tipos: Sin compresión,

compresión sin pérdidas y compresión con pérdidas.

- Sin compresión: guardan toda la información de la onda grabada, y por lo tanto,

tienen alta calidad, pero también gran peso de archivo.

- Compresión sin pérdidas: Utilizan algoritmos para ahorrar en el tamaño del

archivo, pero almacenan toda la información de audio disponible, por lo que

mantienen muy buena calidad a pesar de reducir ligeramente el tamaño de los

archivos.

- Compresión con pérdidas: Eliminan la parte de información del archivo de

música que es innecesaria por no ser captada por el oído humano. Esto hace

que ocupen menos espacio, pero también que pierdan calidad y no sea posible

volver a tener el archivo original, puesto que se perdió información al comprimirlo.

Los formatos de audio más utilizados son los siguientes:

5.1. WAV (o WAVE), apócope de Waveform audio file format, es un formato de

audio digital normalmente sin compresión de datos desarrollado y propiedad

de Microsoft y de IBM que se utiliza para almacenar sonidos en el PC, admite

archivosmono y estéreo a diversas resoluciones y velocidades de muestreo, su

extensión es .wav.

En Internet no es popular, fundamentalmente porque los archivos sin

compresión son muy grandes. Son más frecuentes los formatos comprimidos

con pérdida, como el MP3 o el Ogg Vorbis. Como éstos son más pequeños, la

transferencia a través de Internet es mucho más rápida.

5.2. MIDI (Musical Instrument Digital Interface) es un protocolo de comunicación

entre instrumentos musicales digitales y el ordenador. Un archivo midi

procesa información del instrumento que se toma (la forma y el momento en

que se debe tocar) pero no lo hace sobre la forma de la onda de sonido, como

ocurre en los archivos wav, sino que simplemente es información sobre notas

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musicales reproducidas en un periodo de tiempo. La extensión de archivos

que se utiliza es la .mid. Los programas editores de onda no trabajan este tipo

de archivos.

5.3. CDA (Compact Disc Audio): Es el sistema que se utiliza para grabar música

en un CD. Es una variante del formato WAV. El audio se registra con una

frecuencia de muestreo de 44100 muestras por segundo (y por canal), con

una resolución de cuantificación de 16 bits.

La música se graba toda seguida (secuencialmente), sin separar la

información en pistas y sectores, por esa razón no es un formato que se

pueda utilizar para guardar la música en un archivo del PC. Para guardar la

música de un CD en un PC hay que convertir la información al formato wav

sin pérdidas, esto es PCM 44100 y 16 bits para obtener la misma calidad que

en un CD.

Los equipos de música domésticos reconocen este tipo de archivos y por eso

reproducen los CD musicales comerciales, aunque los equipos más actuales

reproducen otro tipo de archivos como los MP3.

5.4. FLAC (Free Lossless Audio Codec) Se trata de un novedoso formato de

audio comprimido sin perdidas. Gracias a su algoritmo libre permite comprimir

un archivo de audio hasta la tercera parte del tamaño original y al mismo

tiempo, mantener toda la información necesaria para poder restaurar los

archivos de audio a su versión original.

Para poder reproducir un archivo con extensión .flac en nuestro ordenador,

debemos instalar el códec FLAC, aunque existen muchos programas que

convierten FLAC a MP3. En los dispositivos móviles también aparecen

aplicaciones capaces de reproducir este formato.

5.5. MP3 es un formato de compresión de audio digital patentado que usa

un algoritmo con pérdida para conseguir un menor tamaño de archivo. Es un

formato de audio común usado para música tanto en ordenadores como

en reproductores de audio portátil. la tecnología de compresión se basa en

algoritmos matemáticos complejos y elimina la parte del sonido que el oído

humano no es capaz de diferenciar. El resultado de esto son archivos que

ocupan una doceava parte que su original wav y cuyas perdidas de calidad

son imperceptibles para el odio humano.

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La importancia del MP3 radica en el escaso tamaño de sus archivos wav ha

permitido su descarga por Internet, el almacenamiento de grandes cantidades

de música en soportes portátiles y la posibilidad de volver a reconstruir el

archivo wav original sin pérdidas aparentes.

5.6. WMA Windows Media Audio, es una tecnología de compresión de

audio desarrollada por Microsoft. En nombre puede usarse para referirse

al formato de archivo de audio o al códec de audio. Es software propietario que

forma parte de Windows Media y está incluido en sus sistemas operativos.

Este formato de audio compite directamente con el MP3 y ya se incluye en

muchos reproductores domésticos y portátiles. Entre sus principales

características destacan un amayor calidad que el MP3 en similares ratios de

compresión y la información del autor anadida, que evita el tráfico ilegal de

música.

5.7. AAC (Advanced Audio Coding) es un formato informático de señal

digital audio basado en un algoritmo de compresión con pérdida, un proceso

por el que se eliminan algunos de los datos de audio para poder obtener el

mayor grado de compresión posible, resultando en un archivo de salida que

suena lo más parecido posible al original. Es de los mismos desarrolladores

del MP3

Debido a su excepcional rendimiento y la calidad, la codificación de audio

avanzada (AAC) se encuentra en el núcleo del MPEG-4, 3GPP y 3GPP2, y es

el códec de audio de elección para Internet, conexiones inalámbricas y de

radio difusión digital.

Este formato AAC ha sido elegido por Apple como formato principal para

los iPods y para su software iTunes. También es utilizado en otras

aplicaciones por Ahead Nero, Winamp y Nintendo DSi.

Su rendimiento es mayor que el de los archivos MP3, puesto que tienen un

menor peso de archivos con mayor calidad y admite hasta 48 pistas de audio

en lugar de las dos pistas del estéreo. Se puede presentar en archivos con

distintas extensiones como .m4p, .m4a y .m4v

5.8. OGG VORBIS. Es un códec o algoritmo de compresión de audio con pérdidas

que se incluye en el formato OGG de vídeo. Fue desarrollado por la

Fundación Wip.org y al igual que todos los productos de esta fundación tiene

carácter libre y gratuito. Supera en calidad a los mencionados anteriormente,

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pero no está introducido en la electrónica de consumo. Este formato es el

utilizado por las principales plataformas de reproducción de música on-line,

como Spotify o Jamendo.

5.9. REAL AUDIO (RM). Es un formato de audio utilizado para la reproducción en

tiempo real desde Internet. El archivo reproducido no es descargado

completamente en el ordenador cliente, sino que descarga un

direccionamiento a la localización del archivo en el servidor. Para poder

reproducir el archivo se debe tener instalado el reproductor RealPlayer y

conexión en red con el servidor de la música.