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El audio digital – Fernando Rodenas Ballesteros

Decir la familiar frase “la ciencia avanza que es una barbaridad”, es perfectamente aplicable a la reproducción musical. Ya desde sus albores, se ha perseguido que la reproducción de los sonidos almacenados ha de ser lo más fiel posible al original. Desde los primeros soportes, y hasta los últimos e innovadores formatos que vamos a analizar, veremos los avances tecnológicos en este apartado apasionante del mundo de la Alta Fidelidad.

Para no realizar un recorrido demasiado extenso en los diferentes formatos de audio, nos vamos a ceñir a los formatos multicanal, dejando atrás los soportes tradicionales (cintas magnéticas, vinilo …), pues el audio multicanal está teniendo un gran auge e implantación primero en las salas de cine, y finalmente en nuestros hogares.

Finalmente revisaremos los dos nuevos soportes de audio que nos llegan: el DVD-Audio y el SACD.

El audio digital

Previamente vamos a aclarar algunos conceptos importantes para entender que es la “música digital”. Hasta la llegada del CD, el almacenamiento de los sonidos se realizaba por medios electromecánicos, es decir, la onda sonora impactaba sobre un transductor (micrófono) encargado de entregar una débil señal eléctrica que era amplificada, tratada y finalmente almacenada habitualmente en bobinas magnéticas de varias pistas. Se conseguía así que la orientación de las partículas magnéticas depositadas en estas bobinas guardaran información sobre los sonidos originales. Pero estos formatos eran degradables con su uso y el transcurrir del tiempo, teniendo el problema añadido que al realizar varias copias consecutivas (remezcla de originales, sucesivas generaciones de copias …), el deterioro de la calidad podía llegar a ser insostenible.

Así se pensó en un formato de grabación de sonidos que cumpliera los requisitos de tener un fácil almacenaje, no perder calidad cuando se obtuvieran siguientes generaciones de la copia original, y una calidad idéntica al master de estudio. Así surgió el proceso de digitalización musical.

La digitalización (en general), no es otra cosa (y ahí es nada) que el proceso por el cual un medio físico “analógico” como el sonido, las imágenes, la temperatura o la velocidad del viento, se transforma en números. Se realiza tomando al menos el doble de muestras de la frecuencia máxima del hecho físico en observación, transformando cada una de estas muestras en un valor (número) que se almacena para su posterior tratamiento. Hemos de tener muy en cuenta que estos hechos físicos por lo general, y muy particularmente en el caso de los sonidos, son continuos en el tiempo, por lo que cuantas más muestras tomemos, y el “calibre” con el que midamos la magnitud (amplitud) de lo observado más preciso sea, nos reportará una mayor información y en consecuencia podremos reproducirlo posteriormente con una mayor fidelidad. Como referencia se ha determinado que un oído normal, está acotado entre las frecuencias de 20 y 20.000 Hz, por lo que tomando un mínimo de 40.000 muestras por segundo podemos reproducir posteriormente de una manera fiel el sonido original.

Esta digitalización se realiza con equipamiento electrónico específico: conversores analógico-digitales, a los que por una parte les entregamos esa débil señal eléctrica de la que hablábamos antes (micrófono), procedente de nuestro mundo analógico, y nos las conviertes en números, en el formato de unos y ceros tan conocido que es el lenguaje de los ordenadores. Estos conversores tienen fundamentalmente dos parámetros: el número de muestras que toma por segundo de la señal de entrada, o ancho de banda (que recordemos debe ser, al menos, del doble de la frecuencia máxima de esta señal analógica de entrada), y se mide en Hz. El segundo parámetro es su resolución (sería el “calibre”, cada una de estas muestras cuán precisa es), y se cuantifica en bits. Remarcando el anterior párrafo, cuanto mayor sea el ancho de banda y mayor el número de bits, más fidedigna será la información almacenada respecto al original. Así, una vez obtenida esta información numérica, se trata en ordenadores especializados, donde al ser números, no tiene los problemas anteriormente mencionados de los soportes tradicionales. Una vez finalizado el trabajo en el estudio de grabación, obtenemos un master numérico del que podemos hacer todas las copias también numéricas que sean necesarias para su distribución al gran público. Estas copias nos llegan actualmente en el formato CD.

Finalmente esta información numérica (CD) hay que retornarla a nuestro mundo físico (analógico) que no entiende de números bajo el formato de unos y ceros. Para esto tenemos otros conversores, que ahora son digitales-analógicos, y se encargan de transformar estas muestras numéricas en valores proporcionales de tensión eléctrica que será amplificada, enviada a los altavoces y llegará a nuestros oídos en forma de onda sonora. Fin del proceso.

Ya teniendo unos principios sobre la digitalización, podemos decir que nuestro familiar y veterano CD almacena dos canales de audio, cada uno muestreado a 44,1 Khz por medio del formato de grabación PCM con dos filtros: el primero de decimación, y el segundo de interpolación, y 16 bits de resolución. Este dato nos avisa de la ingente información que hay que tratar para reproducir la música almacenada digitalmente, por lo que no nos habrá de extrañar que algunos formatos de grabación realicen compresión de datos, conllevando pérdida de información redundante para un oído medio y en consecuencia pérdida inapreciable (no tanto si su oído está bien entrenado) de la fidelidad en la reproducción del sonido original.

Pasemos ahora a comentar brevemente los más utilizados formatos de audio muticanal para analizar sus diferencias y mejoras de unos respecto a otros. Y es que desde que el cine mudo dejó paso al sonoro, y así hasta nuestros días, el afán por conseguir un mayor realismo en las salas de cine pasa inevitablemente por que la reproducción de los sonidos sea “viva” e impecable.

Formatos de Audio Multicanal

Dolby Surround Prologic. Todavía analógico, desarrollado por los laboratorios Dolby, y sucesor de los anteriores Dolby S NR (Dolby Stereo con reducción de ruidos) y Dolby Surround (añadimos al anterior un tercer canal que dotará de profundidad al sonido).

El Prologic es una definitiva mejora a sus antecesores, consistente en la separación en cuatro canales de audio de los dos principales –derecho e izquierdo-. Obtenemos así los dos originales –derecho e izquierdo- frente a nosotros, un tercer canal central o frontal, y el cuarto trabaja en monofonía, situándose a la espalda o laterales del espectador mediante dos altavoces.

Los canales traseros, tienen menos potencia que los delanteros, y menor ancho de banda (100-7000 Hz), por lo que la sensación envolvente se ve mejorada en los siguientes sistemas que analizaremos.

El Dolby Surround Prologic fue uno de los primeros formatos en desembarcar en el llamado “HomeCinema”, y por ello podemos hallarlo en numerosas cintas de VHS o en algunos canales de TV.

MPEG. Llega el audio multicanal digital. Utilizado en el DVD-Video. Es el resultado de comprimir con pérdidas la información original PCM con velocidades de muestreo de 48 Khz a 16 bits. La combinación de canales puede llegar a 7.1 (siete altavoces más uno de graves), pero es más habitual es el uso de la distribución de cajas acústicas en las salas en el formato 5.1 que a continuación detallaremos.

Dolby Digital 5.1. Dolby Digital tuvo su puesta de largo en 1.992 en las salas de cine, y en el HomeCinema con los LaserDiscs de Mentiras arriesgadas y Peligro Inminente, en 1.995. El Dolby Digital 5.1, consta de cinco canales independientes: canal izquierdo delantero, central o frontal, canal derecho delantero, surround derecho, surround izquierdo, y un sexto canal de gran efecto y muy baja frecuencia que se utiliza como subwoofer (el encargado de hacernos vibrar literalmente en las salas de proyección). Realiza compresión de datos con pérdida de información (AC-3) desde una fuente original PCM de 48 Khz y hasta 24 bits, sin repercusión práctica en la reproducción final (si como decíamos, no tenemos un oído suficientemente sensible).
Actualmente es el standard en el HomeCinema (DVD).

DTS. Digital Theater System. El gran competido del formato anterior. La primera película que adoptó este formato fue la conocida Parque Jurásico. Decodifica también 5.1 canales de audio digital desde el original PCM a 48 Khz hasta 20 bits, con compresión de baja pérdida de información, lo que resulta una mayor nitidez sonora.

El DTS es pues, un formato superior, de mayor calidad, pues tiene un matiz más sutil (20 bits sin compresión frente a habituales 16 con compresión y pérdida) y aporta mayor realismo, sobre todo en los efectos surround. Tiene un rango dinámico mayor, obteniendo así una mayor nitidez en las altas y bajas frecuencias de audio. Y finalmente todos los canales de audio tienen la misma potencia, sin solaparse unos con otros.

THX. Tomlinson Holman Experiment. Ha sido desarrollado por el conocido George Lucas, y más que un nuevo formato, son unas normas muy exigentes que certifican que las instalaciones de sonido de la sala las cumplen. Estas normas incluyen la corrección tonal y espacial del sonido (debemos tener en cuenta que las salas de proyección son muy amplias), resultando diálogos más claros, efectos más reales y un conjunto final más nítido. Estas normas abarcan tanto a los procesadores de señal, como a los amplificadores, receptores, etc. Resumiendo: si entramos en un cine o vemos un equipo con las siglas THX, podemos asegurar que estamos ante la gama alta. Tiene dos clasificaciones, según el nivel de exigencia: Ultra y Select.

Ya adentrados en este singular mundo de la reproducción del audio en el HomeCinema, no podemos dejar de hacer referencia al último formato que ha irrumpido en nuestros hogares: el DVD. Pero no va a ser aquí donde analicemos el DVD-Vídeo, sino el siguiente paso en la evolución del audio bajo este soporte y que tiene por nombre DVD-Audio. Pero éste no ha llegado solo, se encuentra en una batalla sin cuartel con otro fabuloso sistema de reproducción de audio: el SACD (Super Audio CD). Veremos pros y contras en el siguiente análisis que vamos a realizar.

DVD-Audio vs. SACD

SACD. Como ya hemos comentado, bajo estas siglas encontramos el nombre de Super Audio Compact Disc, apadrinado por Sony y Philips. Lo primero que vemos es un disco similar a un CD, pero que esconde realmente una capacidad de almacenaje similar al DVD (recordemos que el CD almacena un máximo de 700 Mbytes, frente al innovador DVD que puede llegar a almacenar 17 Gbytes con el formato DVD-18 –dos caras y dos capas-). Pero centrémonos en que tiene este nuevo disco de “Super” frente al conocido y fenomenal CD.

Sus características técnicas nos dejan boquiabiertos: dos canales –stereo- de frecuencia de muestreo 100 Khz, muy superior al CD, sistema de grabación DSD (Direct Stream Digital), que elimina la necesidad que tenía el CD en la grabación PCM de utilizar los dos filtros comentados anteriormente, ya que el DSD utiliza un bit para representar el incremento o caída de la forma de la señal de audio. Resolución de 20 bits. Margen dinámico de 120 dB. Y puede almacenar textos e imágenes, que no vídeos.

Hasta ahora todo es excepcional, pero llegamos a un dato que no deja de preocuparnos ligeramente, y es una técnica de codificación de baja pérdida por predicción de cada muestra y codificación de la señal de error en longitud, consiguiendo así una reducción de los datos (muestras) de 2:1.

Tiene un sistema antipiratería basado en una “marca de agua” almacenada en los pits (perforaciones sobre la superficie fotosensible donde se almacena la información). El problema consiste en que el reproductor de SACD debe tener hardware específico para comprobar esta marca.
Añadir que permite reproducir CD convencionales.

DVD-Audio. Es un sistema por definición espectacular por ser descendiente del DVD. Sus características son las siguientes: hasta seis canales de audio (96 Khz de frecuencia de muestreo si son 6 canales, y ¡192 Khz! si nos limitamos a 2 canales de audio), grabación LPCM y compresión sin pérdidas MLP de 2:1 (inteligente opción). Resolución de 16 a 24 bits. Margen dinámico de 144 dB. Puede variar tanto la frecuencia de muestreo (48/96/192 Khz) como el número de canales (hasta 6), el número de bits (16/20/24) y la posibilidad de remezcla PCM para entregar sólo dos canales sin saturación.

Debido a que el DVD-Video soporta los formatos de audio Dolby digital 5.1, MPEG audio y DTS, éstos son opcionales para este nuevo formato DVD-Audio.

Se espera que las futuras generaciones de lectores de DVD-Video soporten este nuevo formato de DVD-Audio. Al igual que en el SACD, la compatibilidad es importante.

Incompatibilidades entre formatos, luchas entre multinacionales (Sony, Pioneer, Toshiba, …), por hacer imperar cada uno el sistema que apadrinan… Todo esto ya nos suena a cuento conocido: vídeos Beta y 2.000 con mejores prestaciones al VHS, y vea usted quién se llevó el gato al agua. ¿Cuál sobrevivirá y cual quedará como anécdota?. Lo veremos en los próximos años.

Personalmente creo que ambos formatos brindan un sonido limpio, brillante, definido y a la vez con cuerpo (como un buen vino), pero no olvidemos que una cosa es el cine en casa, y otra la reproducción de música. Con esto quiero comentar que los efectos sonoros y el estar rodeado de multitud de altavoces por todas partes tiene su gracia en el cine para aumentar la sensación de realismo de las secuencias filmadas y por qué no, crear un poco de espectáculo (el cine en ocasiones lo es). Pero cuando queremos escuchar música –desde rock hasta clásica-, deberíamos desprendernos de tanto artificio, y recordar que cuando escuchamos un grupo de rock o una orquesta sinfónica, estamos frente a la caja escénica, y nunca rodeados de los músicos (y además cada uno en un extremo). Por lo que en mi opinión estos nuevos formatos que ya están llamando a nuestras puertas, y en el caso de reproducción de música, deberían utilizar sólo los altavoces frontales (frontales izquierdo y derecho, y con mucho cuidado el central), utilizar el máximo ancho de banda posible y su mayor resolución. Y por favor, que las grabaciones sean en formatos que no tengan pérdidas, conozco algún melómano que tras escuchar un nocturno de Chopin comprimido en el popular formato mp3, comenzó a despotricar por la falta de calidad en la reproducción, y cuando escuchó posteriormente la grabación de origen (sin comprimir) respiró aliviado dejando escapar un “ahora suena completo”.

Ya finalizando, no hemos hecho referencia a otros formatos muy útiles de almacenar, reproducir o imitar los sonidos. Los aficionados a la informática, conocerán las extensiones .mod, .mid, .wav .mp3 y otras tantas fórmulas que pasamos de largo (síntesis fm, etc.). Tampoco hemos hecho referencia a la élite de la reproducción musical: El High-End. Son equipos musicales, donde prima la calidad en la reproducción, siendo el precio final una cuestión secundaria (más bien diríamos que escandalosa). En el High-End podemos ver sobrios amplificadores de válvulas (los mejores) con escasos controles que puedan alterar la pureza del sonido junto a soberbias cajas acústicas. Apartado este para los muy exigentes.

Concluyendo, comentar que no hemos podido acaparar todo el basto mundo de la Alta Fidelidad, sino muy someramente presentar la actualidad del audio en el HomeCinema, y el futuro inmediato que vendrá en materia de reproducción musical, cada vez de una mayor calidad, pues como decíamos al principio: “la ciencia adelanta”…

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