Tipos de archivo de audios y sus características.

Primero debemos clasificar los archivos de audio entre:

Con pérdida: Aquellos que utilizan un tipo de comprensión que representa la información, pero con una menos cantidad de información, por lo que es imposible reconstruir la información original del archivo de manera exacta. Suele usarse cuando se quiere convertir una información analógica a digital.

Sin pérdida: Aquellos que usan o no métodos de comprensión representando la información sin intentar utilizar la menos cantidad de información, siendo posible una información exacta de la original.

• Archivos de sonido con pérdida:

MP3 o MPEG-1: Es un formato de audio digital estándar, la pérdida de información del formato mp3 no es audible por el oído humano. Un archivo mp3 puede reducir el tamaño del archivo sin influir en su calidad.

Un minuto de audio en mp3 ocupa 1MBcon una calidad parecida a la del CD. Esto ha conseguido que sea reproducido en la mayoría de los reproductores de audio.

Este formato  permite elegir la calidad del audio que va ser comprimido, equivalente a 128 Kbps, pero solo seleccionando entre los 8 Kbps y los 320 Kbps. Su frecuencia de muestreo se encuentra entre 16 Hz y los 48 KHz, soportando solo dos canales (estéreo).

ACC o Advanced Audio Coding: formato como extensión de MPEG-2, ofrece más calidad que mp3. Su compresión está basada en los mismos principios que la compresión MP3, ofrece la posibilidad de emplear frecuencias de muestreo del rango de entre 8 Hz hasta los 96 KHz.

Ogg: Formato de audio digital comprimido con pérdida según la complejidad de la transmisión de audio, en la relación calidad-bitrate, hay una similitud con MPEG-2 y con  la mayoría de los bitrates.

Este formato ofrece una menor fidelidad del sonido entre 8- 48 Khz que el mp3. Además  archivos ocupan menos. En cuanto a compatibilidad no es formato tan universal todavía pero cada vez más dispositivos y programas trabajan con él.

Real Audio o RM: Es un formato de archivo pensado para las transmisiones por internet en tiempo real, por ejemplo cuando un servidor tiene un archivo de sonido almacenado y nosotros lo escuchamos sin que el archivo se cargue por completo ni se almacene en nuestro ordenador.

La codificación permite adaptar la capacidad de recepción del usuario dependiendo de su velocidad de conexión a internet.

• Archivos de Sonido sin pérdida:

 AIFF o Audio Interchange File Format Estándar de formato de archivo de audio para vender datos de sonido para ordenadores, actualmente es muy utilizado en ordenadores Apple.  AIFF es uno de los formatos líderes, siendo usado a nivel profesional en aplicaciones de audio ya que permite un rápido procesado de la señal.

FLAC o Free Lossless Audio Codec: Consigue reducir el tamaño de un archivo original de sonido  de entre la mitad hasta tres cuartos del tamaño inicial y es alternativa al Mp3 si se quiere reducir el tamaño de un archivo WAV-PCM sin perder calidad, ya que con este tipo de compresión podremos reconstruir los datos originales del archivo.

WAV o wave: Se emplea para almacenar sonidos en ordenadores con windows, es muy parecido al formato AIFF pero teniendo en cuenta peculiaridades del Intel. Pero apenas es usado para compartir por internet música, debido a que existen otros formatos sin pérdida que reducen el tamaño de los archivos más que WAV.

MIDI: Interface Digital para Instrumentos Musicales, es considerado el estándar para industria de la música electrónica ya que es muy útil para trabajar con dispositivos como tarjetas de sonido o sintetizadores musicales.

De lo analógico a lo digital

Podemos diferenciar entre dos señales del sonido: analógico y digital.

El sonido analógico es una función continua, y se denomina así ya que imita a la señal original. Este tipo de señal se reproduce y guarda por medio de procesos electrónicos. Las vibraciones de las ondas sonoras son captadas por un micrófono, transformándose en señales eléctricas, llegando a dispositivos analógicos a través de impulsos eléctricos por medio de un cable.

• Dispositivos y soportes analógicos

-          Tocadiscos: La mayoría de los equipos de grabación analógica han caído en desuso, cintas de cassette (la información de las señales eléctricas captadas por un micrófono era grabadas magnéticamente) y discos de vinilo (reproducían en los surcos las ondas sonoras originales).

Pero los soportes analógicos pierden calidad a medida que van siendo, o bien copiados o usados, debido al contacto físico de los cabezales con el soporte del sonido.

Los primeros soportes de grabación de audio digital se crearon a principios de los años 80. Los sintetizadores y samplers digitales aparecieron también en estas fechas.

El soporte digital más importante ha sido el compact disc o CD, creado por Philips y Sony. En los CDs estándar se pueden almacenar hasta 700 mb de datos y se reproducen a través de un lector óptico. El declive de este soporte comenzó con la aparición de los mp3

-Las ventajas del sonido digital frente al analógico son numerosas:

Los sonidos en soporte digital n pierden calidad y su calidad de sonido es mayor que el analógico.

La manipulación y edición es más sencilla y con más posibilidades.

El almacenamiento de archivo es infinito sin embargo el almacenamiento de archivo de sonido analógico está limitado debido al espacio.

 Sin embargo, el sonido digital es toda aquella señal sonora, normalmente analógica, que se reproduce, guarda y edita en términos numéricos discretos. La señal analógica se codifica a través del sistema binario.

En el sistema binario cualquier valor puede ser representado en términos de 1 y 0. Todas las vibraciones producidas por el aire son transformadas en señales eléctricas y éstas en combinaciones de 1 y 0. Esta codificación se produce utilizando un convertidor de señal conocido como sampler

CONVERSIÓN ANALÓGICO DIGITAL

Una vez visto las diferencias éntrelos soportes, veamos cómo se produce la conversión de una a otra.

Para realizar esa tarea, el conversor ADC (Analog-to-Digital Converter - Conversor Analógico Digital) tiene que efectuar unos procesos, los cuales son:

1.- Muestreo de la señal analógica.

2.- Cuantización de la propia señal

3.- Codificación del resultado de la cuantización, en código binario.

Para convertir una señal analógica en digital, lo primero es realizar un muestreo o sampling, es decir; tomar diferentes muestras de voltajes en diferentes puntos de la onda sonora. La frecuencia a la que se produce se define como frecuencia de muestreo, y se mide con Kilohertz. En la grabación digital de audio, a mayor cantidad de muestras, mayor calidad de la señal digital.

Para convertir una señal analógica en digital, el primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling) de ésta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal. La frecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina razón, tasa o también frecuencia de muestreo y se mide en kilohertz (kHz). En el caso de una grabación digital de audio, a mayor cantidad de muestras tomadas, mayor calidad y fidelidad tendrá la señal digital resultante.

Durante este proceso se asignan unos valores números que equivalen al voltaje existente en los diferentes puntos de la sinusoide, con el objetivo de realizar el siguiente proceso: el de la cuantificación.

En este proceso, los valores continuos que han sido dados anteriormente, se convierten en series de valores numéricos discretos correspondientes a las distintas variaciones de voltajes que contienen la señal original analógica. Por lo que representa el componente de muestreo de las variaciones de valores de voltajes tomados en diferentes puntos de la onda sinodial, que permite medirlos y asignarles sus correspondientes valores en el sistema numérico decimal, antes de convertir esos valores en sistema numérico binario.

Después de este proceso, los valores tomados se representan a través de números pro medio de códigos establecidos previamente, la mayoría de las veces en códigos binarios. A este proceso se le denomina codificación.

Pero para escuchar los sonidos digitalizados, se realiza lo contrario que el muestreo, a través de los circuitos CDA se produce la conversión de digital a analógico.

El DSP, es un procesador de señal digital, un microprocesador rápido y poderoso. Realiza el procedimiento de datos en tiempo real. Este procesador adquiere una señal digital y la procesa para mejorarla, en este caso obteniendo un sonido más claro.

Sus características son las siguientes:

-          Alta velocidad de cálculos aritméticos.

-          Transferencia de datos.

-          Arquitecturas de memoria de múltiple acceso.

 Cuando se digitaliza un sonido que contiene frecuencias superiores a las que puede codificar, se produce el fenómeno del aliasing, que convierte esas frecuencias no cuantizables en otras que sí lo son, pero que no están presentes en el sonido original, lo que introduce unos artefactos indeseables.

Onda Sonora

Características de una onda:

Tren de ondas: Todas las ondas al moverse lo hacen una tras otra.

Nodo: Punto donde la línea de equilibrio es pasada.

Elongación: Distancia entre un punto de onda y su equilibrio.

Cresta: Punto más alto de la onda.

Valle: Punto más bajo de la onda.

Periodo: Tiempo que tarda en completarse una onda.

Amplitud: Máxima separación de una onda con su punto de equilibrio.

Longitud de onda: Distancia entre dos máximos de la onda, o de una onda completa, indicándose con (Λ) y se mide en metros.

Frecuencia: número de ondas producidas por segundo. Indicándose con la letra f minúscula, midiéndose en ciclos/hz.

La longitud y la frecuencia se utilizan para calcular la velocidad de propagación de una onda.

Velocidad de propagación: Relación que existe entre un espacio recorrido igual a una longitud de onda y el tiempo empleado en recorrerlo. Se indica con la letra V

Periodo: Tiempo en segundos que tarda un punto en realizar una oscilación completa al paso de una onda. (T).

Según la dirección de propagación, clasificamos las ondas en dos tipos:

Ondas Longitudinales:

Ondas Transversales:

• PROPAGACIÓN

La propagación del sonido de transmite a través de medios sólidos, líquidos o gaseosos o materiales. Propagándose a distintas velocidades en medios con distinta densidad. En  los medios líquidos y sólidos se propagan mejor que en los gases.

El sonido llega a nosotros a través de un medio de propagación, normalmente el aire, cuya velocidad es de unos 334m/s y a 0º es de 331,6 m/s.

La velocidad de propagación es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta y es alrededor de 12 m/s mayor a 20º.

La velocidad es independiente a la presión atmosférica, cuanta mayor temperatura en el ambiente menos rápido llega a nosotros el sonido.

FENOMENOS FÍSICOS QUE AFECTAN A LA PROPAGACIÓN DEL SONIDO.

Absorción: Es la relación entre la energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo.

Reflexión: También conocido algunas veces como eco. El eco se produce cuando el sonido se refleja en un medio denso y llega al oído de una persona con retraso del tiempo, superoro a 0,1 segundos, respecto al que recibe de la fuente sonora directamente.

Transmisión: “La velocidad con que se transmite el sonido depende, principalmente, de la elasticidad del medio, es decir, de su capacidad para recuperar su forma inicial. El acero es un medio muy elástico, en contraste con la plasticina, que no lo es. Otros factores que influyen son la temperatura y la densidad”.

Refracción.  Se produce cuando el sonido pasa de un medio a otro. La desviación de la onda se corresponde con la rapidez de propagación en el medio.

¿Cómo se mide la potencia y la intensidad?

El decibelio es la unidad de medida que refleja la potencia e intensidad del ruido.

“El umbral de audición humana es estipulado en 0 dB ya que el decibelio es una unidad relativa, aunque está demostrado que varía según cada sujeto. Por el contrario el denominado “umbral de dolor” es considerado a partir de los 140 dB.”

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¿Qué es el sonido?

Según la definición de la RAE, el sonido es:

-          Sensación producida en el órgano del oído por el movimiento vibratorio de los cuerpos, transmitido por un medio elástico, como el aire.

-          Realización oral de un fonema, constituida por rasgos pertinentes y no pertinentes.

Para que se propague el sonido se requiere la existencia de un cuerpo vibrante (foco) y un medio elástico que sea capaz de transmitir dichas vibraciones, constituyendo la onda sonora, la cual desarrollaremos más tarde.

Cuando nos referimos al sonido audible por el oído humano, nos referimos  de la sensación detectada por nuestros oídos, que producen variaciones de presión en el aire por encima y por debajo de un valor estático, dado por la presión atmosférica, siendo calculada por un barómetro.

ELEMENTOS

Para que el sonido exista son necesarios dos factores:

1.        Una fuente de vibración mecánica: cuerda, un diapasón…
2.        un medio elástico, por el cual se propaga la perturbación

¿CÓMO LLEGA EL SONIDO A NOSOTROS?

Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. Cuando estas ondas necesitan de un medio material, se llaman ondas mecánicas. Las únicas ondas que pueden propagarse en el vacío son las ondas electromagnéticas.

El sonido es un tipo de onda mecánica que se propaga únicamente en presencia de un medio material.

Un cuerpo al vibrar emite una oscilación a las moléculas de aire que lo rodean, provocando que la presión del aire aumente y disminuya alternativamente, dichos cambios se transmiten entre las moléculas de aire y que la onda sonora se pueda desplazar hasta nuestros oídos.

Las partes en la que la onda aumenta se llaman compresiones y en las que disminuye enrarecimientos.Para que una vibración pueda ser audible el objeto debe vibrar entre 20 y 20.000 veces por segundo, es decir; con una frecuencia de entre 20 y 20.000 Hz. Los sonidos muy fuertes son provocados por grandes variaciones de presión.

El objeto desplaza el aire que le rodea comprimiendo y descomprimiendo las moléculas que lo integran. De esta manera modifica la presión del aire de una forma periódica. El oído humano experimenta una u otra sensación sonora según la potencia y la frecuencia de esa vibración.

El sonido puede ser producido por diferentes fuentes, una persona hablando, un altavoz vibrando y puede viajar a través de distintos medios de propagación.

CUALIDADES DEL SONIDO

Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, se puede describir con tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la forma de onda (o composición armónica). Vamos a ver estas características.

La altura: Es el mayor número de vibraciones por segundo. Cuantas menos vibraciones por segundo, más grave es el sonido, y cuando más vibraciones por segundo, más agudo es el sonido.

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Intensidad: Se relaciona con el tiempo que permanece la vibración, representándose: 

El Sistema Internacional de Unidades es el vatio por metro cuadrado (W/m²).

El umbral de audición es aquel el cual el oído humano empieza a percibir sonidos, a partir de una intensidad de 10-12 W/ m², cuando la intensidad supera el 1 W/m², se empieza a volver dolora la sensación.

El timbre: La cualidad que permite distinguir entre sonidos de instrumentos o voces. 

     

La historia del sonido

¿Cómo y cuándo surgió el estudio del sonido?

Las primeras referencias que tenemos sobre el sonido, es gracias  Aristóteles, el cual nos indicó que el sonido del aire se movía hacia delante, propagándose hasta donde fuera posible llegar. Más tarde Galileo demostró que las ondas sonoras especificaban el tono, ello lo comprobó raspando un cincel en un plato de latón produciéndose un chillido.

Marin Marsenne midió la llegada de un eco, calculando la velocidad del sonido en el aire en 1964 (solo teniendo un 10% de error). Mencionando también el experimento de la radiación sónica de Robert Boyle, aunque debemos destacar a Isaac Newton, el primero en estudiar la velocidad del sonido. Su estudio se basó en escuchar ecos generados por ruido y su distancia recorrida, para obtener como resultado su velocidad, defendió la interpretación del sonido como pulsos de presión transmitidos a través de partículas vecinas.Ofreciendo una nueva herramienta para el estudio de este.

El tratamiento  matemático del sonido no fue realizado hasta el siglo XIX, aplicando un análisis armónico desarrollado por  Georg Simón Ohm basándose en la teoría de del sonido de Joseph Fourier.El estudio del sonido en los siglos siguientes sufrió un gran avance gracias a la invención del micrófono, teléfono y fonógrafo, originando las reproducciones de sonido y la grabación.

La ecuación para calcular la velocidad del sonido es: velocidad=frecuencia x longitud de onda. Esta ecuación es constante, pero la velocidad puede cambiar según el medio en el que se esté moviendo el sonido, la temperatura y la humedad.