Que é o son dixital?

2002/09/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Irudiak/Soinuak

Que é o son dixital? A resposta a esta pregunta é rápida si sabemos o que é o son. En definitiva, o son non é máis que una onda que se propaga no aire, e dixitalizar o son é converter esa onda nunha sucesión de números. Esta secuencia pódese gardar e manipular no computador. O que ofrecía o cine daquel país é, en definitiva, o resultado de todo iso, polo menos xustificando así o prezo da entrada.

Moitas veces o prezo da entrada asegura a calidade dixital do son. Pero, que significa iso? Paira responder a esta pregunta debemos analizar os números anteriormente mencionados. Dado que a sucesión de números é a expresión da onda, cantos máis números utilícense paira un determinado intervalo de sons, mellor expresión obterase. Está claro, por tanto, que ese número de números ten que cumprir uns mínimos.

As ondas de 440 Hz realizan 440 ciclos nun segundo. E paira expresar correctamente as oscilacións da onda é necesario tomar polo menos 5 números por ciclo. Por tanto, necesítanse 2.200 números (2,2 kHz) paira poder expresar correctamente este son. Con todo, as frecuencias máis altas esixen un maior número de números, polo que cun determinado número os sons máis frecuentes están menos representados que os menos frecuentes.

Dadas as características dos sons reais, adoptouse 44,1 kHz como estándar de calidade, é dicir, débense tomar 44.100 números paira manter un son dun segundo con boa calidade. Non é demasiado paira o equipo daquel cine?

Sons sonoros, sons baixos

Outro factor que debe terse en conta é que os valores que poden tomar estes números tamén se reflicten na calidade. Por exemplo, pódese utilizar una escala de cero a dez, é dicir, una escala na que a onda do son máis sonoro alcanza frecuentemente o valor 10. Pero esta escala non adoita ter una gran flexibilidade, é case imposible distinguir os matices do son a través de una pequena escala. Pola contra, a escala utilizada no mercado é de -32.768 a +32.768.

Como se elixiu un número tan raro? Pola expresión binaria dos números. Este rango pode alcanzar un valor de 65.536, é o número de números que poden almacenar 2 bytes na memoria do computador.

Por tanto, paira expresar correctamente a intensidade do son, cada número necesita 2 bytes na memoria e un son dun segundo necesita 44.100 números. Por tanto, este son encherá na memoria 88.200 bytes, é dicir, uns 86 K. Calcúlase que na memoria dun megabyte só se poden almacenar 11,89 segundos. O son dixital de abaixo perde calidade, xa que 44,1 kHz e 2 bytes son as características ' de calidade CD'.

Manipulación de números

Con todo, independentemente da súa calidade en CD, o son dixital ten outras características, xa que ao tratarse dunha sucesión de números é facilmente manipulable. con só cambiar os números estamos a cambiar o son. Por exemplo, colocando ceros en lugar de todos os números dun intervalo de tempo, convertemos o intervalo en silencio; ou si dividimos todos os números, reducimos o volume do intervalo á metade; etc. Aínda que son cambios simples, as consecuencias son importantes.

Ao mesmo tempo, as complexas variacións dos números aumentan enormemente as posibilidades de manipulación do son. Así, por exemplo, prodúcense efectos sonoros (ecos, distorsiones, …), redúcese ou elimina o ruído de fondo continuo, refórzanse varias frecuencias e debilítanse outras. Doutra banda, a miúdo producen un efecto similar ao dun cambio de localización das fontes sonoras. Son moitos os procesos que levan a cabo antes de comercializar a música nun disco.

Ademais dos discos, os sons da radio e a televisión están manipulados dixitalmente. A voz, por exemplo, está tratada por compresión. Este tratamento establece límites de intensidade no son, limitando así os sinais a partir de una amplitude paira evitar os vértices sonoros bruscos. E todos eles son só algúns exemplos de manipulación dixital. O número de oportunidades depende da creatividade. Por iso, o son resultante e o orixinal non teñen moito que ver.

Todo o que escoitamos na televisión, a radio, o cine e os discos é de computador? Non, claro, pero o computador é una ferramenta moi útil paira manipular ese son. En definitiva, trátase dunha serie de números nos que se pode cambiar o son dixital. E a súa calidade depende da memoria que necesite. Nun CD, por exemplo, almacénanse 44.100 números por segundo, representados mediante 2 bytes cada un.

Cando o cine dun pobo perdido ofrece son dixital, dános o resultado dese tratamento e non o tratamento. Por tanto, non é o cine o que necesita un computador con gran memoria. Pero o son xa non nos impresiona. Quizá teñamos razón de seducirnos cando a imaxe tamén é dixital.

Son, ruído organizado

Una vez terminado o día a día, descansar adecuadamente non é nada fácil cando o veciño está a aprender a tocar o violín. Parece que o ruído que se produce alén da parede superará todos os obstáculos paira evitar o noso descanso. Non é de estrañar, a física dos sons é un tema moi complexo. Os fíos do violín, axitados polas moléculas do aire, producen ondas de presión. Estas ondas provocan a vibración da parede e así se transmiten ao aire da nosa habitación. Non hai forma sinxela de evitar a transmisión, polo que o ensaio do veciño será obrigatorio. Si aprendese a tocar o contrabaixo sikiera! Noticias

En que consiste a diferenza? O violín golpea o aire con máis frecuencia que o contrabaixo: Para que se ouza una determinada 'móvea o aire 880 veces nun segundo, polo que a frecuencia desta onda é de 880 Hz.

A onda dunha 'a' dada polo contrabaixo é só de 55 Hz. As altas frecuencias xeran altas notas e as baixas notas. Ademais do violín do veciño, un soprano que rompe cantando copas produce ondas de alta frecuencia. Pero ademais de crear a frecuencia adecuada, o soprano ten que cantar en voz alta paira romper una copa.

Cando o soprano canta en voz alta, saca o aire con forza. Independentemente da frecuencia, a sonoridad é consecuencia da amplitude da onda. Por exemplo, ao tocar a corda dunha guitarra, a frecuencia non cambia (óuvese a mesma nota), pero aos poucos o son cala, é dicir, a amplitude diminúe. Isto é debido á perda de forza da vibración. E a onda que chega aos nosos oídos cambia da mesma maneira co tempo aproximadamente:

A onda atenuada que se ve na imaxe, con todo, é ideal; as ondas de sons reais son máis complexas. Aínda que escoitamos una soa nota, as frecuencias harmónicas interveñen no son. Á frecuencia básica engádense outras máis grandes, pero non calquera frecuencia, senón múltiplos da básica. Isto fai máis complexa a estrutura da onda.

Os armónicos permítennos distinguir si o son é de violín ou clarinete. A vantaxe da complexidade é que dá unha cor especial a cada son. A esta 'cor' chámaselle xeralmente timbre.

Hai que ter en conta os timbres, armónicos, frecuencias e amplitudes, non é demasiado paira o veciño? Mentres ensaia, quizais mellor estar fóra de casa. Ao cabo duns anos aprende a controlar estas complexas ondas. Utilizará as frecuencias adecuadas paira a correcta execución das notas e proporcionará a cada nota a intensidade correspondente, controlando a amplitude da onda. Por outra banda, utilizarase o timbre doutros instrumentos, dando máis importancia a unhas frecuencias harmónicas que a outras. Até entón, deberase pedir ao veciño que insonorice a habitación para que a onda non se transmita en ningún caso.

O teorema de Nyquist: clave paira dixitalizar

A dixitalización do son real (una onda analóxica) é un proceso complexo. En primeiro lugar, o micrófono recibe a vibración do aire e convérteo nun sinal eléctrico que logo se dixitaliza. Paira iso, o son dixital é una relación de medidas nas que a tensión que cambia constantemente. Nun só segundo poden ser miles de medidas.

Por iso, a calidade da dixitalización dependerá do número de medidas adoptadas por segundo. O estándar de gravación de CDs é de 44.100 medidas por segundo. Por que? Como chegaron a ese número? En definitiva, trátase dun cálculo matemático baseado no teorema de Nyquist.

Segundo o teorema de Nyquist, paira expresar mediante números as ondas dunha determinada frecuencia, cada ciclo debe ter polo menos dúas medidas. Por exemplo, paira representar mediante números una onda de 5.000 Hz, necesitamos como mínimo 10.000 números por segundo.

En caso contrario, a declaración non será adecuada: Dado que en son real non existe una frecuencia única, esta regra aplícase á de menor lonxitude de onda. Por outra banda, o son que pode ouvir o ser humano non supera os 22.000 Hz, polo que o estándar de calidade do son dixital fixouse en 44.100 Hz.

PC e Macintosh Antigamente o son dixital estaba en mans duns poucos, pero co desenvolvemento dos computadores chegou tamén ao consumidor da rúa. Os reprodutores de música son cada vez máis baratos, así como micrófonos, gravadores, etc. Por tanto, os estudos de gravación amateur en fogares privados están a converterse en algo habitual. Nun estudo de casa é imprescindible o computador paira poder traballar con son dixital. Hai moitos bos programas dispoñibles, o límite actual é o tamaño da memoria, que tamén se disparou nos equipos domésticos. Este software é capaz de utilizar un son de calidade CD. O estándar de arquivos de son en PC é o de extensión WAV e en Macintosh o de extensión AIFF. Estes arquivos almacenan, en definitiva, o son tal e como se explica neste artigo. Con todo, para que cada ficheiro non cumpra tanta memoria, outros formatos como o mp3 convertéronse en habituais. Con todo, nestes formatos alternativos a información está comprimida, polo que os ficheiros MP3 e AIFF teñen menor calidade sonora que os ficheiros MP3.