audio digital adriana cárdenas. anthony ochoa. carlos andrés jaramillo. jhonathan ramírez h
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Audio Digital
Adriana Cárdenas.
Anthony Ochoa.
Carlos Andrés Jaramillo.
Jhonathan Ramírez H.
Principios Básicos
●Sonido ¿Qué es?.
●Características de la Onda.
●Frecuencia Amplitud.
●Representación del Sonido.
Principios Básicos
Conjunto de ondas producidas por un cuerpo al vibrar, que crea una variación de presión en el medio que le rodea y pueden ser captadas por el oído.
Existen 3 características de percepción del sonido : el tono, la intensidad y el timbre. Estas coincides con 3 características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica o forma de onda
Sonido ¿Qué es?
Principios Básicos
Las ondas de sonido son ondas mecánicas longitudinales.
El material transmitido por una onda de sonido va en la dirección de la propagación de la onda.
Longitud de Onda: Es la distancia que recorre el sonido en un ciclo completo.
Fase: Desplazamiento en el periodo de la onda.
Características de la Onda (Sonido)
Principios Básicos
Frecuencia: Esta definido por el numero de ciclos de vibración que pasan por un punto dado cada segundo.
Es el tono y se mide en hertzios (ciclos por segundo). La escala audible es 20 a 20 khz.
Notas bajas: (graves) como 20 hz como el órgano o retumbar de máquinas pesadas Notas altas: (agudas) como o notas altas de un violín
Principios Basicos
Amplitud: Es la cantidad de desplazamiento de presión sobre y bajo el nivel de equilibrio atmosférico.
Se expresa en unidades de volumen (VU) o decibeles dBUmbral de dolor 130 dB como una orquesta de 75 instrumentos en fortísimoConversación 60 dB y silencio exterior 10 dB.
Principios Básicos
Audio Digital
Es la representación de una señal de audio mediante números, en general codificados en forma binaria (es decir con ceros y unos).
Principios Básicos
●Digitalizar una señal análoga es sacar una muestra (sampling) de las señales en un intervalo de tiempo regular.●Los valores de muestra están representados usando 8 bits o mas, dependiendo de la precisión requerida.
Representación del Sonido en el Pc
Grabación de Sonido
●PCM es una representación para las señales de muestra donde cada valor de muestra es un numero.●La calidad del audio digital representado por PCM depende de la frecuencia de muestreo y el numero de bits por muestra (8, 12, 16 bits por muestra).Tamaño para un minuto de audio:
PCM (Pulse Code Modulation)
●Calidad TV●8 bits●mono●muestreado a 22.05 KHz: ●1.3 MB
●Calidad CD●16 bits●stereo●muestreado a 44.1 KHz: 10.5 MB
Grabación de Sonido
●Para los CD’s:
●16 bits (tamaño usual de muestreo) = 2 bytes (1 byte = 8 bits)
●Rata convencional de muestreo = 44.1 KHz (1 muestra = 16 bits)
●1 segundo de sonido mono = 44.1 Kwords (16 bits),
●entonces...
●1 segundo de sonido mono = 88.2 Kbytes
●1 minuto de sonido mono = 88.2 Kbytes * 60 = 5292 Kbytes (5 Megas)
●1 minuto de sonido stereo = 5292 Kbytes * 2 10584 (10.5 Megas)
Ejemplo:
Grabación de Sonido
Convertir una señal análoga a formato Digital, se toma una muestra del voltaje en un intervalo de tiempo, en miles de segundos. El valor de cada muestra es redondeado a el entero mas cercano en una escala que varia acorde a la resolución de la señal. El entero es entonces convertido a un numero binario.
Muestreo
Grabación de SonidoMuestreo (cont.)
Efectos de convertir una señal análoga con diferentes niveles de resolución o numero de bits
Grabación de SonidoRecorte (clipping)
Los niveles de la señal de audio digital están expresados en dB (decibeles), medidos por la relación de 0 dB, como el valor mas alto que se puede llegar.
Una de las reglas en formato digital es que una señal nunca puede exceder los 0 dB.
Grabación de SonidoRata de bits
La rata de bits se refiere a cuantos bits (1s y 0s) son usados en cada segundo para representar la señal. La rata de bits en Audio Digital esta expresada en miles de segundos (Kbps) y corresponde directamente al tamaño del archivo y la calidad de este.
A menor rata de bits menor el Archivo pero la calidad es peor.
A mayor rata de bits Mejor la calidad del Sonido pero el archivo es mas grande.
Rata de muestra x Resolucion x # of canales = Bit-rate
44,100 x 16 x 2 = 1,411,200
Grabación de Sonido
●Sonidos En Mp3
●Mp3 128kbps
●Mp3 64kbps
●Mp3 32kbps
Ejemplo:
Grabación de SonidoTamaño Archivo.
El tamaño del archivo de Audio Descomprimido puede se calculado multiplicando la Rata de muestra por Resolución, numero de canales y tiempo por segundos.
La Tabla muestra un ejemplo de la formula para calcular el tamaño del archivo de audio.
Rata Muestra x Resolution x # Canales x
Tiempo por
segundo/
Bits / Byte = File Size
(in Bytes)
44,100 x 16 x 2 x 60 / 8 = 10,584,000
Grabación de SonidoTamaño Archivo.
Ejemplo de tamaño de archivos de audio de 1 minuto.
Sampling Rate ResolutionNumber ofChannels Bit-rate File Size
(in Bytes)
44,100 16 2 1,411,200 10,584,000
44,100 16 1 705,600 5,292,000
22.050 16 1 352,800 2,646,000
11.025 16 1 176,400 1,323,000
11.025 8 1 88,200 616,000
Grabación de Sonido
Una de las cosas mas importantes sobre el audio digital es la posibilidad de hacer copias perfectas.
Como lo que se almacenan son números, no es difícil volver a copiar los números si tener ningún error.
La información no se pierde, es decir, no hay adición de ruido.
Formato Digital
Digital : DiscretaAnáloga : Continua
Tiene algunas ventajas sobre el audio analógico que lo hacen insustituible.
1. Permite ser almacenado en forma inalterable.
2. Permite aprovechar la tecnología de procesamiento digital de señales para introducir efectos, modificaciones o mejoras imposibles o muy difíciles de lograr analógicamente. Por ejemplo, es posible conseguir retardos, efectos de reverberación, supresión de ruido, etc.
Ventajas del audio digital
Captura de sonidoComponentes de una tarjeta de sonido
Esta compuesta por dos subsistemas: Captura de audio
digital Síntesis de música
(2 modos): Sintetizador FM Ejecución de un
sonido digitizado
Captura de sonidoSubsistema de audio digital
Compuesto por un DAC (digital analog converter) y un ADC (analog digital converter) de x(16,24) bits y un generador de frecuencia de muestreo programable.
El generador de frecuencia de muestreo proporciona la frecuencia de trabajo a los DAC y ADC, que leen datos desde el computador o se los envían.
Las tarjetas usan canales DMA (Direct Memory Access) para leer y escribir el audio digital.
Las tarjetas que simultáneamente pueden leer y escribir el sonido se denominan full-duplex.
El generador de sonido usa un DSP (Digital Signal Processor) que genera el sonido de las notas en función de un banco de datos de sonidos e instrumentos almacenado en la Wavetable a diferentes velocidades y las multiplexa.
El máximo número de notas simultáneas disponible depende de la capacidad del DSP y se denomina polifonía.
Captura de sonidoConexiones de la tarjeta de sonido
Tradicionalmente se han utilizado conectores mini-jackl. Éstos siguen siendo los más comunes en las soluciones de nivel bajo y medio.
Conectores tradicionales en las cadenas o minicadenas de sonido domésticas son los RCA.
Si buscamos calidad profesional, deberemos inclinarnos por una tarjeta con entradas y salidas S/PDIF o salidas ópticas digitales.
Por último, las entradas y salidas MIDI. Serán necesarias en caso de que vayamos a trabajar con dispositivos MIDI como pudiera ser un teclado
Captura de sonidoEL DAC Y ADC
Los ordenadores tienen un "problema", sólo saben trabajar con datos digitales (más concretamente binarios, 0s y 1s), por lo que cuando conectamos unos altavoces a nuestra tarjeta de sonido, hay alguien que transforma esos datos digitales en analógicos para que nuestro altavoz los entienda. De eso se encarga el DAC (Conversor Digital-Analógico, ).
El ADC (Conversor Analógico-Digital); se utiliza cuando grabamos desde una fuente externa (por ejemplo desde nuestro equipo musical), un sonido, lo que significa que deberemos transformar esos datos analógicos que llegan por el cable en muestras digitales que podamos almacenar en nuestro disco duro.
La captura debe realizarse en cuatro niveles:
●El primero, comprende un filtro conocido como antialiasing, el cual define una frecuencia límite.
●El segundo nivel, conocido como muestreo (sampling), es la toma de muestras o voltajes por unidad de tiempo (segundos) de la señal analógica.
●La tercera etapa es la cuantificación, en ésta se asignan valores numéricos a cada registro de la muestra.
●Por último, la codificación, o cuarto nivel. Los dígitos binarios no se registran tal y como salen de la cuantificación, sino que se establece una regla o procedimiento para la grabación y reproducción
Captura de sonidoEl Proceso de la Captura
Captura de sonidoMuestreo
Como sabemos el sonido es una señal continua y el computador solo maneja datos discretos, por lo que digitalizar un sonido consiste en sacar una muestra de la señal análoga (sampling), en un intervalo de tiempo regular.
Captura de sonidoMuestreo (Cont.)
Teorema del Muestreo.
Para representar una señal, la tasa de muestreo necesita ser al menos dos veces la frecuencia más alta contenida en el sonido de la señal.
Captura de sonidoPasar una señal eléctrica a una señal digital
La digitalización consiste en subdividir el rango útil total de la señal en cierta cantidad de "casilleros" o subintervalos numerados, y asignar a cada muestra el número de subintervalo en el cual se encuentra.
Por ejemplo, si el rango de una señal que varía entre 0 y 10 V se subdivide en 16 subintervalos, a una muestra de 7,3 V se le asignará un número igual a la parte entera de 7,3*16/10 = 11,68, es decir 11. Este proceso es llevado a cabo por un conversor analógico/digital.
Captura de sonidoRepresentación después de la digitalización
Una vez en versión binaria, cada bit puede estar representado por una tensión eléctrica (por ejemplo "0" = 0 Volt y "1" = 5 Volt), por un campo magnético (por ejemplo "0" = Sur y "1" = Norte), por un haz luminoso (por ejemplo "0" = oscuro y "1" = iluminado), etc. El conjunto de bits que representan a una única muestra se suelen llamar palabra.
Captura de sonidoResolución de un sistema de audio digital
Es la cantidad de bits que conforman cada palabra. Cuanto mayor sea la resolución, más precisa será la representación.
El audio digital para el consumo masivo (por ejemplo el CD o las placas de sonido de las computadoras) tiene una resolución de 16 bits. En sistemas de audio profesional se utilizan 20 bits y aún 24 bits
En Calidad de Cd se usan 16 bits el cual provee un rango de numeros binarios de 65534 (216). El binario corresponde a –32768 para los nivele mas bajos y 32767 para los niveles mas altos del rago de valores.
CDA (Compact Disc Audio). Es el formato nativo de los discos compactos, con frecuencias de muestreo de 44.1 Khz, 16 bits de cuantificación y en dos canales.
WAV (Microsoft Wave-from). Estándar en las computadoras con sistema Windows. A diferencia del CDA, posee más frecuencias de muestreo: desde los 8 Khz hasta 192 Khz.
AIFF (Audio Interchange Format File). Popular en sistemas Apple. Soporta hasta 44.1 Khz y 32 bits de cuantificación.
RA o RM (Real Audio). Creado por Real Networks. A pesar de tener una muy buena compresión y descompresión, generalmente su calidad no es adecuada para aplicaciones profesionales.
Windows Media Audio (WMA o MS Audio). Creado por Microsoft para competir con el MP3.
Captura de sonidoFormatos de Compresión.
Captura de sonidoFormatos de Compresión (Cont.)
Mención aparte merece MP3 (MPEG-1 Capa 3).
MP3 contiene procesos de alta compresión, y puede reducir el tamaño de los archivos hasta 12 veces.
La compresión que hace MP3 de la información binaria se apoya en un concepto denominado codificación perceptiva, que elimina frecuencias en teoría no fáciles de captar por los humanos, conservando la fidelidad del sonido en la medida de lo posible.
Características de el formato MP3:
● Sistema de compresión de señales de audio basado en cómo el cerebro percibe el sonido.
● Usa el perceptual coding:Si 2 sonidos ocurren a la vez, solo comprime el que oiría el cerebroSi un sonido débil sigue a uno fuerte se suprime, etc.
● Se comprime el stereo (solo se almacena una vez si el sonido es idéntico en los 2 canales
Captura de sonidoCodecs de audio
Un codec no es más que una especie de programa que sirve para comprimir y descomprimir las imágenes y el audio de una película.
Codec Dolby Digital AC3 :
El sonido AC3 es en general el sonido de 5.1 canales en que vienen la mayoría de DVD.
Codec OGG :
El proyecto Vorbis OGG es un nuevo tipo de codificación totalmente libre (sin ningún tipo de licencia) que permite ganar calidad y mejora el factor de compresión del sonido. Una de sus ventajas es que, ocupando lo mismo que un archivo MP3, la calidad resultante es muchísimo mejor.
Captura de sonidoCodecs de audio (Cont.)
Codec DivX - WMA :
El audio DivX - WMA, a veces lo encontramos en películas ripeadas hace tiempo con la primera versión de DivX (3.X) que fue robada a Microsoft y que trae audio en formato Windows Media Audio.
Codec MP3 (audio):
Es el codec de audio más común y además es muy difícil que no lo tengamos instalado, Este codec es necesario si vamos a comprimir audios MP3.
Captura de sonidoRecomendaciones
Si tenemos tarjeta de captura analógica, el disponer de un mezclador podría ser de utilidad. Por un lado nos permitiría grabar el audio directamente a través del mezclador procesando las señales previamente, por ejemplo, con un compresor.
En caso contrario, estaremos a merced del fabricante de la tarjeta y de la atención que haya puesto en la sección de audio de su tarjeta.
Hasta la mejor tarjeta digitalizadora podría coger ruido e interferencias por la presencia de microprocesadores y fuentes de alimentación conmutadas. Los mejores sistemas de audio utilizan cajas externas con los convertidores analógico-digital así, las señales de audio son digitalizadas antes de introducirlas en el ordenador.
El Estándar MIDI
Nacimiento
En la década de los 70’s, debido a la incompatibilidad de hardware de los distintos instrumentos digitales fue creado el MIDI como una alternativa para resolver el problema.
En agosto de 1983 fueron realizadas las primeras especificaciones MIDI para resolver dicho inconveniente.
El Estándar MIDI
Definición
Musical Instruments Digital Interface (MIDI)
Es un conjunto de instrucciones que activan los instrumentos y notas del sintetizador que tienen todas las tarjetas de sonido.
Son archivos pequeños (ocupan poco espacio en el disco), lo que permite un rápido download y envío vía INTERNET.
Se ajusta a la capacidad de multimedia de su tarjeta de sonido ya sea de 8, 16 o 32 bits.
El Estándar MIDI
Comunicación y Reproducción
La conexión más importante del que realiza el MIDI es entre computadores personales y sintetizadores.
Hay dos tipos de reproducción MIDI:
➢ Síntesis FM
➢ Tabla de onda.
Sistema Dolby Digital
• Es una técnica de codificación de audio digital que reduce la cantidad de datos necesarios para producir un sonido de alta calidad. Se basa en como el oído humano procesa el sonido.
• Es usada en la tecnología DVD, la televisión de alta resolución y las transmisiones de cable satelitales.
• Ha sido seleccionada como el estándar de audio para televisión digital, aunque el estándar europeo DVB usa MPEG para sus señales de audio y video.
Dolby Digital 5.1
• Dolby digital provee un sistema de 5 canales, frente izquierdo, frente derecho, centro, surround izquierdo, surround derecho para lograr una calidad de verdadero sonido envolvente.
• Además tiene un canal de baja frecuencia (LFE) que provee el sonido necesario para efectos especiales.
• Este canal tiene un décimo de ancho de banda de los otros canales, y es generalmente conocido como el canal .1.
Teatro en Casa
Formatos de sonido
850 KBMonofónico, Suficiente para sus fines
Real NetworksRA
280 KBOptimo, en experimentación
YamahaVQF
440 KBExcelente, depende del Wav originario
Moving Picture Expert Grup
MP3
5.3MBÓptimo y flexible
MicrosoftWAV
21 KBSonido puro (digital)
Dave SmithMIDI
TAMAÑO
CALIDAD
EMPRESA
FORMATO
Formatos de sonido
HARDWARE - CD
Es un disco hecho de un material plástico llamado policarbonato, en el que se ha hecho pozos (agujeros) siguiendo una especie de circuito en espiral, y sobre el cual se han aplicado lacas y plásticos protectores para reducir la posibilidad de que alguno de estos pozos se llene o se creen nuevos.
HARDWARE - CD
HARDWARE - CD
HARDWARE - CD
Formatos:
- ISO 9660: La mayor parte de los demás son modificadores de este formato.- CD-XA y CD-XA entrelazado: CD's con mezcla de música y datos.- CD Audio: Para escuchar Compact Disc de música.- CD-i: Poco utilizado.- Vídeo-CD: Para peliculas en dicho formato.- Photo-CD Multisesión: Para grabación de fotos - UDF: Utilizado para las regrabadoras.
HARDWARE - DVD
Es un “CD” con mayor velocidad de lectura (hasta 4 veces mas que los lectores de CD) y más capacidad de almacenamiento ( hasta 17GB).
Esta formado por dos discos unidos entre sí.
HARDWARE - DVD
Velocidad de lectura
DVD 1x transfiere datos a 1.250KB/s
DVD 2x,con una transferencia de 2.700KB/s
DVD 5x, con una transferencia de 3'5MB/s
HARDWARE - DVD
Formatos: DVD-ROM: Solo para lectura, grabado de
fabrica. DVD-Vídeo DVD-Audio DVD-R: Para grabar información solo una vez a
alta velocidad . DVD-RAM: Diseñado para lectura y escritura
de alta velocidad. Permite grabar, borrar y volver a grabar infinidad de veces.
HARDWARE – Tarjeta de sonido
Las funciones principales son: Generación o reproducción de sonido La entrada o grabación del mismo.
La reproducción de música en una tarjeta de sonido se puede llevar a cabo de dos maneras: Síntesis FM o Tabla de ondas (Wave Table).
HARDWARE – Tarjeta de sonido
Síntesis FM:
Es el método más antiguo de reproducción musical. Consiste en recrear o imitar el sonido de un instrumento musical manipulando una onda hasta que el sonido que ofrece es similar al que estamos buscando.
HARDWARE – Tarjeta de sonido
Tabla de ondas:
Consiste en grabar (digitalizar) el instrumento correspondiente y luego reproducirlo. El resultado es una reproducción electrónica muy precisa, muy lejos de la síntesis FM.
HARDWARE – Tarjeta de sonido
MIDI (Musical Instrument Digital Interface) Es necesario que tanto el instrumento como la
tarjeta de sonido dispongan de un puerto MIDI MPU-401 y cables adecuados.
Para una reproducción decente necesitaremos que la tarjeta pueda hacer sonar 32 voces como mínimo (de ahí el sufijo 32 que ostentan muchas tarjetas).
HARDWARE – Tarjeta de sonido
Sonido envolvente
Para lograrlo se debe contar con uno de los siguientes sistemas:
Dolby Surround Pro Logic. Aureal. EAX. Direct Sound 3D.
HARDWARE – Tarjeta de sonido
Marcas más reconocidas:
Creative Hercules Pixmania
Edición de sonido
Hoy en día existen muchas herramientas de edición de audio que nos permiten tratar el sonido a través de unas funciones y aplicación de efectos que enriquecerán mucho mas el sonido obtenido en la captura.
Nos permite recortar y pegar tramos, agregar efectos como reverberancia y chorus, filtrar ruidos y soplidos, modificar volumen, etc.
Edición de sonidoEfectos
Delay: Delay significa retraso o retardo. A la salida de un efecto de delay encontraremos la señal original más otra retrasada y a un volumen menor, a manera de eco.
Chorus: Es uno de los llamados efectos de pitch (altura o afinación). Se consigue desafinando la señal levemente, hacia abajo para un canal y hacia arriba para el otro.
Flanger: Es un efecto de pitch (altura o afinación). Es similar al chorus pero los retrasos que se manejan son muy inferiores (0 a 30 ms). La señal original se combina con la señal retrasada produciendo un constante cambio de fase (el momento en que la forma de onda se vuelve a repetir se va espaciando y contrayendo).
Edición de sonidoEfectos (Cont.)
Reverberación: Si dentro de un recinto se produce un sonido este viajará en todas las direcciones. Cada vez que encuentre un obstáculo, por ejemplo, una pared, parte de la energía sonora se absorberá y parte se reflejará.
Reverse: revierte la onda en el tiempo reproduciéndola de atrás hacia adelante
Edición de sonidoFiltros.
Existen diferentes tipos de filtros (de ciertas frecuencias, ecualizador gráfico, ecualizador paramétrico y otros filtros matemáticos).
Highpass: nos permite ajustar un límite de baja frecuencia; ningún sonido por debajo de esa frecuencia pasará. Esto es ideal para minimizar el zumbido o el ruido del viento.
Lowpass: hará lo contrario. Ajustando un valor máximo de alta frecuencia, ningún sonido por encima de esa frecuencia pasará. Esta opción es buena para eliminar los soplidos y otros ruidos de alta frecuencia.
Bass & Treble: emulan los controles de graves y agudos igual que en nuestro equipo de música.
Equalize: es un control de tono más sofisticado, con 15, 30 o 31 bandas que nos permiten amplificar o atenuar una frecuencia determinada.
Edición de sonidoEcualizador Grafico (Cont.)
El ecualizador gráfico nos permite particionar y obtener porciones de la señal de audio original y alterar su nivel de volumen en forma independiente.
Edición de sonidoOtras funciones.
Noise Reduction: Esta función es muy útil para eliminar soplidos de cinta, zumbidos de placas de sonido de baja calidad, etc
Brainwave Synchronizer (sincronizador de ondas cerebrales): Esta extraña y peligrosa función en teoría puede hacer que un archivo de audio escuchado con auriculares estéreo produzca en el oyente sensaciones de relajación, sueño, etc. El sonido cambia cíclicamente su ubicación entre el canal derecho e izquierdo.
Convolution: Multiplica cada muestra de una onda impulsiva por las muestras que están contenidas en la onda en edición, es decir, una onda modula a la otra. El resultado es una combinación de filtrado, eco, reverberación y desplazamiento de fase.
Crossfade: Suaviza las transiciones entre el final de un segmento de audio ubicado en una pista y el principio de otro segmento ubicado en otra.
Edición de sonidoOtras funciones (Cont.)
Modo Multipista: usado como grabador-mezclador multipista, para grabar, por ejemplo, una guitarra mientras se escucha la base de batería que fuera grabada anteriormente.
Channel Mixer: mezclar cierta cantidad de un canal en el otro.
• Referencia Web
● ¿Que es una tarjeta de sonido? www.conozcasuhardware.com/quees/tsonido1.htm
● Guias de Electrofante www.electrofante.com/musicadigital/guias.html
● Modulo sobre sonido digital www.educa.aragob.es/cursoryc/comunes/mo dulo3/modulo3.htm "
● Varios tutoriales y artículos www.laorejadigital.com
● Múltiples tutoriales sobre audio y formatos www.abcdatos.com/tutoriales/software/multi mediayaudio.html