Fundamentos del sonido digital

Indice
1.
Naturaleza Del Sonido
2. Computador Y
Sonido
3. Formatos de sonidos mas
populares
4. Otros Formatos
5. Bibliografía

1. Naturaleza Del
Sonido

Para comprender las características del sonido digital,
primero se hará una pequeña introducción de las características del sonido y sus conceptos
mas básicos.
El sonido son vibraciones de las partículas de aire que se
propagan a través del aire, gracias a
estas partículas del aire que se mueven, las vibraciones
llegan a nuestros oídos. La audición en los seres
humanos, ocurre siempre que una vibración tenga una
frecuencia comprendida entre unos 15 y 20.000 hercios, y su
intensidad sea la suficiente para llegar al oído
interno. Cuando las vibraciones pasan estos márgenes se
habla de ultrasonidos y no son perceptibles al ser humano.
Las características del sonido se puede medir y para ello
se usa las unidades de hertzios (Hz) que miden la frecuencia de
un sonido o sea cuantas veces vibra en un segundo, y los
decibeles (Db) que mide la intensidad (amplitud) de una onda.
El oído y un
micrófono incorporado a la tarjeta de sonido tienen un
funcionamiento similar. Ambos transforman las vibraciones
del aire en una señal eléctrica que puede ser
comprendida y almacenada por sus respectivos cerebros. Esta
señal puede ser guardada, manipulada o reproducida por los
medios
electrónicos adecuados.

Muestra de cuatro sonidos con distinta
frecuencia

Muestra de un mismo sonido a tres distintas
intensidades

2. Computador Y
Sonido

La palabra digital nos indica la presencia de procesos
numéricos para concretar un hecho (imagen, sonido,
etc.), los sistemas de audio
digital tienen circuitos
eléctricos para guardar el registro de la
música, en
pocas palabras lo que hacen estos circuitos es
grabar una larga cadena de números (digitalización
o muestreo) con un
dispositivo llamado conversor análogo digital (ADC), que
se encarga de monitorear la evolución de la onda y asignarle a cada
momento un valor
numérico, luego ese valor
numérico es decodificado por un conversor llamado
digital-análogo (DAC).

Calidad Del Sonido Digital
La calidad del
sonido depende de la frecuencia del muestreo y a la
resolución.
Frecuencias de muestreo o de sampleo, se refiere al numero de
mediciones que se hacen por segundo. Cuanto mayor sea el numero
de muestras mejor es la calidad del
sonido, por ejemplo si la velocidad de
muestreo es de una cada un segundo las variaciones del sonido que
se produzcan en el intermedio no serán registradas.
Según estudios, la frecuencia de muestreo debe ser el
doble del sonido mas alto que se pueda escuchar, como el
oído humano puede escuchar aproximadamente hasta los
20.000 Hercios, la frecuencia optima de muestreo será de
44,1 Khz. (44.100 hercios), esta la frecuencia que se usa en los
CD de música. Como los
instrumentos o las voces humanas no pasan la frecuencia de los 10
Khz., con una frecuencia de muestreo de 32 Khz. es mas que
suficiente, al bajar mucho la frecuencia de muestreo el sonido se
vuelve opaco o poco nítido pues se pierden las frecuencias
agudas.
La resolución, el término hace referencia a la
exactitud de las medidas de frecuencia. Se mide en bit, si la
resolución es de 8 bit tenemos 256 niveles posibles
(2^8=256). Si se amplía a 16 bit el rango se extiende a
65.535 (2^16=65536). Como referencia se puede decir que un disco
compacto se graba a 44,1 Khz. y a una resolución de 16
bits.
Si se desea digitalizar 3 minutos de música a un muestreo
de 44,1 Khz. y almacenando por cada muestra dos bytes
(16 bits) se obtiene lo siguiente:
3min x 60 seg/min
x 44100 muestras/seg
x 2 bytes/muestra
—————————
15.876.000 bytes

El cálculo
nos indica que Para almacenar una canción de tres minutos
con calidad profesional se necesitaran 16 MB aproximadamente. Es
aquí donde surge el problema, pues aunque los discos duros u
otros medios de
almacenamiento
han crecido mucho, tener varias canciones significaría
ocupar gran parte del disco del computador,
Para solucionar este problema se han desarrollado formatos de
archivo que
permiten realizar grabaciones de sonido con muy buena calidad
usando un método de
compresión, el problema es que el sonido no puede ser
editado para ser modificado.
A continuación se da una breve descripción de los formatos mas usados y
que con su desarrollo han
aportado al mundo de la informática, además se muestran los
softwares desarrollados para los formatos mencionados.

3. Formatos de sonidos mas
populares

Formato MIDI
El formato MIDI proviene de Musical Instrument Digital Interface.
(Interface digital para instrumentos
musicales) Es un protocolo de
comunicación estándar utilizado para
combinar datos entre
sintetizadores, software, procesadores de
efectos y otros dispositivos MIDI.
Este es el formato mas usado en la composición musical y
tiene generalmente la extensión mid (rmi). El archivo contiene
información de secuenciado, es decir,
acerca de cuando tocar que instrumento y de que forma,
dependiendo del hardware, el sonido puede
ser excelente o bien muy por debajo de lo aceptable.
Los sonidos (timbres) de los diferentes instrumentos tienen un
numero de programa y van
desde el 1 al 128, generalmente se asigna el 1 al piano,
además cada programa tiene
parámetros propios como por ejemplo conque intensidad
atacar un sonido.
Toda la información MIDI que puede procesar un
teclado, sale
como "Midi Out" y entra por el "Midi In" del computador, donde es
completamente reconocido, interpretado y convertido en
números, esto puede ser editado y manipulado gracias a un
software.

Algunos softwares para formato MIDI

• TiMidity. Se recomienda por su buen sonido, el
  inconveniente es el gran uso de la CPU, puede
  convertir desde Midi a Wav.
• Playmidi. Se dice que es mas rápido que otros,
  también reproduce ficheros RIFF, Creative Music.
  También tiene una opción de reproducción de tiempo
  real
• CakeWalk Pro Audio, es un excelente programa para
  edición de sonidos MIDI, permite grabar o reproducir
  desde un sintetizador conectado a la tarjeta de
  sonido.
• MIDI Editor, editor y biblioteca
  de archivos MIDI
  tiene gran calidad de digitalización.
• Mplayer, programa que se incluye con Windows, muy
  pequeño y práctico.

Reproductores de Multimedia de
Windows

En la imagen se
muestra el
sencillo pero útil software incluido con Windows,
llamado Mplayer. Puede leer una serie de formatos de sonido y de
video,
ésta versión es del año 1997, la que se
muestra abajo es Mplayer2 del año 1999 2000, con herramientas
para Internet.

Formato WAV
El formato WAV, (Waveform Audio File) es un formato de archivo
originario de Microsoft
Windows 3.1, tiene normalmente la extensión Wav. Es el
formato para almacenar sonidos mas utilizado por los usuarios de
Windows, lo flexible de este formato lo hace muy usado para el
tratamiento del sonido pues puedes ser compreso y grabado en
distintas calidades y tamaños los Khz. van desde 11025,
22050, 44100). Aunque los archivos Wav
pueden tener un excelente sonido comparable a la del CD (16 bites y
44,1 Khz. estéreo) el tamaño necesario para esa
calidad es demasiado grande (especialmente para los usuarios de
Internet) una
canción convertida a Wav puede ocupar fácilmente
entre 20 y 30 Mb. La opción mas pequeña es grabar a
4 bits y los Khz lo mas bajo posible, el problema es la baja
calidad del sonido, los ruidos, la estática,
incluso cortes en el sonido, por esta razón casi siempre
se usa para muestras de sonido. La ventaja mas grande es la de su
compatibilidad para convertirse en varios formatos por medio del
software adecuado, un ejemplo de ello es pasar de Wav a
Mp3

Algunos softwares para formato Wav

• Cool Editor Pro, trabaja bajo Windows 95/98,
  es uno de los mejores editores de sonido que hay para el
  computador, permite crear efectos a una gran variedad de
  formatos..
• WinDac, programa para copiar CD a formato Wav,
  trabaja bajo Windows
  95.
• Mplayer, programa que se incluye con Windows, muy
  pequeño y práctico.

Grabadora de sonido, herramienta incluida con Windows,
permite editar sonidos Wav de corta duración.

Formato MP3
Formato MP3. Este formato
de compresión de audio qu fue creado por el Moving Picture
Expert Grup, (diseñadores y programadores de normas de
compresión de audio y video) trabajando
bajo la dirección de International Standards
organizatión (ISO). Se
identifican con la extensión MP3, esta norma
fue lanzada el año 1995 a la Internet, actualmente se
trabaja en el sucesor que será el MP4 con una
compresión de 40 a 1. La calidad de sonido del MP3 y su
pequeño tamaño lo hecho muy popular en Internet, su
algoritmo se
basa en la forma de escuchar que tiene el oído humano,
pues las frecuencias que quedan fuera de la audición no
son registradas en el archivo (las mayores de 20khz y las menores
de 20hz). Esto se traduce en archivos mucho mas pequeños,
sin una perdida de la calidad del sonido.
Al usar el formato a MP3 se puede reducir la pista de un CD a un
factor de 12 a 1, (1 minuto de calidad CD en formato MP3 equivale
a 1MB aprox.) pero lo mas importante es que no pierde calidad de
sonido. Factores de incluso 24 a 1 son aceptables. El uso mas
corriente que se la da a estos formatos es el de almacenamiento de
música por lo que primero se debe grabar el CD en el
disco duro del
computador para luego pasarlo al formato MP3, para esto se debe
tener un Ripeers que cumple la función de
pasar desde formato CDA (CD) a Wav, (existen algunos CD no
aceptan ripeado), luego se debe tener un encoder estos programas pasan
de formato Wav a MP3. Se debe tener en cuenta la calidad que se
desea, a mayor tamaño de archivo mayor calidad. Esto se
especifica eligiendo los Kbps (512, 256, 128, 64, 32, 20, 16),
los Khz (48000, 44100, 32000, 24000, 22050, 16000, 11025, 8000) y
si es estéreo o mono y como es la calidad del Wav que se
está trabajando.
La desventaja de estos archivos es que se necesita una maquina
potente pues usan a fondo el procesador, pues
al igual que los formato Zip deben descomprimirse para poder
escucharse.

Algunos softwares para MP3

• Mpg123, este programa reproduce audio mpeg, puede
  reproducir en tiempo real
  desde internet.
• WinAm, sin duda es el programa mas extendido, combina
  rapidez, funcionalidad y un diseño flexible.
• Sonique, destaca por el diseño, tiene muchas funciones pero
  es un poco lento según sus usuarios.

Programa para reproducir formato MP3, el mas usado
actualmente por su diseño y rapidez, se puede bajar gratis
desde Internet (Winamp.com). Además puede reproducir otros
formatos como Midi, Wav etc.

Formato VQF
El formato VQF, es un nuevo formato de compresión de
áudio desarrollado por la empresa
japonesa Yamaha, tiene carácterísticas similar al MP3, pero
la compresión y calidad es mejor, se habla de un 30% menos
de tamaño, un VQf de 96 kbps es mejor que un MP3 de 128
Kbps. El formato no es aun muy difundido en comparación
con el MP3, pero se cree que es cuestión de tiempo para
que los usuarios comparen las ventajas del archivo y su
popularidad suba.
Todas estas ventajas se convierten en desventajas al pensar en el
hardware, pues
necesita mayor cantidad de RAM
(mínimo de 16, se recomienda 32) y de velocidad
(Pentium de 200
Khz), aunque se dice que si se corre un MP3 mientras se trabaja
en otra cosa y el computador soporta, tendría que soportar
este formato. Otra desventaja es que los archivos no se pueden
llevar a un formato Wav aunque se trabaja en esto.
Aunque es muy nuevo exite un plugin lanzado por MP3 para escuchar
este formato, otro programa es de MP3 player llamado
K-jofol

Formato RA
(Real Audio), este es el formato mas usado en Internet por su
capacidad de reproducción en tiempo real, esto significa
que mientras el archivo es bajado se escucha el sonido y cuando
se termina de bajar el ya fue reproducido.
Este formato fue desarrollado por RealNetworks. Esta empresa a puesto
a disposición de los usuarios softwares para recibir y
enviar en tiempo real (Tanto video como Sonido), La empresa es
reconocida como una de las mas importantes en el mundo
informático pues a puesto a su formato RA a la altura del
Wav o del MIDI en popularidad.
El problema mas grabe que tiene es que puede cortarse la
reproducción del áudio cuando hay
interrupción en la señal de datos, esto
ocurre cuando el usuario usa un módem muy lento o hay
mucho trafico en la red. Real Audio desarrolla
una mejora en su formato (RealSystemG2), que incrementa la
frecuencia de áudio en un 80% logrando en módem de
28,8 Kbps una mejora en la calidad del áudio. El problema
surge en el almacenaje pues producirá archivos demasiado
grandes sobretodo para el envió por correo
electrónico.

Este producto puede
tocar archivos antiguos de RA , Wav. Puede ser usado por Mac y
PC.
Para reproducir estos archivos se debe tener Real Audio Player
instalado ,el sistema debe
contar con:

• PC superior a 486/66hz
• 16 MB de RAM
• 8 MB libre en disco
  duro
• Tarjeta de sonido compatible con Windows
  95/nt
• Conexión con Internet, con modem de 28
  Kbps

Programa Real Player para escuchar o ver videos desde De
Internet, sin la necesidad de almacenar en el disco duro. Es el
mas usado por su rapidez, el sonido tiene mejor calidad en las
versiones nuevas.

Comparación Entre Formatos

Cada minuto de sonido se toma a la maxima calidad (16
bit y maximo muestreo)

4. Otros
Formatos

.au
Formato de sonido muy común encontrado en Internet. Por lo
general son de 8 bit y poseen menor calidad que otros formatos.
El programa mas usado para este tipo de archivo es Waveform Hold
and Modify, que soporta muchos formatos, conversiones entre ellos
y funciones de
edición y corrección de archivo.

.aiff
( Audio Interchange File Format). Formato de sonido muy simple y
popular en Internet, es un formato originario para Macintoch
parecido al wav por su tamaño, también puede ser
usado en otras plataformas, requiere los mismos programas que el
formato au, anteriormente mencionado.

.voc
Son similares a los archivos wav, la diferencia es que traen
marcadores de sincronización especialmente para ser usados
con imágenes,
videos u otros sonidos en aplicaciones multimedia.

.mod
Es la extensión que se aplica a un tipo de fichero que
utiliza muestras de de instrumentos digitalizados para crear
composiciones en secuenciadores especiales llamados trakers, se
comenzó usando solo 4 pistas y actualmente llegan a 32, la
calidad sonora es buena y se sigue mejorando. Puede tomar como
muestra cualquier sonido digital, el tamaño de los
archivos es pequeño y para la reproducción se
requiere no se requiere de software especializado.

5.
Bibliografía

1.- Microsoft
Encarta 98
2.- Sitio Internet Maestros de Web
3.- Sitio Internet Monografías
4.- Sitio Internet VQF
5.- Sitio Internet Winamp
6.- Sitio Internet Real Audio
7.- Sitio Internet MP3
8.- Sitio Internet Universidad de
Valladolid
9.- Sitio Internet member.tripod
10.- Sitio Internet Fortunecity

Autor:

Ivan Vejar Vera

Profesor: Música y computación