Title: Sonido digital
Course: Digitalización 4ESO > Section: Sonido

El sonido digital

Una de las características multimedia que permite la informática es la edición y reproducción de sonidos. Al igual que un ordenador puede reproducir imágenes digitales asignando un color a cada uno de los puntos de la pantalla del ordenador que producen la imagen, también puede reproducir sonidos. En este caso el dispositivo de salida es el altavoz o los auriculares, en lugar de la pantalla. Además, en lugar de mostrar toda la información a la vez, como sucede con las imágenes, tiene que ir reproduciendo los sonidos a lo largo del tiempo.

El oído humano tiene una gran capacidad para reconocer sonidos diferentes incluso aunque sean simultáneos o se sucedan con bastante rapidez. Comparativamente con el ojo, el oído es capaz de procesar mucha más cantidad de información  por unidad de tiempo. En el cine, por ejemplo, el efecto del movimiento se consigue con 24 fotogramas por segundo (pero ya con 10 imágenes por según o se puede tener sensación de movimiento), sin embargo, para el oído eso es algo muy lento y podemos distinguir cosas que varían mucho más rápidamente.

Un sonido es una onda de presión. Cuando algo suena es por que vibra, comprimiendo y descomprimiendo las partículas del aire. Esa perturbación de la presión del aire se transmite en forma de onda. Seguramente habrás ido a algún concierto que tenía la música muy fuerte y habrás notado como los golpes de la batería, sobre todo del bombo, se perciben como golpes en tu pecho. Eso es por que la onda de choque de ese sonido te está golpeando.

Los altavoces y los auriculares tienen una membrana que vibra cuando se le conecta una tensión eléctrica variable, convirtiéndose en una fuente de sonido. El ordenador lo que hace es construir esa tensión eléctrica variable, cuando reproduce sonidos.

 Características del sonido

Al igual que el color tenía unas características (tono, saturación y brillo), el sonido tiene otras características: tono, timbre, intensidad y duración.

Tono:

El tono del sonido es un a característica similar al tono del color. Se refiere a la frecuencia de vibración del sonido. Si la vibración es muy rápida, el sonido es agudo, y si es lenta grave. La diferencia entre unas notas musicales y otras es el tono. Los tonos por debajo de 100Hz (100 hertzios son 100 vibraciones por segundo) no se perciben como una nota musical, sino como golpecitos. Frecuencias por encima de 20000Hz (veintemil  vibraciones por segundo) no son audibles. Si aumentamos la frecuencia de un sonido, se va haciendo cada vez más agudo. Si seguimos aumentando la frecuencia el sonido puede ser tan agudo que sea muy molesto. Si seguimos aumentando esa frecuencia, de repente dejamos de oir el sonido y deja de ser molesto. Hemos superado el límite de frecuencias audibles. Este límite depende de un as personas a otras y depende de la edad. A medida que envejecemos, disminuye.
La frecuencia del tono del teléfono es 440Hz. La diferencia de frecuencia entre una nota y la misma nota una octava más alta es que la segunda tiene el doble de frecuencia que la primera.
El oído humano es tan sensible a la frecuencia que se puede contar la velocidad a que aletea un mosquito, viendo la altura de la nota que produce al volar.

Intensidad:

La intensidad de un sonido equivale al brillo en la imagen, cuanto mayor sea, más fuerte suena.

Timbre

El timbre es la característica que permite diferenciar diferentes instrumentos produciendo la misma nota musical. No suena igual una flauta que una guitarra eléctrica, aunque ambas interpreten un si bemol. El timbre depende de la forma de la onda y de cómo varía con el tiempo. Cuando se produce un sonido, la parte inicial del mismo se llama ataque y la final atenuación. Las distintas fuentes de sonido tienen ataques y atenuaciones diferentes y eso, además de la forma de la onda, nos permite distinguirlos. Gracias a ello puedes diferenciar la voz de tu hermana y la de tu madre.

Duración

La duración es el tiempo que se produce un sonido.

Formatos de audio digital

Cuando se almacena un sonido de manera digital, se va a intentar guardar toda la información necesaria para reproducir la onda del sonido. Al igual que la imagen digital se dividía en cuadraditos pequeños, cada uno con un color (los pixeles), el sonido se va a dividir en pequeños trozos con una duración muy breve y con una frecuencia concreta.

Frecuencia de muestreo

La duración de esos instantes constituye lo que se llama frecuencia de muestreo. Una frecuencia de muestreo alta sería como dividir una imagen en muchos puntos y por tanto ocupará mucha memoria. La frecuencia de muestreo máxima que suele usar el sonido digital es 40000Hz (cuarentamil sonidos por segundo). Este es el standard de un CD de audio.

Resolución

La resolución es semejante a la profundidad de color en la imagen digital. Se refiere a la cantidad de bits de información que se usaran para cada muestra de sonido.

Formatos y calidad

La calidad del sonido y el tamaño dependen de la frecuencia de muestreo y de la resolución.

formato WAV

El formato wav para el sonido es semejante al bmp en la imagen. Todas las muestras tienen idéntico tamaño. El formato wav tiene mucha  cantidad de información y por eso su tamaño es muy grande. Es el formato de audio que se usa en los archivos de alta fidelidad digital (HiFi). Normalmente es el formato de los CD de música y lo pueden entender tanto los ordenadores como los reproductores HiFi.

75minutos de sonido WAV viene a ocupar 700Mb, es decir, un CD

Formato MP3

Como el formato wav ocupa mucho espacio, se usan otros formatos que permiten reducir el tamaño de los archivos. formatos Los sonidos optimizados son los que sonando suficientemente bien, ocupan poca memoria. En general se basan en la percepción humana.

Se usan filtros que disminuyen la información que no se percibe. Se eliminan la información sobre sonidos que se escuchan poco. Por ejemplo, si un sonido débil sigue a uno fuerte, prácticamente no se oye y se eliminarán en el formato comprimido. También se eliminan  sonidos que el oído no distingue fácilmente, por ejemplo cuando hay dos sonidos sonando simultaneamente, uno más fuerte que el otro, este segundo casi no se oye. Aunque el oído humano es muy sensible, variaciones muy rápidas tampoco se perciben y se pueden eliminar.

Es un formato muy extendido porque tiene una muy buena relación calidad/tamaño de los archivos. Tiene distintos niveles de compresión que van desde los 64 a los 256 kb/s (Kilobits por segundo). Estos niveles se consiguen ajustando la velocidad de muestreo y la profundidad del sonido. El formato permite que estos valores no sean constantes, sino que puedan variar a lo largo del archivo.

El inconveniente principal de este formato es que el codec es software privativo, aunque se puede descargar gratuitamente. Este codec se llama lame.

Formato Ogg

Es un formato comprimido similar al mp3 en cuanto a niveles de compresión y calidad. La ventaja es que el codec es de software libre. ASunque está mucho menos extendido que el mp3, la mayoría de los reproductores portátiles son capaces de leer este formato.

 Sonido estéreo/ sonido mono

El que se tengan dos oídos permite percibir el sonido de una manera envolvente. Es algo parecido a lo que sucede con los ojos. El tener dos ojos nos permite observar el mundo de manera tridimensional., mientras que con un ojo lo vemos plano. Por eso, en las películas 3D, nos ponemos unas gafas. En la pantalla se proyectan dos imágenes simultáneas pero desde diferente punto de vista. las gafas 3D hacen que cada ojo vea sólo una de estas dos imágenes (una diferente para cada ojo) dando sensación de profundidad.

Lo mismo sucede con los dos oídos, nos permiten captar una sensación de profundidad, porque lo que oímos por la derecha no es exactamente igual que lo que percibimos por la izquierda.  Podemos saber, por ejemplo, si la fuente de sonido esta a la izquierda o a la derecha.

Cuando el sonido digital es estéreo habrá una información que excitará el altavoz/auricular izquierdo y otra para el derecho. Eso dará sensación de profundidad. Si escuchamos un grupo de música, podemos notar que la guitarra quizá está más en un lado y la voz, por ejemplo, en otro.
Cuando el sonido es mono, lo que se reproduce por los dos auriculares o altavoces es idéntico. No da ninguna sensación de profundidad. No podemos distinguir distintas posiciones en las fuentes de sonido de origen.

El sonido estéreo ocupa mucha más memoria que el sonido mono. Por eso cuando el origen del sonido es mono, es un sinsentido que el archivo que usemos sea estéreo. Por ejemplo, si hacemos una grabación con un sólo micrófono, no tiene sentido que generemos un archivo estéreo, porque la información de los dos canales es idéntica y, sin embargo, el archivo es el doble de grande.

Efectos de sonido

Audacity, el programa que vamos a usar para editar y modificar el sonido, dispone de un conjunto muy amplia de efectos, pero no todos son igual de importantes. Los más importantes son la reverberación y la ecualización. Normalmente es bueno aplicar los efectos sobre pistas duplicadas, para poder volver al sonido original (siempre hay que guardar una pista con el sonido original) y para obtener el efecto final mezclando el sonido con efecto con el sonido original. Aquí tienes un tutorial de cómo se duplicar una pista. Con frecuencia tendrás que aplicar reverberación y ecualización. Siempre debes tener una pista sin efecto ( puedes probar si suena mejor con ella o sin ella) y los otros efectos los puedes aplicar sobre un duplicado de esta pista o sobre un duplicado al que se le ha aplicado ya un efecto. No da el mismo resultado ecualizar una pista y hacer una reverberación sobre ella que hacerlo sobre dos pistas diferentes. Hay que probar, porque en cada caso puede ser diferente.

Normalización

La normalización es el ajuste del nivel máximo del sonido. Cuando se trabaja con varias pistas es muy importante que estén normalizadas para que unas no esten con un nivel diferente a otras.

Suavizado de entrada y salida

Es muy desagradable cuando un sonido comienza de repente o se corta de forma igualmente repentina, porque en la naturaleza eso nunca ocurre. Estos efectos dan cierta naturalidad a los cortes haciendo que aparezcan y desaparezcan de forma suave.

Reverberación

La reverberación es la componente de sonido que proviene de los rebotes en las paredes de la sala. No es lo mismo oir un sonido en un cuarto de baño (sala pequeña) que en una iglesia (sala grande). Tampoco es lo mismo que la sala tenga mobiliario que disminuye las reflexiones que si las paredes están desnudas. La reverberación da cuerpo al sonido. Los micrófonos normalmente no captan bien el sonido reflejado y por eso queda como pobre. De todos modos esto se puede corregir añadiéndole un efecto de reverberación. Estos efectos se han depurado tanto, que en ocasiones suenan mejor que la reverberación auténtica, pero no este no es el caso de la reverberación de audacity que no es muy buena. Aplica la reverberación sobre una pista duplicada y haz que en ese duplicado el efecto sea fuerte. El resultado final lo obtendrás mezclando la pista con reverberación y la pista sin reverberación.

Ecualización

La ecualización es quizá el efecto más importante de todos. Permite amplificar o atenuar distentas frecuencias de la grabación. Se puede conseguir resaltar los graves por ejemplo. El ecualizador de audacity es muy bueno, puede trabajar con muchas frecuencias distintas. Aplica la ecualización sobre un duplicado de la pista madre y luego mézclalo con ella.

Compresión

El efecto de compresión atenua las señales que son demasiado fuertes.  Se puede usar para varias cosas, pero con frecuencia se usa para disminuir distorsiones producto de señales demasiado fuertes. El compresor evalúa el nivel de una señal y se supera un valor umbral le aplica una atenuación. Cuando la atenuación es completa, lo que hacemos es recortar picos y el efecto se llama limitador. existe un tiempo de respuesta entre que se supera el nivel umbral y se aplica el efecto, lo normal es que ese tiempo se ajuste al mínimo posible.

Eliminación de ruido

Hay que intentar evitar los ruidos en las grabaciones, porque su eliminación es muy difícil, aunque audacity tiene una herramienta para eliminar el ruido blanco (que es el sonido de una televisión cuando no hay emisión) y otro para eliminar los clic producto de conexiones  de fuentes de sonido, por ejemplo cuando se conecta un microfóno, aparece un ruido justo en el momento de conectar.