Audio

Gabriel González Palma - ExpositorDiana Ríos del Rio – Expositor

asistente

Itinerario

• Tema: Audio Analógico• Introducción al Audio Digital

Sonido

Sonido• El sonido es el resultado de una perturbación

que se propaga en un medio elástico.

Sonido

• Este proceso se desarrolla en forma continua haciendo que la perturbación original se propague a través del aire alcanzando en algún momento la posición que ocupa algún receptor (por ejemplo un micrófono o un oído).

• El exceso de presión característico de la perturbación descripta se denomina presión sonora.

• Se dice que el sonido es analógico porque es análogo a lo que se percibe.

Audio Como Señal

• Las señales analógicas se llaman así porque son "análogas" a la forma de la señal original.

• El sonido es una onda.• la mayoría de las ondas son el resultado de

muchas perturbaciones sucesivas del medio, y no sólo una. Cuando dichas perturbaciones se producen a intervalos regulares y son todas de la misma forma, estamos en presencia de una onda periódica

Onda Periódica

• el número de perturbaciones por segundo se denomina frecuencia de la onda.

• Se expresa en Hertz (Hz), es decir ciclos por segundo (un ciclo es todo lo que sucede durante una perturbación completa).

• En el caso de las ondas sonoras la frecuencia está entre 20 Hz y 20000 Hz. (Oído Humano)

Onda Periodica

• Las ondas acústicas de menos de 20 Hz se denominan infrasonidos, y los de más de 20000 Hz se llaman ultrasonidos.

• Algunos animales (por ejemplo el perro) pueden escuchar sonidos de muy baja frecuencia, tales como los creados por las ondas sísmicas durante un terremoto.

• El murciélago es un caso notable, ya que escucha sonidos de más de 100000 Hz, que le permite orientarse por medio de señales acústicas según el principio del sonar (semejante al conocido radar).

Ruido

• la vasta mayoría de los sonidos naturales son aperiódicos,

• sucesivas perturbaciones no se producen a intervalos regulares y no mantienen constante su forma de onda.

• Esto es lo que técnicamente se denomina ruido. Las ondas aperiódicas en general no producen sensación de altura.

Espectro

• El concepto de espectro es de importancia capital en Acústica. Cuando introdujimos el concepto de frecuencia, dijimos que las ondas periódicas tienen asociada una frecuencia.

• Sin embargo, esto es sólo parte de la verdad, ya que por lo general dichas ondas contienen varias frecuencias a la vez. Esto se debe al Teorema de Fourier

• “Cualquier forma de onda periódica puede descomponerse en una serie de ondas de una forma particular denominada onda senoidal (o senoide, o sinusoide), cada una de las cuales tiene una frecuencia que es múltiplo de la frecuencia de la onda original (frecuencia fundamental).”

Espectro

• Estas ondas senoidales se denominan armónicos del sonido original, y en muchos instrumentos musicales (como la guitarra) son claramente audibles.

• ¿Qué sucede con un sonido original cuya forma de onda ya es senoidal?

• Cuando uno intenta aplicar el teorema de Fourier a una senoide, el resultado es que tiene un solo armónico, de la misma frecuencia que la senoide original, por supuesto.

Espectro

• El hecho de que cada onda senoidal tiene una única frecuencia ha llevado a llamar también tonos puros a las ondas senoidales.

Espectro

• La descripción de las ondas senoidales que componen un sonido dado se denomina espectro del sonido.

• es importante debido a varias razones. • Primero permite una descripción de las ondas

sonoras que está íntimamente vinculada con el efecto de diferentes dispositivos y modificadores físicos del sonido.

Espectro

• En segundo lugar porque la percepción auditiva del sonido es de naturaleza predominantemente espectral.

• En efecto, antes de llevar a cabo ningún otro procesamiento de la señal acústica, el oído descompone el sonido recibido en sus componentes frecuenciales.

• Por ese motivo, con algo de práctica es posible por ejemplo reconocer las notas de un acorde.

Espectro

• ¿Qué puede decirse del espectro de los sonidos aperiódicos?

• Éstos pueden ser tan simples como los sonidos de una campana o tan complejos como el así llamado ruido blanco (un ruido similar al que capta una emisora de FM en ausencia de señal o de portadora).

Intensidad sonora

• ¿Por qué algunos sonidos son más intensos que otros? Hay muchas razones, pero la causa principal es atribuible a la amplitud.

• La amplitud de un sonido es el máximo exceso de presión (o presión sonora) en cada ciclo.

• En el caso del ruido o de los sonidos aperiódicos, la amplitud puede estar cambiando continuamente.

Decibel

• El decibelio es la unidad de medida utilizada para el nivel de potencia y el nivel de intensidad del ruido

• Se utiliza una escala logarítmica porque la sensibilidad que presenta el oído humano a las variaciones de intensidad sonora sigue una escala aproximadamente logarítmica, no lineal.

• resulta adecuado para valorar la percepción de los sonidos por un oyente.

Decibel

• Se define como la comparación o relación entre dos sonidos porque un oyente al que se le hace escuchar un solo sonido, no puede dar una indicación fiable de su intensidad, mientras que, si se le hace escuchar dos sonidos diferentes, es capaz de distinguir la diferencia de intensidad.

Decibel• Para el cálculo de la sensación recibida por un oyente, a partir de las unidades físicas

medibles de una fuente sonora, se define el nivel de potencia, LW, en decibelios, y para ello se relaciona la potencia de la fuente del sonido a estudiar con la potencia de otra fuente cuyo sonido esté en el umbral de audición, por la fórmula siguiente:

• Las ondas de sonido- producen un aumento de presión en el aire, luego otra manera de medir físicamente el sonido es en unidades de presión (pascales). Y puede definirse el Nivel de presión, LP, que también se mide en decibelios.

•En donde P1 es la presión del sonido a estudiar, y P0 es el valor de referencia, que para sonido en el aire es igual a Pa. Este valor de referencia se aproxima al umbral de audición en el aire.

Transductores

• Un transductor es un dispositivo que convierte una señal de un tipo de energía en otra.

• se puede obtener la misma información de cualquier secuencia similar de oscilaciones, ya sean ondas sonoras (aire vibrando), vibraciones mecánicas de un sólido, corrientes y voltajes alternos en circuitos eléctricos, etc…

Transductores

Transductores

Bocinas y micrófonos

Bocinas• Una bocina es un dispositivo electroacústico

que convierte energía eléctrica en acústica, conservando la forma de onda original

Bocinas

• La mayoría de las bocinas están basadas en un cono o un domo que se pone en movimiento, debido a un campo electromagnético modulado en amplitud, actuando en conjunto con un imán permanente.

Bocinas

• Son cuatro, las partes en que podemos dividir el estudio del funcionamiento de la bocina.

• La primera es el motor, compuesto por un imán y una bobina.

• La segunda es el diafragma, formado por un cono y un cubre polvo o un domo sólido.

• La tercera es la suspensión, que incluye la araña (spider) o centrador y el ala (surround);

• la cuarta es la ¨ canasta ¨.

Partes de una Bocina

Partes de una Bocina

• El motor es el responsable del movimiento de la bocina. El campo magnético producido por un imán permanente, es aplicado a un arrollamiento de alambre en forma de bobina.

• Cuando se aplica corriente a la bobina móvil, un campo electromagnético es producido perpendicularmente al flujo de la corriente y al campo magnético del imán permanente.

Partes de una Bocina

• La fuerza mecánica resultante obliga al diafragma (cono) a desplazarse perpendicularmente al campo magnético en el entre-hierro, moviendo aire a ambos lados del cono.

• Si una corriente alterna senoidal, por ejemplo de frecuencia 60 hz, es aplicada a la bobina móvil, tendremos un flujo de corriente en un determinado sentido durante el semiciclo positivo, lo que desplazará el cono en una dirección.

Partes de una Bocina• Cuando el flujo de corriente se invierte durante el semiciclo

negativo, la polaridad del campo se invierte, obligando al cono a desplazarse en sentido opuesto, como consecuencia de las sucesivas atracciones y repulsiones de los dos campos.

• De forma tal de reproducir con precisión el movimiento impuesto por la onda senoidal, la bobina deberá moverse simétricamente en los dos sentidos, a través del entre-hierro. Para que esto ocurra es importante que el campo magnético sea lo más uniforme posible, de modo que fuerzas de la misma intensidad sean capaces de provocar desplazamientos de igual amplitud en los dos sentidos.

• Si esto no ocurre, la señal de entrada será reproducida con distorsión.

Partes de una Bocina

• El cono es el elemento crítico en la calidad de sonido, pues es quien hace vibrar el aire para formar las ondas sonoras. Si la estructura del cono es demasiado blanda puede flexionarse, y si es muy pesada no tendrá un movimiento ágil y afectará la respuesta de las medias y altas frecuencias.

• La deformación del cono ejerce un efecto crítico en la eficiencia de las altas frecuencias y en el nivel de presión sonora (SPL). Si bien diferentes materiales poseen diversos grados de rigidez y transmiten vibraciones internamente a diferentes velocidades, todos ellos tienden a sufrir los mismos tipos de deformación, denominados “modos “.

Partes de una Bocina

• La suspensión es la responsable de mantener centrada la bobina dentro del imán y de limitar la excursión de la bocina.

• El propósito principal de la araña (spider) es ayudar al control del movimiento del cono y centrar la bobina. Pero también tiene la habilidad de manejar el excesivo calor que se genera en la bobina.

Partes de una Bocina

• El objetivo del ¨ ala ¨ (surround) es asistir en el control del movimiento del cono con la araña y proveer la necesaria excursión reduciendo algunas resonancias y dando linealidad al movimiento.

• La canasta puede ser de acero o de aluminio y es la responsable de la estructura física de la bocina.

Potencia y Velocidad de Volumen.

• Cuanto mas potencia tiene que manejar una bocina, mayor será la velocidad de volumen que necesita impulsar.

• La velocidad de volumen se mide en m3/seg. Supongamos una bocina en frecuencias bajas.

Potencia y Velocidad de Volumen.

• Es muy común ¨ ver ¨ el movimiento del cono. ( No sucede lo mismo en altas frecuencias). También nos es familiar el hecho que a bajo volumen, es decir poca potencia, el desplazamiento del cono es menor que a alto volumen (mucha potencia).

•Este hecho, relaciona directamente la potencia con la velocidad de volumen de aire en m3/seg. que la bocina debe desplazar. Para lograr potencia en bajas frecuencias, se necesitara un mayor desplazamiento de cono para obtener muchos m3/seg.

Potencia y Velocidad de Volumen.

• Por ejemplo un cono de 1,000 cm2 de superficie (aprox.15¨) se mueve 1 cm. En este movimiento desplazara un volumen igual a 1,000 cm2 x 1cm = 1,000 cm3 o sea un litro de aire.

• Si la frecuencia es 50 Hz se moverá, 50 veces por segundo, por lo que desplazara 50 litros/seg; y si la frecuencia es 1,000Hz, se moverá 1,000 veces por segundo, por lo que se desplazara 1,000 litros/seg y a 10khz serán 10,000 litros/seg.

Potencia y Velocidad de Volumen.

• Resumiendo, al aumentar la frecuencia no necesito un gran tamaño de cono ni tampoco un gran desplazamiento porque la bocina se mueve mucho mas rápido y en la misma cantidad de tiempo puede desplazar mayor cantidad de aire.

Micrófono

• Un micrófono es un elemento capaz de captar ondas sonoras convirtiendo la potencia acústica en eléctrica de similares características ondulatorias.

• Para ello se necesita la combinación escalonada de dos tipos de transductores.

Micrófono

• El primero de ellos consiste en una fina lámina, denominada diafragma. Su misión es transformar las variaciones de presión en vibraciones mecánicas, es por tanto un transductor mecanoacústico.

• El segundo transforma las vibraciones mecánicas recibidas en magnitudes eléctricas, es por tanto un transductor electromecánico. El conjunto de los dos transductores puede considerarse como uno electroacústico

Diagrama

Clasificación

Independientemente del mecanismo particular con el que funciona, un micrófono puede caracterizarse por varios aspectos relacionados con su respuesta a las ondas sonoras. Los más importantes de estos aspectos son: rango dinámico, respuesta en frecuencia.

Caracteristicas

La respuesta direccional de un micrófono, también denominada directividad, es el cociente entre su sensibilidad en una dirección cualquiera y su sensibilidad máxima.

Directividad

Los micrófonos electrostáticos y dinámicos tienen un rango dinámico y una respuesta en frecuencias que los hacen aplicables en la buena reproducción musical.

Directividad(Respuesta a la frecuencia)

Microfonos

• Al escoger un micrófono debemos tener en cuente los siguientes aspectos:

• a.-Su tipo• 1.-Bobina móvil o dinámico• 2.- Cinta• 3.- Cristal• 4.- Condensador (Electroestático)• 5..-Carbón• b.- Características direccionales• c.-Sonido• d.-Su aspecto visual (ya sea para televisión u otro medio)

Impedancia

• La impedancia es la oposición al paso de la corriente alterna. En un altavoz, la impedancia es diferente para cada frecuencia, por lo que los fabricantes publican "curvas de impedancia".

• Por ejemplo, un altavoz de cono al aire mostrará un pico de impedancia en la frecuencia de resonancia.

Impedancia y resistencia

• Si medimos un altavoz con un multímetro nos dará una lectura diferente, normalmente menor, que la impedancia nominal del altavoz.

• Por ejemplo, un altavoz de 8 ohmios podrá darnos una lectura de 6 ohmios.

• La razón de estas diferencias está en que el multímetro mide la resistencia, no la impedancia.

Impedancia y resistencia

• El multímetro es válido para una resistencia de las que de usan en los filtros pasivos o los circuitos electrónicos, puesto que su impedancia no varía con la frecuencia.

• Sin embargo, no es válido para un altavoz, puesto que su impedancia varía con la frecuencia.

• Podríamos decir que, de alguna manera, la resistencia es la impedancia para una frecuencia de 0 Hz, ya que los 0 Hz corresponden a la corriente continua.

Impedancia y resistencia

• Al igual que una respuesta en frecuencia, una curva de impedancia tiene magnitud y fase. Evitaremos complicar demasiado este documento y nos centraremos en la magnitud.

Impedancia y resistencia

• En la figura podemos ver una curva de impedancia (magnitud) de un altavoz de cono al aire (curva roja) y otra de una caja pasiva de dos vías con recinto tipo bass-reflex. Ambos tendrían una impedancia nominal de 8 ohmios. La línea recta verde representa una resistencia de 8 ohmios.

Impedancia y resistencia

• Podemos comprobar cómo la impedancia varía en función de la frecuencia, y cómo puede caer a veces por debajo de la impedancia nominal.

• En el caso del altavoz al aire (línea roja), la impedancia cae hasta 6 ohmios a 200 Hz.

Impedancia y resistencia

• Para medir la curva impedancia necesitamos necesitamos un analizador de laboratorio que nos lo permita.

• Estos pueden ser de senoidal barrida (van midiendo la impedancia en todas las frecuencias a medida que van barriendo) o bien utilizar señal de ruido (en cuyo caso miden toda la curva de una sola vez).

Impedancia y resistencia

• Existen también medidores portátiles de impedancia para instaladores. Estos incorporan un generador de frecuencias, normalmente a 1 KHz, a veces a más frecuencias también, que permite una lectura de la impedancia a esas frecuencias concretas.

• Si el fabricante nos proporciona el valor de impedancia a esa frecuencia, o bien lo miramos en la curva de impedancia, podremos comprobar si hay irregularidades en la línea de altavoces, comparando el valor que deberíamos obtener con el que nos proporciona el medidor.

Impedancia y resistencia

• Existen multitud de parámetros que se calculan utilizando curvas de impedancia. Por ejemplo, los parámetros Thiele-Small o parámetros de baja señal - que se utilizan para el diseño de cajas - se extraen habitualmente de curvas de impedancia.

• El parámetro más básico que podemos extraer de una curva de un altavoz de cono al aire (curva roja) es la frecuencia de resonancia (Fs), es decir, la frecuencia donde se produce el pico de impedancia. En nuestro altavoz esta frecuencia es de 34 Hz.

Almacenamiento

• El almacenamiento analógico es una forma de almacenar información; dicha información se almacena en forma de señal cuya magnitud se representa mediante variables continuas.

• En general, dicha información puede ser leída e interpretada inmediatamente desde la cinta o disco (u otro medio que se emplee).

Grabacion grabación electromecánica analógica.

• Se denomina grabación mecánica analógica a un método mecánico de grabación analógica de sonido.

• Las vibraciones sonoras son transformadas mediante un transductor electroacústico o electromagnético en variaciones eléctricas o magnéticas:

• eléctricas (variación de voltaje): cuando se trata de una cápsula formada por una roca de cristal de sal de cuarzo o también pueden ser de cerámica que producen corriente eléctrica por la fricción.

• magnéticas o dinámicas (variación del flujo magnético): cuando la cápsula forma un imán móvil o una bobina móvil.

Grabacion grabación electromecánica analógica.

• Grabación monofónica• Inicialmente, el transductor utilizado para recoger el sonido

no era un micrófono sino lo que se conoce como bocina captora. La bocina captora era una pequeña bocina terminada en un diafragma alargado. Este diafragma flexible era el que vibraba conforme a la presión sonora ejercida por el sonido.

• Estas vibraciones resultantes (ya sean eléctricas o magnéticas, dependiendo de la naturaleza del transductor) proporcionaban, mediante un nuevo proceso de transducción, la energía mecánica necesaria para mover la aguja encargada de trazar el surco sobre el soporte.

Grabacion grabación electromecánica analógica.

• Así, el sonido quedaba registrado como surcos en la superficie del soporte. Si el soporte era un cilindro, los surcos eran helicoidales, mientras que si se trataba de un disco se registraban surcos en forma de espiral.

• El proceso de grabación se realiza a una velocidad angular constante, pero los surcos podían responder, o bien, a una variación de la amplitud (Grabación mecánica a velocidad constante), o bien, a una variación de la frecuencia (Grabación mecánica a frecuencia constante), todo esto depende de las características mecánicas (resonancias) del cabezal de grabación usado; En la practica, ningún cabezal se comporta acorde al cruce de la curva riaa, ni la inversa de la curva riaa es la usada para grabación, cada cabezal usa la suya particular.

Grabacion grabación electromecánica analógica.

• Grabación estereofónica• Existen dos métodos de grabación estereofónica de discos.• En uno de ellos, se graba un canal central en el surco del

disco mediante el movimiento horizontal del estilete, al igual que se trate de una grabación monofónica. El segundo canal se graba simultáneamente en el mismo surco, pero mediante el movimiento vertical de la cabeza de corte; esto obliga a que en la hora de la reproducción la capsula sea capaz de percibir dos movimientos, y de este modo separa el sonido por los dos canales.

Grabacion grabación electromecánica analógica.

• El segundo método es el usado actualmente. Se lo conoce como 45/45 (grados). En este caso el surco del disco es cortado en forma de V formando un ángulo de 90º entre los dos lados.

• Cada canal es grabado en una de las dos paredes del surco individualmente.

• La cabeza de corte del disco está constituida de tal forma que al ser activado el elemento de corte del lado izquierdo, se grabe en el lado del surco correspondiente a este canal; y cuando el elemento del otro canal (derecho) sea activado la grabación se realizara en la zona derecha del surco.

• Ambas señales de entrada hacía estos elementos deberían estar sincronizadas muy precisamente.

Medio de almacenamiento Populares

El casete• El casete se compone de una tira de plástico de grosor fino

para que sea flexible y alargada, tanto que puede llegar a tener varios metros de longitud.

• Esta tira de plástico lleva una fina capa de material magnético que guardará los datos al orientarse los polos magnéticos gracias a la acción de un cabezal lector/escritor.

• Esta cinta está protegida por una caja rectangular y plana de plástico que tiene dos bobinas con capacidad de giro que están unidas a ambos extremos de la cinta (la tira de plástico).

El casete

• El casete fue un paso adelante en conveniencia desde los magnetófonos, aunque debido a sus limitaciones de tamaño y velocidad, la calidad fue inicialmente pobre en comparación con éstos. El ancho de la cinta es de 3,81 mm, ocupando cada pista estéreo 0,79 mm. La velocidad de reproducción es de 47,6 mm/s (milímetros cada segundo), de derecha a izquierda.5

• En comparación, el típico magnetófono para uso de consumidor tenía un ancho de cinta de 6,35 mm (con cada pista estéreo ocupando 1,59 mm) y una velocidad de 95 ó 190 mm/s.

• El reproductor de cintas magnéticas o casetes se llamaba pletina y, si era compacto y portátil, walkman.

disco de vinilo

• El disco de vinilo o disco gramofónico es un formato de reproducción de sonido basado en la grabación mecánica analógica. Se ha generalizado la nomenclatura disco de vinilo o sólo vinilo porque los grupos polivinílicos eran el material habitual para su fabricación. No obstante, los discos también podían ser de aluminio u otros materiales.

Velocidades de grabación y reproducción

Diameter Revoluciones por minuto Duración

12 pulgadas (30 cm)

33⅓ RPM 45 min long play (LP)

45 RPM Maxi sencillo y extended play (EP)

16 RPM 2 horas

78 RPM 4 minutos

10 pulgadas (25 cm)33⅓ RPM Long play (LP)

78 RPM 6 minutos

7 pulgadas (17.5 cm)

45 RPM 5 minutos sencillo y extended play (EP)

33⅓ RPM 7 minutos sencillo

16 RPM15 minutos (formato usado para grabaciones de libros y cuentos)

Sonido Monoaural

• El sonido monoaural (o en disposición 1.0, abreviado frecuentemente como mono) es el sonido que sólo está definido por un canal (ya sea una grabación captada con un solo micrófono o bien una mezcla final) y que origina un sonido semejante al escuchado con un solo oído.

• El sonido monoaural carece de la sensación espacial que proporciona la audición estereofónica.

sonido estereofónico

• Generalmente, se llama sonido estereofónico o estéreo (en inglés stereo) al grabado y reproducido en dos canales (disposición 2.0). Hoy en día los CD audio, la mayoría de las estaciones de radio FM, casetes y la totalidad de canales de TV y televisión vía satélite, transmiten señales de audio estéreo.

• El propósito de grabar en sonido estereofónico es el de recrear una experiencia más natural al escucharlo, y donde, al menos en parte, se reproducen las direcciones izquierda y derecha de las que proviene cada fuente de sonido grabada.

sonido estereofónico

• El término estéreo proviene del griego stéreos, que significa ‘sólido’, y —aunque se refiere exclusivamente a sistemas de dos canales—

• el término se puede aplicar a cualquier sistema de audio que usa más de un canal, así como el audio de 5.1 canales y los sistemas de 6.1 que se usan en películas y producciones televisivas.

sonido estereofónico

• Aunque el sonido estéreo pueda tener dos canales monoaurales independientes, habitualmente la señal en un canal está relacionada con la señal del otro canal.

• Por ejemplo, si se grabara exactamente la misma señal en ambos canales, entonces se escucharía como un sonido central «fantasma» cuando fuese reproducido en altavoces. Es decir, el sonido parece provenir del punto medio entre los dos altavoces.

Convertidor analógico-digital

• Un conversor (o convertidor) analógico-digital (CAD), (o también ADC del inglés "Analog-to-Digital Converter") es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valorbinario, Se utiliza en equipos electrónicos como ordenadores, grabadores de sonido y de vídeo, y equipos de telecomunicaciones. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo.

Convertidor analógico-digital

• Estos conversores poseen dos señales de entrada llamadas Vref+ y Vref- y determinan el rango en el cual se convertirá una señal de entrada.

• El dispositivo establece una relación entre su entrada (señal analógica) y su salida (digital) dependiendo de su resolución.

• Esta resolución se puede saber, siempre y cuando conozcamos el valor máximo que la entrada de información utiliza y la cantidad máxima de la salida en dígitos binarios.

Convertidor analógico-digital

Para realizar esa tarea, el conversor ADC (Analog-to-Digital Converter - Conversor Analógico Digital) tiene que efectuar los siguientes procesos:

• • 1.- Muestreo de la señal analógica.

2.- Cuantización de la propia señal3.- Codificación del resultado de la cuantización, en código binario.

Muestreo

• Para convertir una señal analógica en digital, el primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling)de ésta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal.

• La frecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina razón, tasa o también frecuencia de muestreo y se mide en kilohertz (kHz). En el caso de una grabación digital de audio, a mayor cantidad de muestras tomadas, mayor calidad y fidelidad tendrá la señal digital resultante.

Muestreo

• Durante el proceso de muestreo se asignan valores numéricos equivalentes a la tensión o voltaje existente en diferentes puntos de la sinusoide, con la finalidad de realizar a continuación el proceso de cuantización.

• Las tasas o frecuencias de muestreo más utilizadas para audio digital son las siguientes:

• 24 000 muestras por segundo (24 kHz)• 30 000 muestras por segundo (30 kHz)• 44 100 muestras por segundo (44,1 kHz) (Calidad de CD)• 48 000 muestras por segundo (48 kHz)

Muestreo

• Por tanto, una señal cuyo muestreo se realice a 24 kHz, tendrá menos calidad y fidelidad que otra realizada a 48 kHz.

• Sin embargo, mientras mayor sea el número de muestras tomadas, mayor será también el ancho de banda necesario para transmitir una señal digital, requiriendo también un espacio mucho mayor para almacenarla en un CD o un DVD.

• En la grabación de CDs de música, los estudios de sonido utilizan un estándar de muestreo de 44,1 kHz a 16 bits. Esos son los dos parámetros requeridos para que una grabación digital cualquiera posea lo que se conoce como “calidad de CD”.

TEOREMA DE NYQUIST

• El ingeniero sueco Harry Nyquist formuló el siguiente teorema para obtener una grabación digital de calidad:

• “La frecuencia de muestreo mínima requerida para realizar una grabación digital de calidad, debe ser igual al doble de la frecuencia de audio de la señal analógica que se pretenda digitalizar y grabar”.

• Es decir, que la tasa de muestreo se debe realizar, al menos, al doble de la frecuencia de los sonidos más agudos que puede captar el oído humano que son 20 mil hertz por segundo (20 kHz).

TEOREMA DE NYQUIST

• Por ese motivo se escogió la frecuencia de 44,1 kHz como tasa de muestreo para obtener “calidad de CD”, pues al ser un poco más del doble de 20 kHz, incluye las frecuencias más altas que el sentido del oído puede captar.

cuantización

• Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la cuantización (quantization) de la señal analógica.

• Para esta parte del proceso los valores continuos de la sinusoide se convierten en series de valores numéricos decimales discretos correspondientes a los diferentes niveles o variaciones de voltajes que contiene la señal analógica original.

• Por tanto, la cuantización representa el componente de muestreo de las variaciones de valores de tensiones o voltajes tomados en diferentes puntos de la onda sinusoidal, que permite medirlos y asignarles sus correspondientes valores en el sistema numérico decimal, antes de convertir esos valores en sistema numérico binario.

Codificación de la señal en código binario

• Después de realizada la cuantización, los valores de las tomas de voltajes se representan numéricamente por medio de códigos y estándares previamente establecidos.

• Lo más común es codificar la señal digital en código numérico binario.

Conversores mas usuales

• De aproximaciones sucesivas: Es el empleado más comúnmente, apto para aplicaciones que no necesitan grandes resoluciones ni velocidades.

• Debido a su bajo coste se suele integrar en la mayoría de microcontroladores permitiendo una solución de bajo coste en un único chip para numerosas aplicaciones de control.

• El conversor realiza una búsqueda dicotómica del valor presente en la entrada. Su principal carencia es el elevado tiempo de conversión necesario.

Conversores mas usuales

• Flash: este conversor destaca por su elevada velocidad de funcionamiento.

• Está formado por una cadena de divisores de tensión y comparadores, realizando la conversión de manera inmediata en una única operación.

• Su principal desventaja es el elevado costo.

Conversores mas usuales

• Sigma-delta: Tienen una velocidad máxima de conversión baja pero a cambio poseen una relación señal a ruido muy elevada, la mayor de todos.

• Otros tipos de conversores igualmente utilizados son: rampa, doble-rampa, etc.