Audio digital

AUDIO DIGITAL

Aplicaciones de Audio, UPB, Juan D. Correa B.

AUDIO ANALÓGICO Y DIGITAL

Desde el punto de vista técnico, el audio lo podemos clasificar en Audio analógico y audio digital. Cada uno con ventajas y desventajas.

AUDIO ANALÓGICO
Se refiere a una señal continua de tiempo continuo

Señal Analógica

AUDIO DIGITAL
Se refiere a una señal discreta en el tiempo, puedeprovenir de una señal analógica a la cual se le aplicó un proceso de digitalización.

Señal Digital

AUDIO DIGITAL
VENTAJAS • Economía. • Facilidad de almacenamiento. • Perdura en el tiempo. • Facilidad de procesamiento. • No presenta problemas temporales. • Velocidad de procesamiento y transmisión. DESVENTAJAS • Calidad. • Consume espacio y recursos.

AUDIO DIGITAL
Debido a sus numerosasventajas respecto al mundo analógico, la mayoría de los sistemas han migrado a lo digital.

• Fotografía. • Vídeo. • Audio. • Electrodomésticos. • Industria Automotriz.

AUDIO DIGITAL
La transformación de una señal de audio analógico a digital se hace siguiendo varios procesos y reglas:

Audio Analógico

Filtrado

Muestreo

Cuantización

Codificación

Audio Digital

MUESTREOConsiste en tomar muestras de la señal analógica separadas un intervalo de tiempo.

Señal analógica

Señal muestreada

MUESTREO
Para que la señal analógica se pueda recuperar a partir de las muestras, la frecuencia de muestreo debe ser como mínimo el doble de la frecuencia máxima contenida en la señal, Teorema de Nyquist Nyquist.
En Audio Digital, se tiene el siguiente criterio:
Máximafrecuencia

Rango audible : 20 Hz – 20 KHz Aplicando el criterio de Nyquist: 20 KHz * 2 = 40 KHz + 10% Frecuencia de muestreo mínima : Otras frecuencias de muestreo:

Para cubrir defectos en filtros no muy ideales

44,1 KHz
48 KHz

ü
96 KHz

MUESTREO
De la frecuencia se muestreo se define la frecuencia de Nyquist como la mitad de esta.

44,1 KHz 48 KHz 96 KHz

Fn = 22,05 KHz Fn = 24KHz Fn = 48 KHz

MUESTREO
… Y qué pasa si no se cumple el criterio de Nyquist? ALIASING: aparecen frecuencias en la señal reconstruida que no estaban el señal analógica original.

MUESTREO
… Y cómo evitar o disminuir el aliasing? • Utilizando la frecuencia de muestreo adecuada. • Eliminando las componentes de frecuencia mayores a la frecuencia de Nyquist: filtros antialiasing (LP antes dela conversión A/D. • Filtro a la salida del D/A, filtro de reconstrucción.
… Será que más bien se sobre diseña la frecuencia de muestreo para evitar el problema?

CUANTIZACIÓN
Define el tamaño en bits de la muestra. Determina la relación señal ruido de la señal resultante.

• 4 bits - 16 niveles • 8 bits – 255 niveles • 16 bits – 65536 niveles

CUANTIZACIÓN
… Y qué nivel decuantización es el adecuado?
Depende de la aplicación e influye directamente sobre la relación S/N y el rango dinámico de la señal.

Rango dinámico

CUANTIZACIÓN
Para una señal de audio de calidad, el mínimo nivel de cuantización es de 16 bits, es decir 65536 niveles diferentes posibles en la muestra, bits esto aumenta el rango dinámico y disminuye el ruido de cuantización cuantización.

La relaciónS/N, de acuerdo al nivel de cuantización se calcula:

S/N = 10bLog(4) + 10Log(3/2) 10b
Donde b es el numero de bits de la muestra

CUANTIZACIÓN
… Y algunos ejemplos. Calculando para b= 16 bits S/N = 10(16)Log(4) + 10Log(3/2)
Este es el rango dinámico de un disco compacto

S/N = 98,09 dB

CUANTIZACIÓN
… Comparando el resultado anterior con una situación real:
120 dB Umbral del dolorauditivo

Rango dinámico
25 dB

R.D = 95 dB
Ruido de fondo del estudio de grabación

CUANTIZACIÓN
…Y…? ¿Qué quiere decir esto?
Para tamaños de muestra de 16 bits, se puede reproducir todo el conjunto de intensidades de la señal, si el tamaño de la muestra es menor, se produce un ruido de fondo llamado ruido de cuantización cuantización.
Otros tamaños de muestra utilizados en audio...