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Contenidos del Tema
1. Características del Sonido
1. Frecuencia
2. Intensidad y Amplitud
3. Dinámica
4. Ruido
2. Digitalización del Sonido
3. Frecuencia de Muestreo
4. Formatos de Archivos
5. Enlaces Interesantes
Más Allá
Tarjeta de Sonido
Ficheros MIDI
Definición del Sonido
El sonido es el fruto de la interacción entre un objeto vibrante, un medio transmisor (normalmente el aire), el
oído y el cerebro. Para que la vibración sea audible para el hombre, este objeto debe oscilar
aproximadamente entre 20 y 20.000 veces por segundo. Al oscilar el objeto desplaza el aire que lo rodea,
comprimiendo y descomprimiendo periódicamente las moléculas que lo integran, y modificando la presión del
aire de forma periódica. Las moléculas desplazadas van empujando a las contiguas, la variación periódica de
la presión se propaga originando ONDAS SONORAS.
Características Básicas
Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse en su totalidad especificando tres
características de su percepción: el tono, la intensidad y el timbre. Estas características corresponden
exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y forma de onda.
Tono (Depende de la frecuencia): Distingue a un sonido agudo (tono alto) de un sonido grave (tono bajo).
Intensidad (Depende de la amplitud): Distingue un sonido fuerte de uno débil.
Timbre (Depende de la forma de onda): Distingue dos sonidos de la misma intensidad y tono, pero
producido por distintas fuentes.
A nivel musical también es importante conocer la duración del sonido.
En la vida cotidiana nos resulta familiar el término de contaminación acústica. Esto tiene relación directa con
sonidos no deseados que interfieren con nuestra comunicación normal y que se define como ruido. Este
término forma parte, por ello, de las características básicas del sonido.
2.1. Frecuencia
Frecuencia: es el número de vibraciones por segundo. La frecuencia se mide en Hercios (Hz). Un sonido que
vibra una vez por segundo tiene una frecuencia de 1 Hz. Las frecuencias se escriben normalmente en
kilohercios (kHz), unidad que representa 1000 Hz.
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.
Frecuencia (sonido)
Término(s) similar(es): audiofrecuencia, frecuencia sonora, onda sonora.
Definición:
La frecuencia es la medida del número de repeticiones de un fenómeno por unidad de tiempo.
La frecuencia de patrones ondulatorios como el sonido, las ondas electromagnéticas (como la radio o la luz),
las señales eléctricas, u otras ondas, indica el número de ciclos de la onda repetitiva por segundo.
La unidad de frecuencia del Sistem Internacional es el hercio o hertz (Hz), llamado así en honor al físico
alemán Heinrich Rudolf Hertz. 1 Hz representa un ciclo (u onda) por segundo.
La frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda (la distancia entre dos crestas). La
frecuencia es igual a la velocidad dividida por la longitud de onda.
Más:
Audiofrecuencia
El oído humano sólo percibe las frecuencias comprendidas entre 20 Hz y 20.000 Hz, aunque el límite superior
suele disminuir con la edad. Otras especies tienen un espectro auditivo diferente.
Los seres humanos son especialmente sensibles a las frecuencias intermedias (entre 3.000 y 4.000 Hz),
mientras que los sonidos más agudos o graves les parecen menos intensos. Como referencia, las nota más
grave y la más aguda en un piano de cola tienen una frecuencia de 27 Hz y 4.000 Hz respectivamente.
Fuente de este apartado: http://www.greenfacts.org/es/glosario/def/frecuenciasonido.htm
2.2. Intensidad y amplitud
Intensidad y amplitud: la amplitud es la diferencia entre las presiones
máxima y mínima que la onda puede alcanzar y la intensidad depende del
cuadrado de la amplitud. Podemos asociarlas al volumen del sonido, por lo que
mientras mayor sea la amplitud de la onda, mayor será el volumen y viceversa.
Para indicar el nivel de intensidad se utiliza una escala logarítmica que se mide
en decibelios (dB). 0 dB corresponde al umbral de audición, por debajo de este
valor tenemos el auténtico silencio. Por encima de 130 dB se produce una
sensación dolorosa.
Nivel de Intensidad (medido en decibelios) y su relación con los sonidos
audibles.
2.3. Dinámica o Rango Dinámico
Dinámica o rango dinámico: es
la diferencia entre los valores
mínimos y máximos en dB que un
sistema puede producir. Por
ejemplo, cuando gritamos muy
enfadados nuestra voz puede
alcanzar los 40 dB mientras que
cuando susurramos al oído baja a
10 dB, podemos decir que la
dinámica de nuestra voz es de 40
– 10 = 30 dB.
En la mayoría de dispositivos de audio (amplificadores, pletinas de casete, altavoces, etc.) este valor
figura entre las especificaciones técnicas como rango dinámico o relación señal/ruido. En aparatos de
cierta calidad, este valor suele estar comprendido entre 80 y 95 dB.
2.4. Ruido
Ruido: son sonidos aleatorios que proceden de diversas fuertes y distorsionan o enmascaran el
sonido fundamental. El ruido no sólo procede del ambiente, también los elementos que
empleamos en nuestro equipo producen ruido, aunque nosotros no lo oigamos (la propia tarjeta
de sonido, el micrófono, los altavoces, el propio ordenador). El ruido se mide también en
decibelios (dB) y se hace en comparación con la intensidad del sonido principal. Para que un
ruido no sea perceptible sobre el sonido principal debe de haber, entre ambos, una diferencia
mínima de 65 dB.
Conversión Señal Analógica a Digital
Puesto que el sonido se transmite por ondas analógicas, el ordenador no es capaz de trabajar con él. Ese es
el motivo por el que un ordenador ha de convertir la señal analógica de los sonidos en señal digital, proceso
que se denomina digitalización del sonido. Este proceso se repite en sentido contrario cuando es el
ordenador el que ha de generar los sonidos para que se oigan mediante unos altavoces.
El dispositivo digitalizador (la tarjeta de sonido del PC) muestrea la señal analógica que recibe, una gran
cantidad de veces por segundo. La palabra muestreo es equivalente al término inglés sampling, y se utiliza
para indicar la acción de tomar muestras a intervalos de tiempo regulares. O sea que la digitalización en este
caso consiste en escuchar el sonido de un instante muy breve (muestra), un número muy elevado de veces
por segundo, y almacenar una secuencia de dígitos
binarios para cada muestra.
El Sampling se realiza mediante los denominados ADC, o Conversores de Analógico a Digital, circuitos
que, a una determinada frecuencia, toman "fotografías" del sonido, que convierten en números que después
son almacenados en el ordenador.
Cuando hablamos de Audio digitaldebemos saber
que no sirve tener el sonido digitalizado sino
podemos escucharlo. Para ello, necesitamos hacer
el proceso inverso al del muestreo: la conversión
de Digital a analógica, encargada a los circuitos
DAC.
Para medir la calidad del muestreo, debemos referirnos a dos parámetros:
la frecuencia de muestreo y la resolución.
Este artículo está licenciado bajo Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.5 License
3. Frecuencia del Muestreo
Frecuencia de Muestreo o Sampling
La frecuencia de muestreo es un número que indica la cantidad de muestras que se toman en determinado
intervalo de tiempo, por ejemplo, en un segundo. Se mide en hercios (Hz) o en su múltiplo el Kilohercio (kHz).
Para alcanzar la calidad de sonido de un CD audio, necesitamos una frecuencia de 44100 Hz (tomar 44100
muestras por segundo). Las frecuencias de muestreo estándares son: 44100 Hz (calidad CD), 22050 Hz
(calidad radio) y 11025 Hz (calidad voz).
El oído humano es capaz de escuchar sonidos en el rango de 20 a 20.000
Hertzios. Por esta razón se ha elegido como frecuencia de muestreo de 44,1
Khz. como la más adecuada, porque es el doble de la frecuencia más aguda que
podemos escuchar. Ello significa que, para convertir la señal a digital, se toma una
muestra 44100 veces por segundo. A mayor número de muestras mejor calidad
y, obviamente, a menor número la calidad es baja.
Más allá
Nivel de Muestreo o Tamaño:
La resolución o tamaño de la muestra (sample size en inglés) es el número que indica
cuántos bits (dígitos binarios, ceros y unos) se utilizan para representar cada muestra, es decir, el
número de bits que se necesitan para grabar la de cada muestra. Las tarjetas de sonido antiguas ofrecían
resoluciones de 8 bits (valores para representar las amplitudes de cada muestra), mientras que las
actuales tienen un tamaño de muestra de 16 bits (valores).
El estándar definido cuando se crearon los discos compactos de audio especifica que el sonido digital
almacenado en ellos debe poseer una frecuencia de 44,1 kHz y 16 bits estéreo. Esto significa que se
deben tomar unas 44100 muestras por segundo, cada una se representará con 16 bits, y en dos canales
independientes (sonido estéreo).
Por lo tanto, si queremos saber cuántos ceros y unos se necesitan para almacenar 3 minutos de sonido
digital con calidad de CD, debemos realizar el siguiente cálculo:
a) 3X60=180 segundos,
b) 180X44100=7938000 muestras,
c) 7938000X16= 127008000 bits,
d) 127008000X2 canales = 254.016.000 bits = 30,28 Mb
Por tanto, una canción de unos 4 minutos ocuparía unos 40 MB.
La solución para poder tratar de forma adecuada esta gran cantidad de información es la COMPRESIÓN
con la menor pérdida de calidad posible de la señal original.
La resolución define el rango dinámico de la tarjeta de sonido, con 8 bits se tiene un rango dinámico de 48
dB y con 16 bits de 96 dB.
4. Formatos de Archivos de Audio
Introducción
Un formato de archivo de audio es un contenedor multimedia que guarda una grabación de audio (voz,
música, etc.).
Para poder manejar el sonido digital con facilidad se desarrollaron unas formas para guardar estos
archivos de manera que fuesen lo más pequeños posible, sin perder demasiada calidad. Estas formas
reciben el nombre de formatos, cada formato tiene asociada una extensión que nos sirve para nombrarlo e
identificarlo.
Existen muchos formatos de sonido, cada uno desarrollado por un fabricante, y, desde luego, no todos los
programas son capaces de "leer" todos los formatos, de aquí la utilidad de los editores de sonido que,
además de grabar y reproducir sonido, pueden servir para cambiar un tipo de formato en otro.
Dentro de los formatos podemos establecer una clasificación general en:
Formatos sin compresión: son los que almacenan el sonido tal cual se graba sin realizar ningún tipo de
modificación. Desde el punto de vista de calidad de sonido son los mejores, pero tienen un gran
inconveniente producen archivos de enorme tamaño entre 2,6 y 10,4 Mb (megabytes) por minuto.
Formatos con compresión: son los que almacenan el sonido de forma comprimida, realizando una
transformación que hace que el archivo sea de menor tamaño. Todos los formatos comprimidos producen
una pérdida de calidad con respecto al sonido original, pérdida que será mayor cuanto mayor sea el
porcentaje de compresión que utilicemos.
Dentro de esta última clasificación podemos distinguir los archivos de sonido con pérdida y sin
pérdida. De los primeros, debido al tipo de comprensión en el que no se puede reconstruir el
fichero original una vez comprimido; mientras que, en los sin pérdida, permiten reconstruir el fichero
original.
Formatos Más Habituales
FORMATO CARACTERÍSTICAS tamaño/
minuto
FORMATOS SIN COMPRENSIÓN
WAV
Este formato fue creado por Microsoft, estos ficheros son síntesis de
ondas de sonidos reales y, por tanto, los que nos pueden dar una
mayor calidad de sonido. No tienen ningún tipo de compresión y su
tamaño es la relación entre frecuencia de muestreo y resolución.
5.3 MB
CDA
Ficheros CDA (Compact Disk Audio). Son representaciones de las
pistas de audio y no contienen la información de modulación de código
de pulso (PCM). Es el formato que se utiliza para codificar la música de
forma comercial. Utiliza frecuencias de muestreo de 44.1 Khz, 16 bits
de cuantificación y en dos canales. El formato digital del sonido se
encuentra dentro de la estructura física del Track o pista.
5.3 Mb
AIFF AIFF (Audio Interchange Format File). Popular en sistemas Apple.
Soporta hasta 44.1 Khz y 32 bits de cuantificación.
10 Mb
FORMATOS CON COMPRENSIÓN
FORMATOS CON COMPRENSIÓN SIN PÉRDIDA
FLAC
Free Lossless Audio Codec (FLAC) (Códec libre de compresión de
audio sin pérdida en español) es un formato del proyecto Oggpara
codificar audio sin pérdida de calidad, es decir, el archivo inicial puede
ser recompuesto totalmente con la desventaja de que el archivo ocupe
mucho más espacio del que se obtendría al aplicar compresión con
pérdida o Lossy.
1/3 del
tamaño
original
(1.8 MB)
FORMATOS CON COMPRENSIÓN CON PÉRDIDA
MP3
MP3 (MPEG audio layer 3): Es el más conocido de todos. Fue creado
por Thomson Multimedia y el Instituto Fraunhofer de Alemania en 1996.
Ocultan determinados sonidos que presumiblemente no son
perceptibles por el oído humano. Su algoritmo de compresión tiene
ratios de 10:1 y 12:1 según el bitrate que se elija, siendo 128, 160 y 192
Kbps. los más habituales. El reducido tamaño y su aceptable calidad
han favorecido su expansión como sistema de transmisión de música.
Son análogos a los WAV, aunque almacenan el sonido real
comprimido, por lo que ocupan bastante menos espacio, con poca
pérdida de calidad.
1,17 Mb
OGG
Formato de audio comprimido de gran calidad y sin limitaciones de
distribución, puesto que está basado en la licencia pública general
(GPL). Usa principios matemáticos diferentes al de MP3.
1,20 Mb
Real RA o RM (Real Audio). Creado por Real Networks. A pesar de tener
FORMATO CARACTERÍSTICAS tamaño/
minuto
Audio una muy buena compresión y descompresión, generalmente su calidad
no es adecuada para aplicaciones profesionales, pero es muy usado
en la distribución de señales de audio a través de Internet en tiempo
real o en vivo, esto es, en modo de streaming.
WMA
Son los archivos de audio del reproductor de Windows Media que viene
incorporado en Windows. Son archivos comprimidos con buena calidad
de sonido. Creados por Microsoft para competir con MP3.
1,3 Mb
AAC Este formato AAC ha sido elegido por Apple como formato principal
para los iPods y para su software iTunes
450 Kb
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5. Enlaces Interesantes
Información Adicional
1. Técnica del sonido. Conceptos básicos de audio
2. Teoría del Sonido
3. Teoria básica del sonido aplicada al dj
4. Cualidades del Sonido
5. Archivos MIDI (curso completo de audio)
6. Conversión de formatos (midi)
3. Resumen del Tema
Resumen Teoría del sonido
En este tema hemos visto que era el sonido, sus propiedades y características (frecuencia, intensidad,
amplitud).
Las distorsiones o contaminaciones acústicas del mismo (ruido)
La forma como podemos digitalizar los sonidos en dispositivos analógicos utilizando una tarjeta de sonido
en nuestro ordenador.
Hemos visto los diferentes tipos de archivos, diferenciando la forma como se guardan y el tipo de
comprensión utilizada.
Igualmente, en nuestra seccción de Más Allá, se han definido los ficheros especiales MIDI y sus
características, al igual los diferentes componentes de las tarjetas de sonido requeridas para la
digitalización del mismo.
A. Tarjeta de Sonido
Elementos y Funcionalidades
tarjeta de sonido es un dispositivo que permite grabar, reproducir y sintetizar sonidos en el ordenador.
Inicialmente los PC sólo contaban con un altavoz interno cuyos pitidos se interpretaban habitualmente como
mensajes de error. A finales de los años 80 apareció la tarjeta SoundBlaster que se convirtió rápidamente en
un estándar para otros fabricantes.
Una tarjeta de sonido típica tiene los siguientes componentes:
· Un procesador de señal digital (DSP) que realiza los
cálculos de procesamiento de sonido.
· Un conversor analógico digital (ADC) para poder grabar
el sonido de una fuente externa a formato digital.
· Un conversor digital analógico (DAC) para reproducir el
sonido.
· Memoria para almacenamiento de muestras de sonido y otros datos.
· Sintetizador MIDI para la generación de sonidos.
· Conector interno para el lector de CD-ROM, que permite reproducir CD de audio
· Conectores externos: suelen ser de tipo mini-
jack (salvo en las tarjetas de mayor calidad
que usan conectores RCA). Los conectores
más habituales son:
A. Entrada para micrófono
B. Entrada line-in: para introducir y
digitalizar una señal de audio
analógica. Los sonidos deben estar
preamplificados, por ejemplo, un lector de cassettes, un lector de vídeo, un equipo de sonido,
un televisor, un mezclador, etc.
C. Salida line-out: para llevar una señal de audio analógica a un amplificador.
D. Salida de altavoz
E. Conector MIDI: sirve para recibir mensajes MIDI que van al sintetizador de la tarjeta, o para
enviar mensajes MIDI a un módulo sintetizador externo. También se suele usar como
conector de joystick.
B. Ficheros MIDI
Estandar MIDI
MIDI ( Musical Instruments Digital Interface ) es un protocolo desarrollado en 1980 para conectar
sintetizadores musicales a los computadores. A diferencia de los ficheros waveform (ficheros wave), que
almacenan en forma digital los sonidos reales, los ficheros MIDI ( ficheros con extensión MID ) sólo
almacenan las instrucciones necesarias para que un sintetizador genere notas musicales qué notas se
deben tocar y con que instrumentos. El resultado evidente es que los ficheros MIDI ocupan mucho menos
espacio que los ficheros WAVE. Para que una
tarjeta de sonido pueda leer los ficheros MIDI tiene
que incluir un chip que emule un sintetizador.
Hoy día es normal encontrar tarjetas de sonido de
128 o más canales o instrumentos que pueden ser
ejecutados simultáneamente.
Los canales vienen a significar diferentes
instrumentos. A más cantidad
de instrumentos, más calidad de sonido MIDI.
Se pueden generar archivos MIDI bien ejecutando una música a través de un teclado MIDI conectado al
rdenador o bien escribiendo la partitura musical en algunos de los programas diseñados para eso.
Más allá
Web que explica como converitr ficheros MID en ficheros de audio
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