Sonido Digital: Frecuencia de Muestreo y Profundidad de Bit

Alex IglesiasTeoría del Sonido, Tips y ConsejosLeave a Comment

En el anterior post hablaba sobre los diferentes equipos de sonido para iniciarse en este mundillo. Como ampliación a esto vamos a hablar de un concepto imprescindible para el sonido hoy en día: el sonido digital.

Señal digitalizada.
Señal digitalizada.

Introducción

El audio digital no es más que la consecuencia de recoger el sonido que se mueve por el aire hasta nuestros equipos informáticos. Para que esto sea posible tenemos que transformar dicha presión en tensión eléctrica por medio de los micrófonos. Estos contienen una membrana que es sensible a la presión sonora y que transforma dichos movimientos en una leve tensión eléctrica.

Conversión de la presión sonora en señal analógica.
Conversión de la presión sonora en señal analógica.

Frecuencia de Muestreo y Profundidad de Bit

Cómo ya sabemos, según el post indicado al principio de este, la señal necesita del previo para ser amplificada y poder trabajar con ella a unos niveles adecuados. Después entra en acción el proceso que será necesario para obtener nuestro sonido digital, y seguro que nos suenan las siguientes palabras: Frecuencia de Muestreo y Profundidad de Bit.

Señal analógica muestreada y digitalizada.
Señal analógica muestreada y digitalizada.

¿Qué es esto? Pues, en el caso del micrófono teníamos que una señal representada por el eje de tiempo y presión, cambiábamos la presión por voltaje y, en este caso, el tiempo por Frecuencia de Muestreo y el voltaje por Profundidad de Bit.

La Frecuencia de Muestreo podemos definirla como las veces que nuestro equipo recoge una muestra de la señal por segundo, las más habituales son 44.100 y 48.000. Por cada segundo nuestro equipo ha recogido esa cantidad de muestras de la señal.

La Profundidad de Bit, por otro lado, se define como diferentes puntos en la cual podemos establecer la dinámica de la señal por cada muestra recogida. Se ve muy claro en la imagen de arriba y, por medio de la misma, vemos que se genera una cuadrícula dónde se va construyendo la señal digital. El mínimo son 16 bits.

Representación del proceso de transformación de la señal digital
Representación del proceso de transformación de la señal digital.

Teorema de Nyquist-Shannon

Después de exponer lo anterior es fácil preguntarse ¿Por qué 44.100 Hz y 48.000 Hz y no cualquier otra cifra?

Pues porque según este teorema, para que la señal sea fiel y sin pérdidas, necesitamos que la frecuencia de muestreo sea al menos más del doble que la frecuencia máxima audible para el ser humano, 20.000 hercios por segundo ¿Por qué? Pues porque sino podrían recogerse las muestras de una señal oscilando y omitir información en el proceso de digitalización. Vamos a fijarnos en la siguiente imagen con el fin de entender mejor esta problemática y su fácil solución si aplicamos el teorema:

Representación del Teorema de Nyquist-Shannon.
Representación del Teorema de Nyquist-Shannon.

Aplicaciones Prácticas

El sonido digital lo utilizamos a todas horas ya solo al ver un vídeo en YouTube en nuestros móviles, ordenadores, etc. Si queremos aplicarlo para llevar a cabo un proyecto, tenemos que tener en cuenta que el estándar en música está definido en 44.100 Hz y 16 bits. Este es el formato del CD que, a día de hoy, sigue sin cambiar.

Por otro lado, y por norma, para cualquier proyecto relacionado con vídeo utilizaremos los 48.000 Hz y 16 bits como mínimo. Existe frecuencias de muestreo por encima de estas (88.200/96.000 Hz por ejemplo) igual que profundidades de bits superiores (24/32) y, os aconsejaría utilizar las básicas ya que estas requieren de mayor esfuerzo por parte de nuestros equipos al ser más información (por no hablar del espacio de almacenamiento).

También existe un gran debate al respecto, pero si nuestro formato va a ser 44.100 Hz y 16 bits, no tiene mucho sentido trabajar con señales por encima de eso si luego vamos a bajar el formato.

Bibliografía

https://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_de_muestreo

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