Audio digital

Muestreo y cuantificación de 4 bits de una señal analógica (rojo) utilizando la Modulación por Código de Pulsos.

El audio digital es una tecnología que utiliza señales digitales para la reproducción del sonido. Incluye la conversión de analógico a digital, la conversión de digital a analógico, el almacenamiento y la transmisión.

El audio digital ha surgido por su utilidad en la grabación, manipulación, producción en masa y distribución del sonido. La distribución moderna de música en Internet a través de tiendas online depende de la grabación digital y de los algoritmos de compresión digital. La distribución de audio como archivos de datos en lugar de como objetos físicos ha reducido significativamente los costes de distribución.

Resumen del audio digital

Pasando de lo analógico a lo digital

Desde el cilindro de cera hasta el casete compacto, el almacenamiento y la reproducción de música de audio analógico se han basado en los mismos principios en los que se basa la audición humana. En un sistema de audio analógico, los sonidos comienzan como formas de onda físicas en el aire, se transforman en una representación eléctrica de la forma de onda, a través de un transductor (por ejemplo, un micrófono), y se almacenan o transmiten. Para recrearse en sonido, el proceso se invierte, mediante la amplificación y posterior conversión de nuevo en formas de onda físicas a través de un altavoz. Aunque su naturaleza puede cambiar, sus características fundamentales, similares a las de las ondas, permanecen inalteradas durante su almacenamiento, transformación, duplicación y amplificación. Todas las señales de audio analógicas son susceptibles de sufrir ruido y distorsión, debido al ruido inherente presente en los circuitos electrónicos.

El audio digital es la tecnología de representación del audio en forma digital. La cadena de audio digital comienza cuando una señal de audio analógica se convierte en señales eléctricas -impulsos «on/off»- en lugar de señales electromecánicas. A continuación, esta señal se codifica para combatir cualquier error que pueda producirse en el almacenamiento o la transmisión de la señal. Esta «codificación de canal» es esencial para que el sistema digital pueda recrear la señal analógica al reproducirla. Un ejemplo de código de canal es la modulación de ocho a catorce bits que se utiliza en los discos compactos de audio.

Una señal analógica se convierte en una señal digital a una velocidad de muestreo y una resolución de bits determinadas; puede contener varios canales (2 canales para el estéreo o más para el sonido envolvente). En general, cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo y la resolución de bits, mayor será la fidelidad, así como la cantidad de datos digitales.

Calidad de sonido

Aunque el objetivo de los sistemas tanto analógicos como digitales es reproducir el audio a la perfección, existen varios obstáculos para lograr este objetivo. Entre ellos se encuentran:

• El ruido de fondo analógico en la circuitería de captación, y tienen una capacitancia e inductancia inherentes que limitan el ancho de banda del sistema, y una resistencia que limita la amplitud.
• El ruido de cuantificación digital en la circuitería de captación, y la frecuencia de muestreo limita el ancho de banda y su resolución de bits limita el rango dinámico (resolución de creación de amplitud).

Para lograr una mayor fidelidad, se requieren componentes de mayor calidad, lo que aumenta el coste global.

Proceso de conversión

Una señal de audio digital comienza con un convertidor analógico-digital (ADC) que convierte una señal analógica en una señal digital. El ADC funciona con una frecuencia de muestreo y convierte con una resolución de bits conocida. Por ejemplo, el audio de un CD tiene una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz (44.100 muestras por segundo) y una resolución de 16 bits para cada canal (estéreo). Si la señal analógica no está ya limitada en banda, es necesario un filtro antialiasing antes de la conversión, para evitar el aliasing en la señal digital. (El aliasing se produce cuando las frecuencias por encima de la frecuencia de Nyquist no han sido limitadas en banda, y en su lugar aparecen como artefactos audibles en las frecuencias más bajas).

Una visión general del proceso de conversión digital <-> analógica.

Algunas señales de audio, como las creadas por la síntesis digital, se originan enteramente en el dominio digital, en cuyo caso no tiene lugar la conversión analógica a digital.

Después de ser muestreada con el ADC, la señal digital puede ser alterada en un proceso que se denomina procesamiento de la señal digital, donde puede ser filtrada o se le aplican efectos.

La señal de audio digital puede entonces ser almacenada o transmitida.El almacenamiento de audio digital puede realizarse en un CD, un reproductor de MP3, un disco duro, una unidad flash USB, CompactFlash o cualquier otro dispositivo de almacenamiento de datos digitales.Las técnicas de compresión de datos de audio -como MP3, Advanced Audio Coding, Ogg Vorbis o Flac- se emplean habitualmente para reducir el tamaño del archivo.El audio digital puede transmitirse a otros dispositivos.

El último paso para el audio digital es volver a convertirlo en una señal analógica con un convertidor digital-analógico (DAC).Al igual que los ADC, los DAC funcionan con una frecuencia de muestreo y una resolución de bits específicas, pero a través de los procesos de sobremuestreo, muestreo ascendente y muestreo descendente, esta frecuencia de muestreo puede no ser la misma que la frecuencia de muestreo inicial.

Historia del uso del audio digital en la grabación comercial

La grabación digital comercial de música clásica y de jazz comenzó a principios de la década de 1970, con el impulso de empresas japonesas como Denon, la BBC y el sello discográfico británico Decca (que a mediados de la década de 1970 desarrolló grabadoras de audio digital de diseño propio para la masterización de sus álbumes), aunque ya existían grabaciones experimentales desde la década de 1960.

La primera grabación PCM de 16 bits en Estados Unidos fue realizada por Thomas Stockham en la Ópera de Santa Fe en 1976, en una grabadora Soundstream. En la mayoría de los casos, no hubo etapa de mezcla; se hizo una grabación digital estéreo y se utilizó sin alterar como cinta maestra para su posterior lanzamiento comercial. Estas grabaciones digitales sin mezclar se siguen denominando DDD, ya que la tecnología utilizada es puramente digital. (Las grabaciones analógicas sin mezclar también suelen describirse como DDD para denotar una única generación de grabaciones analógicas.)

Aunque la primera grabación digital de la historia de una pieza de música no clásica, la versión de Morrissey-Mullen del éxito de Rose Royce «Love Don’t Live Here Anymore» (lanzada en 1979 como un EP de vinilo) se grabó en 1978 en los estudios de grabación Abbey Road de EMI, el primer álbum de música popular grabado completamente de forma digital (DDD) fue Bop Till You Drop de Ry Cooder, grabado a finales de 1978. No se mezcló, sino que se grabó directamente en una grabadora digital 3M de dos pistas en el estudio. Muchos otros artistas de primera fila se adhirieron pronto a la grabación digital. Otros, como el antiguo productor de los Beatles, George Martin, consideraban que la tecnología de grabación digital multipista de principios de los 80 no había alcanzado la sofisticación de los sistemas analógicos. Sin embargo, Martin utilizó la mezcla digital para reducir la distorsión y el ruido que introduciría una cinta maestra analógica (por tanto, ADD). Un ejemplo temprano de una grabación analógica que se mezcló digitalmente es el lanzamiento de Fleetwood Mac en 1979, Tusk.

Evaluación subjetiva

La evaluación de la fidelidad es un problema de larga data con los sistemas de audio en general. Aunque las señales de audio pueden medirse y analizarse con instrumentos especializados según normas más exigentes que las que se pueden realizar con el oído, estas mediciones no siempre revelan si ciertos sonidos son evaluados como «buenos» o «malos» por un oyente determinado. Entre los parámetros que influyen en la calidad del audio se encuentran la capacidad auditiva, las preferencias personales, la ubicación con respecto a los altavoces y las propiedades físicas de la sala. Por supuesto, la evaluación subjetiva no es exclusiva del audio digital. Sin embargo, el audio digital añade más elementos al debate, como los algoritmos de compresión con pérdidas y los modelos psicoacústicos.

Tecnologías de audio digital

• Digital Audio Broadcasting (DAB)
• Estación de trabajo de audio digital
• Reproductor de audio digital

Tecnologías de almacenamiento:

• Cinta de audio digital (DAT)
• Disco compacto (CD)
• DVD-A
• MiniDisc
• Super Audio CD
• Varios formatos de archivos de audio

Interfaces de audio digital

Las interfaces específicas de audio incluyen:

• Interfaz AC97 (Audio Codec 1997) entre los circuitos integrados de las placas base de los PC
• Audio de alta definición de Intel Un moderno sustituto de AC97
• Interfaz ADAT
• Interfaz AES/EBU con conectores XLR
• AES47, Audio digital profesional AES3 sobre redes de Modo de Transferencia Asíncrona
• Interfaz I²S (sonido Inter-IC) entre circuitos integrados de electrónica de consumo
• Interfaz digital de audio multicanal MADI
• Interfaz MIDI de bajo ancho de banda para transportar datos de instrumentos; no puede transportar sonido
• S/PDIF, ya sea por cable coaxial o TOSLINK
• TDIF, formato propietario de Tascam con cable D-sub
• Bluetooth mediante A2DP

Naturalmente, cualquier bus digital (como USB, FireWire y PCI) puede transportar audio digital.

Véase también

• Disco compacto
• DVD
• Música
• Sonido

• Borwick, John. 1996. Sound Recording Practice, 4ª edición. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0198166087.
• Ifeachor, Emmanuel C., y Barrie W. Jervis. 2002. Digital Signal Processing: A Practical Approach, 2nd edition. Harlow, Reino Unido: Prentice Hall. ISBN 0201596199.
• Rabiner, Lawrence R., y Bernard Gold. 1975. Theory and Application of Digital Signal Processing (Procesamiento digital de señales). Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 0139141014.
• Stanley, William D., Gary R. Dougherty, y Ray Dougherty. 1984. Digital Signal Processing. Reston, VA: Reston Pub. Co. ISBN 083591321X.
• Watkinson, John. 2005. The Art of Digital Audio, 3ª edición. Oxford: Focal Press. ISBN 0240515870.

Todos los enlaces recuperados el 23 de octubre de 2017.

• Audio Digital. (Tutorial.)
• Introducción a la música por ordenador: Volumen uno, capítulo cinco: Digital Audio.

Puerta lógica | circuito digital | circuito integrado (CI)

Teoría – lógica booleana | procesamiento digital de señales | arquitectura de ordenadores

Aplicaciones – fotografía digital fotografía | audio digital | vídeo digital