Audio

Los males del audio digital. Jitter, aliasing, errores de cuantización.
Cuando me propusieron escribir este artículo tenía que versar, en principio, sobre el wordclock y los equipos que hay en el mercado para distribuirlo. Sin embargo, a medida que lo planteaba, caí en la cuenta de que la evolución tecnológica es tan rápida que nos convierte a los usuarios de ella en meros consumidores, queignoramos en muchas ocasiones el por qué de las cosas o su origen. Porque ¿cuántos de nosotros sabemos que es realmente el wordclok? Es más, ¿cuántos sabemos cómo funciona el audio digital? ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene respecto del analógico? Y ¿cómo se han ido subsanando?
Como consecuencia de esta reflexión, decidí ir un poco más allá en este artículo y dar unas nociones básicas de cómo vatodo esto, para llegar a comprender un poco mejor lo que tenemos entre manos. Y es que, ya entrado el año 2006, todos nosotros, los que trabajamos en estudios profesionales y los que dedican su tiempo libre a la música o al sonido, nos apoyamos para ello, en gran medida, en equipos que procesan el audio en el dominio digital: desde una tarjeta de audio de un ordenador personal, hasta la mássofisticada de las consolas de mezcla digitales. Por esos equipos todo lo que viaja son 0 y 1.

MUNDO DIGITAL
La aparición de los microprocesadores y su posterior aplicación en DSPs (Digital Signal Processor o procesadores digitales de la señal) permitió el desarrollo de la computación y, con ella, de las aplicaciones prácticas como el audio digital. Ya para entonces éramos capaces de captar yalmacenar sonidos para su posterior reproducción en forma de grabación de surcos en discos o magnetizando cintas. Pero estos soportes eran perecederos y, con cada reproducción, disminuía la calidad obtenida. Además, los valores del margen dinámico y la relación señal-ruido (nuestros "Santos Griales") estaban limitados por las propiedades físicas de los materiales utilizados como soportes y por la propiatecnología empleada.
El audio digital prometía mejores márgenes dinámicos y relaciones señal-ruido. Pero parte de un handicap importante: la digitalización o cuantización del audio se hace de forma discreta y no continua, es decir, solamente se toman unas muestras por unidad de tiempo y se codifican en 0 y 1. Con estas muestras se genera una aproximación al sonido original que, por supuesto,nunca es exacta, pero que se acerca mucho, muchísimo.

Sin entrar en gran detalle, que no es el objetivo de este artículo, la cuantización viene definida por la cantidad de muestras que se toman por unidad de tiempo o frecuencia de muestreo y por la resolución o tamaño de la palabra (word en inglés) que almacena la información (8, 16, 20, 24 bit). Como el sistema de computación es binario es fácildeducir que con una resolución de 8 bit podemos situar las muestras tomadas en uno de los 256 niveles de cuantización posibles (28=256). Si el sistema de conversión es de 16 bit los niveles serán 65.536 (216) y a 24 bit de 1.048.576 (224). Usando un símil con el mundo de la fotografía digital, una misma imagen de un paisaje la podemos representar con 256 colores, 65.536 colores o más de un millónde ellos. Gráfico, ¿no?

TEOREMA DE NYQUIST
Bien, ya sabemos que nuestro sistema digital convierte el sonido analógico (continuo) en una representación discreta de él (discontinua) basada en la toma de muestras. Pero ¿cuantas muestras tomar? ¿A qué resolución? El teorema de Nyquist nos dice que para poder muestrear una señal analógica la frecuencia de muestreo tiene que ser, al menos, el dobleque la frecuencia máxima que contiene el sonido que se quiere reproducir.

Atendiendo al margen audible de los humanos, que va desde los 20 Hz a los 20 kHz, es necesario, como mínimo, que la frecuencia de muestreo fuese de 40.000 muestras por segundo. Por otro lado, cada bit de una muestra añade 6 dB de margen dinámico, por lo que con 8 bits obtendríamos 48 dB, con 16 bits 96 dB y con 24 bits...