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TEMA 1.TEMA 1.Introducción al audioIntroducción al audio

1.1. Introducción. Principios de acústicaIntroducción. Principios de acústica2.2. Audio Digital. Audio Digital.

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¿Qué es el sonido?¿Qué es el sonido?

Una variación de presión que se propaga periódicamente.Una variación de presión que se propaga periódicamente.

– Lo que se propaga no son la partículas sino la Lo que se propaga no son la partículas sino la variación de presiónvariación de presión

– Lo hace a una velocidad 330m/s (en el aire a 0º)Lo hace a una velocidad 330m/s (en el aire a 0º)

Esta variación de presión debe oscilar periódicamente.Esta variación de presión debe oscilar periódicamente.

Para que se perciba por el oído humano, la frecuencia de Para que se perciba por el oído humano, la frecuencia de oscilación debe estar entre 20 y 20.000 Hz. oscilación debe estar entre 20 y 20.000 Hz.

1 . Introducción

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¿Qué es el sonido?¿Qué es el sonido?

1 . Introducción

Lo que las personas entendemos por sonido es el fruto de Lo que las personas entendemos por sonido es el fruto de una interacción entre varios elementos: una interacción entre varios elementos: – un objeto vibrante, un medio de transmisión (que suele ser el un objeto vibrante, un medio de transmisión (que suele ser el

aire que nos rodea), un medio receptor que es el oído y el aire que nos rodea), un medio receptor que es el oído y el cerebro.cerebro.

Los objetos pueden entrar en vibración por diferentes Los objetos pueden entrar en vibración por diferentes causas:causas:– Golpe de percusiónGolpe de percusión

– Frotamiento o excitación periódica sostenida. GuitarraFrotamiento o excitación periódica sostenida. Guitarra

– La vibración de los conos de un altavoz producida por una señal La vibración de los conos de un altavoz producida por una señal eléctrica.eléctrica.EMISOR MEDIO DE

TRANSMISIÓNRECEPTOR

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PropiedadesPropiedades

Para describir un sonido se utilizan tres términos fundamentales Para describir un sonido se utilizan tres términos fundamentales frecuenciafrecuencia , timbre e intensidad., timbre e intensidad.

Todo sonido tiene una duración y a lo largo de este, cualquiera de Todo sonido tiene una duración y a lo largo de este, cualquiera de los tres parámetros pueden variar.los tres parámetros pueden variar.

La sensación de altura se vincula tradicionalmente a la frecuencia o La sensación de altura se vincula tradicionalmente a la frecuencia o periodo de la fundamental. No todos los sonidos tienen una altura periodo de la fundamental. No todos los sonidos tienen una altura definida.definida.

La intensidad, al flujo de energía o amplitud de la presión de La intensidad, al flujo de energía o amplitud de la presión de oscilación de la onda. Envolvente.oscilación de la onda. Envolvente.

El timbre, al espectro o proporción de intensidades de los El timbre, al espectro o proporción de intensidades de los armónicos. Es el color o la textura del sonido.armónicos. Es el color o la textura del sonido.

La reverberación indica el espacio donde esta el sonido.La reverberación indica el espacio donde esta el sonido.

1 . Introducción

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Frecuencia y alturaFrecuencia y altura

Es lo que caracteriza a un sonido como grave Es lo que caracteriza a un sonido como grave (frecuencias bajas) y agudo (frecuencias altas)(frecuencias bajas) y agudo (frecuencias altas)

La altura es una magnitud psicoacústica La altura es una magnitud psicoacústica relacionada con la frecuencia (que es una relacionada con la frecuencia (que es una magnitud física).magnitud física).

Lo que hace que un sonido posea una altura Lo que hace que un sonido posea una altura clara es su perioricidad.clara es su perioricidad.

La medida de la frecuencia es el Hz que indica La medida de la frecuencia es el Hz que indica el número de veces por segundo que se repite el número de veces por segundo que se repite un determinado fenómeno.un determinado fenómeno.

1 . Introducción

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Frecuencia y alturaFrecuencia y altura

1 . Introducción

Representación gráfica de un sonido puro de 4Hz por segundo

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Frecuencia y alturaFrecuencia y altura

Los infrasonidos son sonidos cuya Los infrasonidos son sonidos cuya altura está por debajo de los 20 altura está por debajo de los 20 Hz, sino son puros se oyen los Hz, sino son puros se oyen los armónicos.armónicos.

Los ultrasonidos son sonidos por Los ultrasonidos son sonidos por encima de los 20.000Hz.encima de los 20.000Hz.

1 . Introducción

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Frecuencia y alturaFrecuencia y altura Ejemplos sin altura definidaEjemplos sin altura definida

– Fritura Fritura – TorrenteTorrente

Sonido puro y complejoSonido puro y complejo Sonido de altura constante o Sonido de altura constante o

variablevariable

1 . Introducción

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La octava y las notasLa octava y las notas

La altura está directamente relacionada con La altura está directamente relacionada con la frecuencia de la oscilación.la frecuencia de la oscilación.

Si escuchamos dos sonidos cuyas frecuencias Si escuchamos dos sonidos cuyas frecuencias guardan relación 2:1, nos sonarán muy guardan relación 2:1, nos sonarán muy cercanos, entre los dos dista una octava.cercanos, entre los dos dista una octava.

En la música occidental la octava se divide En la música occidental la octava se divide en doce alturas o semitonos. Es lo que en doce alturas o semitonos. Es lo que denominamos una escala.denominamos una escala.

DoDo ReRe MiMi FaFa SolSol LaLa SiSi CC DD EE FF GG AA BB

1 . Introducción

1010

La octava y las notasLa octava y las notas

El la central del piano tiene una frecuencia de El la central del piano tiene una frecuencia de 440Hz que se toma como frecuencia de 440Hz que se toma como frecuencia de referencia de afinación de los instrumentos referencia de afinación de los instrumentos musicales.musicales.

Cada semitono Cada semitono [i-ésimo semitono] [i-ésimo semitono] , medido , medido desde la frecuencia de referencia desde la frecuencia de referencia Fref, Fref, será será de la siguiente fomade la siguiente foma

[i-ésimo semitono] = Fref×2**i/12[i-ésimo semitono] = Fref×2**i/12 Para el Do , i=3.Para el Do , i=3.

Así la frecuencia del Do será:Así la frecuencia del Do será:[frecuencia del Do] = 440×2**3/12 = [frecuencia del Do] = 440×2**3/12 = 523.2511 [Hz]523.2511 [Hz]

1 . Introducción

1111

TimbreTimbre El timbre es lo que ayuda a caracterizar y El timbre es lo que ayuda a caracterizar y

distinguir diferentes tipos de instrumentos, o a distinguir diferentes tipos de instrumentos, o a reconocer a las personas por su voz.reconocer a las personas por su voz.

La frecuencia de vibración más grave o baja es La frecuencia de vibración más grave o baja es la que determina normalmente la la que determina normalmente la alturaaltura y se y se denomina denomina frecuencia fundamentalfrecuencia fundamental, las , las restantes frecuencias que suelen ser múltiplos restantes frecuencias que suelen ser múltiplos de la frecuencia fundamental se denominan de la frecuencia fundamental se denominan armónicos.armónicos.

Lo que diferencia un DO de una flauta de uno Lo que diferencia un DO de una flauta de uno de un violín es el timbre, el número de de un violín es el timbre, el número de armónicos.armónicos.

1 . Introducción

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Ondas sinusoidales y Ondas sinusoidales y armónicosarmónicos

El sonido mas simple es la onda sinusoidalEl sonido mas simple es la onda sinusoidal

El teorema de Fourier demuestra que cualquier onda El teorema de Fourier demuestra que cualquier onda sonora periódica se puede entender como suma de sonora periódica se puede entender como suma de ondas sinusoidales de frecuencias diferentes, pero ondas sinusoidales de frecuencias diferentes, pero múltiplos de la fundamental, armónicos. múltiplos de la fundamental, armónicos.

Los sonidos naturales no son nunca estacionarios, su Los sonidos naturales no son nunca estacionarios, su forma varía en el tiempo, la amplitud de sus forma varía en el tiempo, la amplitud de sus armónicos varía también. Esta variación de los armónicos varía también. Esta variación de los armónicos en el tiempo, se denomina espectro de un armónicos en el tiempo, se denomina espectro de un sonido.sonido.

A partir del espectograma podemos deducir muchas A partir del espectograma podemos deducir muchas cosas del sonido.cosas del sonido.

1 . Introducción

1313

1 . Introducción

1414

Análisis del espectroAnálisis del espectro

1 . Introducción

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IntensidadIntensidad La intensidad depende del cuadrado de la La intensidad depende del cuadrado de la

amplitud de estas oscilaciones, o de la amplitud de estas oscilaciones, o de la diferencia entre las presiones máxima y diferencia entre las presiones máxima y mínima que la onda puede alcanzar.mínima que la onda puede alcanzar.

Las intensidades de diferentes sonidos Las intensidades de diferentes sonidos pueden variar en varios millones de órdenes pueden variar en varios millones de órdenes de magnitud. La mínima detectable por el de magnitud. La mínima detectable por el oído humano es de 10oído humano es de 10-12-12 W/m W/m22 y la máxima y la máxima de 10de 1055 W/m W/m22. Por ello la intensidad se mide . Por ello la intensidad se mide en escala logarítmica, los decibelios (dB) en escala logarítmica, los decibelios (dB) serán:serán:

Nivel de intensidad en decibelios=10 X log Nivel de intensidad en decibelios=10 X log en base 10 (Intensidad/Intensidad de en base 10 (Intensidad/Intensidad de referencia).referencia).

1 . Introducción

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1.- Introducción 1.- Introducción

1717

IntensidadIntensidad Cuando sumamos dos sonidos iguales, la Cuando sumamos dos sonidos iguales, la

intensidad aumenta en 3dB.intensidad aumenta en 3dB. 10*log(2I/I)=10*log2=3db10*log(2I/I)=10*log2=3db Cuando duplicamos la distancia de la fuente, Cuando duplicamos la distancia de la fuente,

la intensidad disminuye en 6db.la intensidad disminuye en 6db. La intensidad es una medida física, pero para La intensidad es una medida física, pero para

nuestro oído, la sensación de intensidad, varía nuestro oído, la sensación de intensidad, varía en función de la frecuencia (es decir dos en función de la frecuencia (es decir dos sonidos igual de intensos, tal vez no nos lo sonidos igual de intensos, tal vez no nos lo parezca).parezca).

La zona de mayor sonoridad esta entre los La zona de mayor sonoridad esta entre los 2KHz y los 4KHz.2KHz y los 4KHz.

1 . Introducción

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IntensidadIntensidad

1 . Introducción

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Grabación de sonidoGrabación de sonido

• El micrófono convierte la variación de El micrófono convierte la variación de la presión de aire ejercida sobre una la presión de aire ejercida sobre una membrana en una señal de voltaje membrana en una señal de voltaje variable en el tiempo.variable en el tiempo.

• La variación de este voltaje se puede La variación de este voltaje se puede grabar analógicamente utilizando grabar analógicamente utilizando diferentes tecnologías, sobre una cinta diferentes tecnologías, sobre una cinta magnética o sobre un disco de vinilo. magnética o sobre un disco de vinilo.

2 . Audio Digital

2020

Grabación de sonidoGrabación de sonido

2 . Audio Digital

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Calidad del sonido Calidad del sonido analógicoanalógico Al contrario de lo que opina la mayoría de la gente, Al contrario de lo que opina la mayoría de la gente,

una grabación analógica no tiene por que sonar peor una grabación analógica no tiene por que sonar peor que una digital (en condiciones óptimas suena mucho que una digital (en condiciones óptimas suena mucho mejor que una digital). mejor que una digital).

– Sus inconvenientes radican en que la señal analógica se Sus inconvenientes radican en que la señal analógica se degrada mucho más rápidamente (las cintas magnéticas degrada mucho más rápidamente (las cintas magnéticas se desmagnetizan y los surcos de vinilo se desgastan), se desmagnetizan y los surcos de vinilo se desgastan),

– y en cada nueva generación se produce una pequeña, y en cada nueva generación se produce una pequeña, pero inevitable pérdida, de forma que, a cada nueva pero inevitable pérdida, de forma que, a cada nueva copia, la señal se parece cada vez menos a la original.copia, la señal se parece cada vez menos a la original.

Es por ello que el sonido digital ha sustituido al Es por ello que el sonido digital ha sustituido al analógico, además de que este último aporta un sinfín analógico, además de que este último aporta un sinfín de nuevas y excitantes posibilidades en la de nuevas y excitantes posibilidades en la manipulación, creación y experimentación sonoras.manipulación, creación y experimentación sonoras.

2 . Audio Digital

2222

El principio principal del audio digital El principio principal del audio digital consiste en discretizar señales consiste en discretizar señales continuas (como las emitidas por un continuas (como las emitidas por un micrófono) para convertirlas en micrófono) para convertirlas en secuencias de números. secuencias de números.

La discretización de señales se realiza La discretización de señales se realiza en dos niveles: el temporal y el de en dos niveles: el temporal y el de amplitud.amplitud.

2 . Audio Digital

Audio DigitalAudio Digital

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Esquema de Esquema de discretizacióndiscretización

2 .Audio Digital

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Muestreo en frecuenciasMuestreo en frecuencias

La palabra muestreo equivale a la palabra en La palabra muestreo equivale a la palabra en inglés inglés samplingsampling, y se utiliza para indicar la acción , y se utiliza para indicar la acción de tomar muestras a intervalos de tiempo de tomar muestras a intervalos de tiempo regulares. regulares.

Para digitalizar un sonido es necesario Para digitalizar un sonido es necesario muestrearlo, pero ¿con que frecuencia?muestrearlo, pero ¿con que frecuencia?

2 . Audio Digital

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Teorema de NyquistTeorema de Nyquist Para muestrear correctamente una señal de XHz., se Para muestrear correctamente una señal de XHz., se

requiere como mínimo una frecuencia de muestreo de requiere como mínimo una frecuencia de muestreo de 2X Hz.2X Hz.

Cualquier señal digitalizada solo puede representar Cualquier señal digitalizada solo puede representar correctamente frecuencias inferiores a la mitad de la correctamente frecuencias inferiores a la mitad de la frecuencia de muestreo. Esta frecuencia mitad se frecuencia de muestreo. Esta frecuencia mitad se denomina frecuencia de Nyquist.denomina frecuencia de Nyquist.

El oído humano es capaz de detectar frecuencias de El oído humano es capaz de detectar frecuencias de hasta 20.000 Hz., por lo que para muestrear hasta 20.000 Hz., por lo que para muestrear correctamente cualquier sonido se necesitará una correctamente cualquier sonido se necesitará una frecuencia de muestreo superior o igual a 40.000 Hz. frecuencia de muestreo superior o igual a 40.000 Hz. ¡De aquí proceden los 44.100 Hz. empleados en los ¡De aquí proceden los 44.100 Hz. empleados en los discos compactos!discos compactos!

2 .Audio Digital

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Teorema de NyquistTeorema de Nyquist

2 .Audio Digital

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AliasingAliasing

El rango de la voz humana entre 400 y 4KHz. Se puede muestrar a frecuencias inferiores

teniendo en cuenta que sólo serán correctas frecuencias a la mitad de la frecuencia de muestreo. (2000-4000Hz zona de mayor enegía).

El aliasing inventa frecuencias de aprox. La diferencia entre la original y la de muestreo.

No todo el hardware permite elegir la frecuencia de muestreo.

2 . Audio Digital

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CuantificaciónCuantificación

El término resolución de un sonido digital indica el número de bits que se han utilizado para almacenar cada una de las muestras.

La resolución determina el número de posibles valores diferentes, o rango, que cada muestra puede tomar.

Así, un sonido digitalizado a 8 bits posee 256 niveles posibles, mientras que un sonido a 16 bits presenta 65536 posibles niveles.

2 . Audio Digital

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CuantificaciónCuantificación

2 . Audio Digital

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Rango dinámicoRango dinámico El rango dinámico de una sistema de sonido (expresado en

decibelios), depende del cociente entre la máxima y la mínima amplitud que el sistema puede producir

En un aparato electrónico, la relación señal/ruido indica la diferencia entre el nivel máximo que el dispositivo puede emitir, y el nivel de ruido existente cuando la señal es silencio (el ruido de fondo). Cuanto mayor sea esta diferencia, más limpio será el sonido del dispositivo

Una forma aproximada y rápida de calcular el rango dinámico de un sistema digital es mediante la fórmula: número de bits*6

La resolución en bits de un sonido digital incide directamente en el rango dinámico y en el ruido de fondo

Cuántos más bits utilicemos, más nítido y con menos ruido se percibirá el sonido

2 . Audio Digital

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Valores típicosValores típicos

2 . Audio Digital

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Grabación digitalGrabación digital

2 . Audio Digital

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¿Cuánto ocupa un segundo de ¿Cuánto ocupa un segundo de sonido digital de 16 bits y 44.100 sonido digital de 16 bits y 44.100 Hz?Hz?

2 . Audio Digital.

En un sonido de 16 bits, cada muestra ocupa dos En un sonido de 16 bits, cada muestra ocupa dos bytesbytes (un (un bytebyte son ocho bits), y si la frecuencia de son ocho bits), y si la frecuencia de muestreo es de 44.100 Hz, significa que cada segundo muestreo es de 44.100 Hz, significa que cada segundo requiere 44.100 muestrasrequiere 44.100 muestras

– Si el sonido es estéreo, utiliza dos canales, por lo que Si el sonido es estéreo, utiliza dos canales, por lo que estas necesidades se ven duplicadasestas necesidades se ven duplicadas

– 2 bytes/muestra * 44.100 muestras/segundo * 2 2 bytes/muestra * 44.100 muestras/segundo * 2 (canales) = 176.400 bytes/segundo ó 172,2 Kb/s(canales) = 176.400 bytes/segundo ó 172,2 Kb/s

– Realizando una multiplicación más, se observa que un Realizando una multiplicación más, se observa que un minuto de sonido digital estéreo de calidad CD (16 bits y minuto de sonido digital estéreo de calidad CD (16 bits y 44.100 Hz) ocupa un valor muy cercano a los 10 Mb44.100 Hz) ocupa un valor muy cercano a los 10 Mb

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2 . Audio Digital

Extensión Extensión Plataforma - aplicacionesPlataforma - aplicacionesAUAU Next/Sun Next/Sun InternetInternet

AIFFAIFF Macintosh Macintosh MultimediaMultimedia

IFFIFF AmigaAmiga

WAVWAV PCPC

Algunos Formatos de ficheroAlgunos Formatos de fichero

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Compresión de audioCompresión de audio

Al igual que ocurre con la imagen, existen técnicas sin pérdida y técnicas con pérdida

Un factor importante en los sistemas de compresión de audio es que interesa que sean capaces de comprimir y descomprimir en tiempo real.

2 . Audio Digital

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MP3MP3

El formato mp3 utiliza algoritmos sofisticados El formato mp3 utiliza algoritmos sofisticados inspirados en la psicoacústica y que tienen en cuenta inspirados en la psicoacústica y que tienen en cuenta la forma con la que los humanos percibimos ( o mejor la forma con la que los humanos percibimos ( o mejor dicho no percibimos ) determinados sonidos.dicho no percibimos ) determinados sonidos.

Con este método descubierto a mediados de los 80 Con este método descubierto a mediados de los 80 en el Instituto Fraunhofer, se logran espectaculares en el Instituto Fraunhofer, se logran espectaculares compresiones del orden del 90%, y se consigue que compresiones del orden del 90%, y se consigue que un fragmento musical comprimido ocupe una décima un fragmento musical comprimido ocupe una décima parte de su tamaño original, con una perdida de parte de su tamaño original, con una perdida de calidad casi imperceptible.calidad casi imperceptible.

Para conseguir esta reducción, el mp3, se basa en el Para conseguir esta reducción, el mp3, se basa en el fenómeno de enmascaramiento, de forma que ciertos fenómeno de enmascaramiento, de forma que ciertos sonidos dejan de percibirse enmascarados por otros .sonidos dejan de percibirse enmascarados por otros .

2 . Audio Digital

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BIBLIOGRAFÍA APARTADOS 1 Y 2BIBLIOGRAFÍA APARTADOS 1 Y 2

Sergi Jordá Puig. Audio digital y midi. Anaya Sergi Jordá Puig. Audio digital y midi. Anaya 1997.1997.

J. Watkinson. "Audio Digital". Ed. Paraninfo, J. Watkinson. "Audio Digital". Ed. Paraninfo, 1996 1996

http://www.iua.upf.es/~sergi/http://www.iua.upf.es/~sergi/ http://www.monografias.com/trabajos7/http://www.monografias.com/trabajos7/

sodi/sodi.shtmlsodi/sodi.shtml http://www.eumus.edu.uy/docentes/http://www.eumus.edu.uy/docentes/

maggiolo/acuapu/maggiolo/acuapu/