El sonido, música, ingenieria del sonido
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Franklyn Garcia ::::[email protected] Teoría del sonido 1 Audio analógico. Definiciones y conceptos básicos. El sonido es producido por las vibraciones de un cuerpo en un medio elástico, en el cual se propagan en forma de ondas sonoras. Estas ondas son captadas por nuestro sistema auditivo y transmitidas al cerebro, que es el encargado de decodificarlas. Por lo tanto utilizaremos el término “Sonido” para referirnos a la sensación que se produce en nuestro cerebro. Propagación La propagación del sonido puede compararse a tirar una piedra al agua, en dónde a partir de una perturbación inicial, cada molécula interactúa con la molécula adyacente transmitiendo dicha perturbación. A partir de ese conflicto molecular se generan dos efectos: Compresión: cuando las moléculas son forzadas a estar juntas Descompresión: cuando el espacio entre las moléculas es mayor que el normal A medida que se aleja de la fuente va perdiendo energía. El sonido se atenúa 6 dB a medida que se duplica la distancia (“ley de la divergencia esférica” o “ley de la inversa del cuadrado de la distancia”); considerado en un ambiente libre. En el caso del sonido hablamos de ondas longitudinales, las cuales se mueven en la misma dirección que viaja la onda. Para que el sonido se propague requiere un medio (no se propaga en el vacío). Este medio puede ser líquido, sólido o gaseoso. Dependiendo del medio en el cual se propaga, el sonido, tiene una determinada velocidad (tiene mayor velocidad en un medio denso, como el agua, metal, etc.).
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ingenieria del sonido, efectos de sonido, teoria
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Teoría del sonido 1Audio analógico. Definiciones y conceptos básicos.
El sonido es producido por las vibraciones de un cuerpo en un medio elástico, en el cual se propagan en forma de ondas sonoras. Estas ondas son captadas por nuestro sistema auditivo y transmitidas al cerebro, que es el encargado de decodificarlas. Por lo tanto utilizaremos el término “Sonido” para referirnos a la sensación que se produce en nuestro cerebro.
Propagación
La propagación del sonido puede compararse a tirar una piedra al agua, en dónde a partir de una perturbación inicial, cada molécula interactúa con la molécula adyacente transmitiendo dicha perturbación.
A partir de ese conflicto molecular se generan dos efectos:
Compresión: cuando las moléculas son forzadas a estar juntas Descompresión: cuando el espacio entre las moléculas es mayor que el normal
A medida que se aleja de la fuente va perdiendo energía. El sonido se atenúa 6 dB a medida que se duplica la distancia (“ley de la divergencia esférica” o “ley de la inversa del cuadrado de la distancia”); considerado en un ambiente libre. En el caso del sonido hablamos de ondas longitudinales, las cuales se mueven en la misma dirección que viaja la onda.
Para que el sonido se propague requiere un medio (no se propaga en el vacío). Este medio puede ser líquido, sólido o gaseoso.
Dependiendo del medio en el cual se propaga, el sonido, tiene una determinada velocidad (tiene mayor velocidad en un medio denso, como el agua, metal, etc.).
La temperatura del medio también influye en la velocidad, a mayor temperatura mayor velocidad. La velocidad del sonido en el aire, a una temperatura de 16ºC es de 340 m/seg.
Ondas sonoras
Cuando un objeto vibra o se mueve, desplaza las moléculas de aire causando cambios de presión. La sucesión de esto provoca el movimiento de las moléculas (vibraciones). Estas vibraciones son captadas por el oído a través del tímpano, y convertidas en señales eléctricas que el cerebro interpreta como sonido. Si tuviéramos que graficar la presión del aire en el tímpano como una función temporal mientras escuchamos un sonido, la misma describiría una forma sinusoidal.
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Aspectos físicos de la Onda Sonora
Elongación: es la distancia en que se encuentra el punto (o partícula de aire) que tomamos de referencia en un momento determinado hasta el llamado punto de “reposo” o “equilibrio”.
Amplitud: es la máxima elongación. La amplitud se refiere a la energía que tiene el movimiento (amplitud del movimiento molecular), cambio relativo por encima y por debajo de la presión atmosférica causado por la presencia del “sonido”.
Físicamente, la amplitud de una onda sonora puede ser representada de varias formas: como voltaje, como la intensidad de un campo magnético (en una cinta) o numéricamente (en audio digital).
Ciclo: es un movimiento completo de ida y vuelta. El ciclo es la unidad formal de las “señales acústicas periódicas”.
Período (T): es el tiempo que tarda en desarrollarse un ciclo. El mismo se mide en segundos. El periodo es la función inversa de la frecuencia (T: 1/f), si un movimiento tiene un período de 1/20 de segundo tiene una frecuencia de 20 Hz.
Frecuencia (f): es la cantidad de ciclos que se producen en la cantidad de tiempo tomada como referencia. En acústica la unidad de tiempo es el segundo. Los ciclos/seg. se llaman HERTZ. Ej. 4 Hz. Quiere decir 4 ciclos/seg.; 20 kHz. quiere decir 20.000 ciclos/seg.
El rango de frecuencias audibles va de 20 hz a 20 Khz.
Las frecuencias por debajo de los 20 hz son infrasónicas o subsónicas.
Las frecuencias por arriba de los 20 khz son llamadas ultrasónicas.
Importante: lo dicho arriba, para f y T, es válido para los movimientos periódicos es decir los que tienen PERIODO o dicho de otra manera los que TIENEN UNA FRECUENCIA ESTABLE.
Fase: Es la distancia, expresada en grados, entre un punto de referencia de la señal y el origen del sistema coordenado.
Envolvente Dinámica: Es la evolución o forma en que varía la amplitud de una onda sonora en el tiempo. La envolvente dinámica une los puntos de amplitud de una onda sonora.
El ataque es desencadenado por la acción del intérprete (por ejemplo, pulsación de la tecla de un piano). Algún tiempo después, el sonido disminuye su nivel hasta un umbral de sostenimiento, y luego finaliza cuando el mismo se extingue.
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Movimiento armónico
En realidad no hay ningún objeto que pueda moverse en forma estrictamente sinusoidal (periódica) sino que sus períodos pueden variar ligeramente.
El Movimiento Periódico tiene componentes armónicos.
El Movimiento Aperiódico tiene componentes inarmónicos.
Teorema de Fourier: todo movimiento complejo periódico de frecuencia “f” se puede considerar como la suma de movimientos simples armónicos de esa frecuencia llamada fundamental o primer armónico.
Concepto de Armónico: un movimiento oscilatorio es armónico de otro cuando su frecuencia es un número que es múltiplo entero (1, 2, 3, etc.) de la otra.
Concepto de Serie Armónica: es el conjunto de sinusoides cuyas frecuencias están relacionadas con un múltiplo entero de una considerada como base.
Ejemplo:
Serie armónica de 200 Hz
200 Hz 400 Hz 600 hz 800 Hz 1000 Hz 1200 Hz 1400 Hz
Base 2 x 200 3 x 200 4 x 200 5 x 200 6 x 200 7 x 200
Suma de Sinusoides La suma de sinusoides de igual frecuencia da otra sinusoide La suma de sinusoides de frecuencias distintas da como resultado una onda
compleja (no sinusoidal)
Intensidad, Altura y Timbre
La amplitud de una onda sonora es percibida por el oído e interpretada por el cerebro, como SONORIDAD (aquello que comunmente se denomina “volumen”). Mientras que la frecuencia es percibida como altura, o lo que en música llamamos tono o nota. Aquello que nos permite diferenciar un sonido de otro cuando ambos poseen la misma intensidad y altura, es lo que se denomina TIMBRE. El timbre depende muchos factores, pero en un sentido práctico, sin introducirnos en un extenso análisis, se lo puede relacionar con la forma de onda que describe cada sonido.
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Nivel de Intensidad y Nivel de Presión Sonora
Como se dijo anteriormente, la amplitud de las oscilaciones del tímpano conduce a la sensación de sonoridad. Esta amplitud está directamente relacionada con las variaciones de presión de la onda sonora, y por lo tanto a la energía acústica o Intensidad que llega al oído.
Existen dos límites que determinan el rango de intensidades a las cuales el oído es sensitivo:
1. Un límite inferior o umbral de la sensación auditiva (que representa la intensidad mínima perceptible)
2. Un límite superior, o umbral de dolor, el cual puede conducir a un daño físico del mecanismo auditivo. Estos dos límites varían de individuo a individuo y dependen de la frecuencia considerada.
Dado el enorme rango de niveles de intensidades que el oído humano es capaz de diferenciar, se necesita una unidad de medida que pueda cumplir simultáneamente con tres objetivos:
1. llevar la escala de intensidades audibles a un rango de valores mucho más pequeño;
2. reemplazar el uso de valores absolutos por valores relativos (en este caso al umbral de audición);
3. permitir la introducción de una unidad conveniente, cuyo valor sea del orden del mínimo cambio perceptible de intensidad sonora
4. Los logaritmos decimales sirven para definir una magnitud más apropiada para describir la intensidad del sonido. Por lo tanto la relación es la siguiente:
5. IL=10 x log I/Ir6. donde IL es el “Nivel de Intensidad Sonora”, I es la “Intensidad” (o potencia)
del sonido en cuestión e Ir es la “Intensidad de Referencia” (o potencia de referencia). Podemos usar también una relación para expresar la intensidad en términos de presión sonora, que es la siguiente:
7. SPL=20 x log P/Pr8. donde SPL es el “Nivel de Presión Sonora” (Sound Pressure Level), P es la
“Presión” del sonido en cuestión y Pr es la “Presión de Referencia”.9. La unidad utilizada para medir tanto IL como SPL es el dB (decibel). Para el
SPL tomamos como Presión de Referencia el umbral mínimo de audición, que es 0 dB. De ahí surge la siguiente tabla:
140 dB Turbina de avión
130 dB Sirena de 50 CV (a 30 m)
120 dB Umbral de dolor
110 dB Recital de Rock
100 dB
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90 dB Tráfico intenso (a 1,5 m)
80 dB
70 dB Timbre del teléfono
60 dB Conversación normal (a 1 m)
50 dB
40 dB Habitación durante la noche
30 dB
20 dB Estudio de grabación (en silencio)
10 dB
0 dB Umbral de audición
10. Importante: El decibel es un concepto relativo, por lo tanto se necesita siempre un punto de referencia. Todo trabajo que hagamos con decibeles se refiere a cálculos de relaciones con respecto a la “referencia de valores” de cada unidad de dB. Esos valores de referencia son magnitudes seleccionadas arbitrariamente.
11. Hemos visto que el decibel es una función logarítmica y por lo tanto debemos tener en cuenta que no podemos sumar en forma DIRECTA, dos o más valores de Nivel de Intensidad o Nivel de Presión Sonora expresados en
12. La suma de dos Intensidades, por ejemplo: 30 dB + 30 dB no es igual a 60 dB sino a 33 dB como vamos a ver a continuación.
13. La ecuación debe expresarse de la siguiente manera:
14. I1 = I2 = 30 dB
15. entonces I1+2 = 10 log 2xI = 10 log I + 10 log 2
16. Iref. Iref.
17. = I1 + 10 x 0,3
18. = 30 dB + 3
19. = 33 dB
20. De una forma similar debe plantearse para duplicar el Nivel de Presión Sonora.
21. En este caso el resultado es equivalente a agregar 6 dB al Nivel de Presión Sonora original.
22. SPL1 = 30 dB
23. entonces SPL1 x2 = 20 log 2xP = 20 log P + 20 log 2
24. Pref. Pref.
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25. = SPL1 + 20 x 0,3
26. = 30 dB + 6
27. = 36 dB
Para tener en cuenta
Un incremento o atenuación de 1dB a 3dB en el Nivel de Presión Sonora es el mínimo cambio perceptible que la mayoría de la gente puede apreciar.
Un incremento de 6 dB SPL equivale a una relación de 2 a 1 en la amplitud de la onda sonora.
Un incremento de 10 dB SPL se percibe como el doble de SONORIDAD.
Curvas de igual sonoridad
La sonoridad es una magnitud psicoacústica, es decir, la sensación que se genera en nuestro cerebro, a causa de las vibraciones captadas por el oído.
La sensibilidad del oído no es igual para todas las frecuencias; de esta teoría surgen las “curvas de igual sonoridad” (la máxima sensibilidad del oído está alrededor de los 2.800 Hz). Lo que se describe en estas curvas es qué Nivel de Presión Sonora (SPL) debe tener cada frecuencia para que se perciban todas con igual sonoridad.
Enmascaramiento
Se denomina enmascaramiento a la reducción total o parcial de la sensibilidad de un oyente para percibir un determinado sonido, provocado por la presencia simultánea de otro. Cuando un sonido hace que otro sea menos audible, porque ambos se producen al mismo tiempo, se dice que se produjo un fenómeno de enmascaramiento. El sonido cuyo umbral de audibilidad se ha modificado se denomina sonido enmascarado y al otro, sonido enmascarante.
La interacción entre dos estímulos presentados al mismo tiempo depende en gran medida de las características de los sonidos. Existen algunos lineamientos que rigen el enmascaramiento:
Un sonido posee mayor poder enmascarante, si intenta enmascarar a otro que tenga una frecuencia parecida. En cambio, resulta muy difícil de enmascarar con otro de frecuencia diferente, alejada en el espectro. El enmascaramiento podrá realizarse, pero el nivel de presión sonora necesario tendrá que ser más importante que en el primer caso.
Un sonido de determinada frecuencia tiene más poder enmascarante sobre otro de frecuencia más aguda, que sobre otro de frecuencia más grave.
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La señal A es audible, puesto que sobrepasa el umbral de percepción.
Umbral de audibilidad en función de la frecuencia
La figura representa este caso, donde la señal A, antes audible, es ahora enmascarada por la cercana señal B, más potente que A. Este efecto recibe el nombre de enmascaramiento frecuencial.
Enmascaramiento frecuencial (A enmascarado por B)
También existe un efecto de enmascaramiento temporal: un sonido de elevada amplitud enmascara igualmente los sonidos más débiles inmediatamente anteriores o posteriores.
Sistemas de audio
Audio: Pequeña señal Preamplificadores, Ecualizadores, Mezcladores, Controles de tono y volumen, Filtros activos, Efectos y pedales.Audio: Gran señal Amplificadores de potencia en todas sus variantes: Válvulas, Transistores, Integrados.Audio: Elementos de salida Bafles, Cajas Acústicas, Bocinas, Parlantes, Divisores pasivos, Sistema de Protección.
Audio digital
El audio digital es la codificación digital de una señal eléctrica que representa una onda sonora. Consiste en una secuencia de valores enteros y se obtienen de dos procesos: el muestreo y la cuantificación digital de la señal eléctrica.
Muestreo digital de una señal de audio.
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El muestreo consiste en fijar la amplitud de la señal eléctrica a intervalos regulares de tiempo (tasa de muestreo). Para cubrir el espectro audible (20 a 20000 Hz) suele bastar con tasas de muestreo de algo más de 40000 Hz (el estándar CD-Audio emplea una tasa un 10% mayor con objeto de contemplar el uso de filtros no ideales), con 32000 muestras por segundo se tendría un ancho de banda similar al de la radio FM o una cinta de casete, es decir, permite registrar componentes de hasta 15 kHz, aproximadamente. Para reproducir un determinado intervalo de frecuencias se necesita una tasa de muestreo de poco más del doble (Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon). Por ejemplo en los CDs, que reproducen hasta 20 kHz, emplean una tasa de muestreo de 44,1 kHz (frecuencia Nyquist de 22,05 kHz).
La cuantificación consiste en convertir el nivel de las muestra fijadas en el proceso de muestreo, normalmente, un nivel de tensión, en un valor entero de rango finito y predeterminado. Por ejemplo, utilizando cuantificación lineal, una codificación lineal de 8 bits discriminará entre 256 niveles de señal equidistantes (28). También se pueden hacer cuantificaciones no lineales, como es el caso de cuantificadores logarítmicos como la Ley Mu o la Ley A, que, a modo de ejemplo, aún usando 8 bits funcionan perceptualmente como 10 bits lineales para señales de baja amplitud en promedio, como la voz humana por ejemplo.
El formato más usado de audio digital PCM lineal es el del CD de audio: 44,1 kHz de tasa de muestreo y cuantificación lineal de 16 bits (que mide 65536 niveles de señal diferentes) y que, en la práctica, permite registrar señales analógicas con componentes hasta los 20 kHz y con relaciones señal a ruido de más de 90 dB.
Tasa de muestreo
De acuerdo con el Teorema de muestreo de Nyquist, la tasa de muestreo, esto es, el número de muestras con las que se realiza el proceso de muestreo en una unidad de tiempo, determina exclusivamente la frecuencia máxima de los componentes armónicos que pueden formar parte del material a digitalizar. Satisfechos los requerimientos de Nyquist y un pequeño margen práctico, y al contrario de lo que es una creencia errónea muy extendida,] no existe relación directa entre el sobremuestreo A/D (realizar el muestreo digital a una tasa mayor de la estrictamente necesaria para el ancho de banda de interés) y una mayor fidelidad en la posterior reconstrucción de la señal en todo el espectro (hasta la frecuencia de Nyquist).
Aliasing
Con objeto de evitar el fenómeno conocido como aliasing, es necesario eliminar todos los componentes de frecuencias que exceden la mitad de la tasa de muestreo, es decir, del límite de Nyquist, antes del proceso de digitalización (conversión A/D). En la práctica, estos componentes se atenúan fuertemente mediante un filtro activo analógico paso-bajo que se aplica a la señal analógica de interés antes de su digitalización y que para este objetivo se denomina filtro antialiasing. En el proceso de reconstrucción posterior (conversión D/A) de la reproducción se deberá aplicar en esencia el mismo
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filtrado analógico mediante un filtro que, empleado en este proceso, se denomina de reconstrucción.
Tamaño de las muestras
El número de bits que conforman las muestras en un proceso determinado de cuantificación determina la relación señal a ruido máxima que debe tener la señal (la salida de un micrófono y, consecuentemente, el material sonoro que recoge, la salida de un máster analógico, etc.) que se pretende cuantificar y, por tanto, limita también el rango dinámico que debe tener para su cuantificación completa, de modo parecido a cómo la capacidad de un recipiente (bits por muestra) limita el volumen de líquido (rango del material sonoro a cuantificar) que puede contener.
Sea el número de bits con las que se cuantifican las muestras, la relación señal (para sinusoidal máxima que cubre todo el rango) a ruido de cuantificación teórica se obtiene en dB:
Por tanto, una cuantificación de 16 bits permite un máximo teórico para la relación señal sinusoidal a ruido de cuantificación de 98,09 dB (122,17 dB para 20 bits, valor muy cercano al límite real que permite el ruido de Johnson-Nyquist (también conocido como ruido térmico) de los mejores convertidores A/D actuales). En la práctica, el límite de una señal analógica para que pueda ser cuantificada sin merma dinámica es, aproximadamente, el 90% del límite teórico. Por lo tanto, el límite que debe tener una señal (por ejemplo, la señal directa de un micrófono o la que resultara de un máster analógico) para ser cuantificada con seguridad con sólo 14 bits es de unos 78 dB, aún cuando el límite teórico sea de 86,05 dB en este caso.
Una vez que la relación señal a ruido de cuantificación que permite un proceso de cuantificación dado excede la relación señal a ruido máxima del material sonoro que se pretende cuantificar, esta podrá ser cuantificada totalmente sin pérdidas en su rango dinámico. Pasado este umbral, de nada sirve aumentar el número de bits por muestra del proceso de cuantificación: no resultará en una conversión más fiel. Por ejemplo, una relación señal a ruido de cuantificación de 90 dB (una relación práctica que permiten sobradamente los 16 bits por muestra de un CD-Audio) es suficiente para cuantificar cualquier grabación musical normal, cuyo rango de intensidad sonora puede ir desde los 25 dB(SPL) del ruido de fondo de un estudio de grabación hasta los 115 dB(SPL), casi el umbral del dolor de la audición humana, en la posición del micrófono duante una grabación en dicho estudio.
El tamaño de las muestras necesario en un proceso de cuantificación digital se determina, por tanto, a partir del análisis del ruido de fondo y de la intensidad máxima del material sonoro a registrar. Aumentar por encima de lo necesario el tamaño de las muestras es sólo un desperdicio de ancho de banda, especialmente en los formatos finales de distribución. No supone mejora alguna, ni siquiera mensurable, ya que sólo
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serviría para registrar el ruido con más bits, es decir, más bits inútiles cuyo valor dependerá exclusivamente del azar o, según se ajuste la ganancia, para dejar los bits más significativos a cero en todas las muestras (o una combinación de ambas cosas). De modo parecido, un recipiente de capacidad mayor a la del líquido que se pretende depositar en él no mejora en medida alguna la calidad o cantidad de dicho líquido respecto al uso de un recipiente de menor capacidad siempre que ésta capacidad menor sea aún suficiente para el volumen del líquido. Dicho de otro modo, al contrario de lo que es una creencia errónea muy extendida, el tamaño de las muestras a emplear en una cuantificación depende del material sonoro que se pretende cuantificar y nada tienen que ver la fidelidad de la reconstrucción en la reproducción o los límites psicoacústicos humanos (por la percepción de dicha fidelidad) con esta determinación, por ejemplo. Si un material sonoro a digitalizar "cabe" en 10 bits por muestra, cuantificar a 14 bits (o 20) no hace más fiel su reconstrucción posterior ni, consecuentemente, es posible percibir diferencias subjetivas que no resulten de la sugestión.
Dither
Señal armónica (sinusoidal pura) con dither añadido en una relación señal a ruido de 21,03 dB lista para ser cuantificada con sólo 4 bits por muestra (16 niveles de cuantificación). La señal tiene, por tanto, unas 127 veces la potencia del dither (11,26 veces su valor eficaz -RMS-). Una futura conversión A/D con más niveles de cuantificación (más bits por muestra) permitirían añadir un dither proporcionalmente (respecto de la señal) menor.
Con objeto de evitar que el ruido de cuantificación se manifieste como una distorsión, se hace necesario añadir un ruido denominado dither antes del proceso de cuantificación en todos los casos donde el nivel del ruido de la señal (por ejemplo, ruido de Johnson-Nyquist o ruido térmico de un circuito específico) sea inferior al de cuantificación.[8] Sea Δ el incremento de tensión (diferencia de potencial) correspondiente a un escalón de cuantificación, el valor eficaz (RMS) del ruido de cuantificación sería:
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Dado que actualmente los mejores convertidores tienen relaciones señal a ruido térmico que raramente exceden los 122 dB a temperatura ambiente, se hace necesario añadir dither en todos los casos en los que se emplean cuantificaciones (o recuantificaciones) inferiores a 20 bits. Los cuantificadores de 24 bits, si bien no presentan ventajas prácticas sobre los de 20 bits debido al nivel del ruido térmico de los convertidores, al menos no requieren la adición de dither (y permiten registrar la muestra en un número entero de bytes). Sin embargo, sí será imprescindible añadir dither en los casos donde se recuantifican estas grabaciones a muestras de 16 bits, por ejemplo.
Formatos de archivo de audio digital
Los archivos de audio digital almacenan toda la información que ocurra en el tiempo, el tamaño del archivo no varía así contenga 'silencio' o sonidos muy complejos.
Existen muchos formatos de archivo de audio digital, que se pueden dividir en dos categorías PCM y comprimidos. Como se vio arriba el tamaño puede depender de la cantidad de canales que tenga el archivo y de la resolución (tasa de muestreo y profundidad).
Formatos PCM Los formatos PCM contienen toda la información que salió del convertidor analógico a digital, sin ninguna omisión y por eso, tienen la mejor calidad. Dentro de esta categoría se encuentran los formatos WAV, AIFF, SU, AU y RAW (crudo). La diferencia principal que tienen estos formatos es el encabezado, alrededor de 1000 bytes al comienzo del archivo
Formatos comprimidos Para usar menos memoria que los archivos PCM existen formatos de sonido comprimidos, como por ejemplo el MP3, AAC y Ogg. Ciertos algoritmos de compresión descartan información que no es perceptible por el oído humano para lograr que el mismo fragmento de audio pueda ocupar en la memoria inclusive décima parte -o menos- de lo que ocuparía de ser PCM. La reducción en tamaño implica una pérdida de información y por esto a los formatos de este tipo se les llama formatos comprimidos con pérdida.Existen también formatos de archivo comprimido sin pérdida, dentro de los que se cuentan el FLAC y el Apple Lossless Encoder, cuyo tamaño suele ser de aproximadamente la mitad de su equivalente PCM
Formatos descriptivos: Archivos MIDI Este formato de archivos no es precisamente de audio digital, pero sí pertenece a las tecnologías de la informática musical. El archivo MIDI no almacena "sonido grabado", sino las indicaciones para que un sintetizador o cualquier otro dispositivo MIDI "interprete" una serie de notas u otras acciones (control de un mezclador, etc.).
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Podemos imaginarlos como algo similar a una partitura, con los nombres de los instrumentos que hay que utilizar, las notas, tiempos y algunas indicaciones acerca de la interpretación.
Edición de sonido Visualización del sonido. El dominio temporal i el dominio espectral. Claves visuales que nos ayudan a interpretar el sonido.
Edición destructiva y edición no destructiva.
Cortes y encadenamientos. Fundidos de entrada y de salida. Fundidos cruzados.
Eliminación de ruidos indeseables.
La edición de sonido es el proceso a través del que convertimos en definitivos los elementos sonoros "en bruto" que se combinan en una producción audiovisual. En este proceso es necesario eliminar silencios, toses, ruidos molestos, re-ajustar niveles, combinar archivos, equilibrar tonalmente materiales heterogéneos, etc.
Visualización del sonido. El dominio temporal i el dominio espectralDurante más de 40 años la edición de sonido se ha llevado a cabo únicamente "de oído", manipulando cintas magnéticas con ayuda de cuchillas y cinta adhesiva. No obstante en la actualidad contamos con la ayuda de representaciones visuales tales como los gráficos de formas de onda y los espectrogramas, y la edición no se realiza físicamente sobre el soporte del audio, sino de manera "virtual" sobre representaciones del sonido.
Los gráficos de forma de onda nos presentan las variaciones de amplitud de la onda sonora a lo largo del tiempo. En el eje horizontal se representa el tiempo, y en el vertical la amplitud, intensidad o incluso la presión sonora. A menudo en el eje horizontal tenemos una escala en horas, minutos, segundos y "frames", o bien en compases y tiempos de compás, mientras que en el eje vertical tenemos decibelios, valores de amplitud de muestra o porcentaje de amplitud.
Los espectrogramas nos representan la estructura intrínseca del sonido. En el eje horizontal se ubica la frecuencia, y en el vertical la amplitud. Si repetimos esas representaciones a lo largo de un periodo de tiempo obtenemos un espectrograma en cascada, en el que podemos observar las variaciones temporales de la estructura del sonido. Para analizar el espectro nos valemos del análisis de Fourier a corto plazo. Esta técnica puede requerir que ajustemos
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algunos parámetros para obtener unas representaciones fiables y de alta precisión. Por ejemplo, un tamaño grande para la ventana de análisis nos permite detectar correctamente bajas frecuencias, pero nos reduce la resolución temporal.
Claves visuales que nos ayudan a interpretar el sonidoAlgunas claves visuales que nos ayudan a comprender el sonido:
1. En el dominio temporal:
* Relación amplitud-intensidad * Relación forma de onda con timbre... presencia de más o menos armónicos. * Discontinuidades y regularidades excesivas como elementos de ruido y distorsión * Ruido versus partes estables, vocales versus consonantes.
2. En el dominio espectral:
* Armonicidad. * Regiones de relevancia espectral, formantes. * Presencia de ruidos como picos espectrales fuera de lugar.
Edición destructiva y edición no destructivaLa mayoría de programas actuales de edición permiten trabajar de manera no-destructiva. Ello significa que las transformaciones que realizamos con un determinado archivo no operan directamente sobre él sino sobre una copia real (un archivo temporal) o virtual (una serie de punteros y variables que especifican cómo se transforma el archivo original en el momento de reproducirlo transformado). La edición no-destructiva permite siempre "volver atrás" si tomamos una decisión equivocada.
Una opción muy interesante en los sistemas de edición no destructiva es la del uso de regiones. Una región es una representación "virtual" -software- de un fragmento del archivo. Descomponiendo un archivo en regiones es posible construir un orden nuevo de sus contenidos sin necesidad de alterarlo físicamente, ni de copiar y pegar los fragmentos para construir nuevas ordenaciones. Para ello elaboramos una lista de reproducción (o playlist) que especifica qué regiones hacer sonar en cada momento.
En algunas aplicaciones de edición de sonido podemos hallar diferentes modos de edición. La elección de uno o de otro depende de los objetivos de la sesión o del proceso que tratemos de llevar a cabo. Cuando utilizamos las funciones de cortar y pegar es posible realizar un "pegado-mezcla" (pegando sobre un fragmento del archivo que previamente contenía sonido), una inserción (el audio que pegamos hace desplazar hacia atrás el que existía en el punto de inserción), o una substitución
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total (cuando en lugar de un punto de inserción especificamos una región). También es posible el pegado a una dirección específica de código de tiempo. Otra opción muy interesante es el recorte (o crop), mediante el que podemos eliminar todo aquello que rodea al fragmento que verdaderamente nos interesa. Finalmente, la opción de simulación de bobina permite ajustar un punto de edición escuchando a velocidad lenta el sonido existente alrededor de dicho punto. Cada opción depende, en última instancia, del modo de edición en el que estemos trabajando.
Cortes y encadenados. Fundidos de entrada y de salida. Fundidos cruzadosDenominamos corte a una edición de material sonoro en la que el audio aparece o desaparece bruscamente. Denominamos encadenado a una edición de material sonoro en la que se yuxtaponen sin solución de continuidad y sin solapamiento dos elementos más o menos dispares. Cuando hacemos un encadenado la mayoría de aplicaciones profesionales pueden ajustar hasta cierto punto el enlace para que no se produzca un "click" audible debido a diferencias de fase y amplitud entre los dos fragmentos.
Un fundido es una transición gradual desde o hacia el silencio absoluto. En el primer caso se denomina fundido de entrada" (o "fade in"), mientras que en el segundo caso hablamos de fundido de salida (o "fade out"). Cuando yuxtaponemos 2 materiales sonoros diferentes utilizando una combinación de fundido de entrada y de salida, es decir, cuando los yuxtaponemos sin "corte" sino con una transición paulatina, denominamos al proceso crossfade (o "fundido cruzado").
En un fundido cruzado coinciden en el mismo momento de tiempo dos fragmentos sonoros diferentes, probablemente procedentes de archivos diferentes, que se combinan entre sí en una proporción que varía a lo largo del tiempo. Así hablamos de fundidos cruzados lineales, exponenciales, abruptos. Siempre que realizamos un fundido cruzado hay que vigilar las alteraciones de nivel que pueden producirse durante él (un fundido cruzado lineal origina una pérdida de entre 3dB y 6 dB).
Eliminación de ruidos indeseablesLos ruidos continuos y estables (por ejemplo un zumbido de baja frecuencia, o el "hiss" o soplido de cinta) pueden reducirse notablemente con ayuda de sofisticados procesos de filtraje disponibles en algunos editores profesionales. La estrategia suele implicar la selección de un breve fragmento -200 milésimas suele ser suficiente- de ruido solo, a partir del que el programa obtiene el perfil espectral de dicho ruido y propone un filtro reductor. A continuación, operando por ensayo y error unos cuantos parámetros es posible conseguir una mejora en la calidad sonora del archivo.
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Los ruidos transitorios, abruptos, y poco predecibles (toses, respiraciones, rozamientos de ropa, "clicks", "pops", etc.), es posible eliminarlos siempre que no coincidan con material "interesante". Estos ruidos que aparecen en momentos de silencio pueden eliminarse de manera semi-automática, con funciones tipo puerta de ruido, en las que establecemos un umbral de intensidad por debajo del cual lo que suena se atenúa o elimina. Además, es posible establecer umbrales temporales de manera que la puerta de ruido sólo actúe si el ruido no es mayor o menor que un determinado valor. En el caso de crujidos y "pops" de disco de vinilo existen aplicaciones con funciones especialmente diseñadas para resolver aceptablemente el problema. En el caso de "glitches" o "clicks", también podemos utilizar funciones de "de-clicking" que permiten substituir la muestras defectuosas por, por ejemplo, un valor aceptable calculado a partir de las muestras adyacentes.
La eliminación de ruidos indeseables no siempre debe realizarse "por sistema". En ocasiones el proceso de eliminación puede llegar a desvirtuar características sonoras importantes, en otras ocasiones determinadas eliminaciones restarán naturalidad a la banda sonora, o provocarán una cierta sensación de extrañeza. Es necesario valorar en cada caso la necesidad y el alcance y límites de dicho proceso.
Básicos para grabar audio digital
Estamos en un momento crucial para todo lo relacionado con el audio digital, ya que hoy más que nunca los sistemas de cómputo están a precios muy accesibles, y tienen la potencia para realizar prácticamente cualquier función de audio que se requiere para las labores comunes de edición.
Precisamente por ello, necesitamos aprender toda la teoría que envuelve a los procesos digitales del audio, y en un momento dado, aprender a utilizar esta parte digital junto con lo que hemos conocido desde hace años como audio análogo.
Para este pequeño artículo debemos tener claro qué es el audio digital y qué es el audio análogo. Podemos resumirlo rápidamente de la manera siguiente:
Audio Digital: Aquel sonido reproducido o grabado por medios digitales, es decir, por dígitos o números. (.... sí! Por números! No estoy bromeando! Ceros y unos para ser más específicos)
Audio Análogo: Aquel sonido reproducido o grabado por medios mecánicos o magnéticos, utilizando una cabeza que raspando una cinta, "lee" esos datos convirtiéndolos a frecuencias y por ende a música.
Perfecto. Ahora que tenemos esos dos conceptos básicos, vamos a plantear un equipo hipotético para trabajar VIRTUALMENTE una modesta grabación por canales, utilizando lo siguiente:
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- 1 o 2 micrófonos
- 1 Mezcladora, de preferencia, sin amplificador integrado.
- 1 par de monitores de calidad respetable, o a falta de ellos, unos audífonos de buena calidad o unas bocinas de un equipo estereofónico.
- Al menos un teclado MIDI si quieres agregar pistas de tipo MIDI a la grabación, lo recomendable es una serie de módulos, para agregar una mayor polifonía.
- 1 Computadora con una tarjeta de audio, mínimo de las siguientes características:
PC: Pentium 166 Mhz
32 Mb de memoria RAM
Disco duro de 1.2 Gb (por favor, recuerden que esto es lo mínimo!)
Un monitor de buena calidad.
Mac: Power Macintosh (de más de 133 Mhz por favor, menos, no lo recomiendo)
32 Mb de memoria RAM
Disco duro de 1.2 Gb (lo mismo que para PC, estoy dando mínimos)
Resolución de 800x600 en el monitor, miles de colores.
Una vez que tu equipo cumpla con estas características, vamos al equipo recomendable:
PC: Pentium II 350 Mhz o superior.
128 Mb. De memoria RAM
Disco duro mayor a 10 Gb. Pero de ALTA VELOCIDAD
Monitor 17" Resolución, mínimo de 1024x768 y 256 colores (mejor 16 bit)
Mac: G3 o superior
128 Mb. De memoria RAM
Disco duro mayor a 10 Gb. Pero de ALTA VELOCIDAD
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Monitor 17" Resolución, mínimo de 1024x768 y 256 colores (mejor 16 bit)
Una vez que tengas el equipo adecuado, habrá que elegir software para trabajar con la computadora. Por supuesto que esto es una decisión tuya, pero puedo recomendarte algunos programillas.
Para PC: Steinberg Wavelab, cualquier versión
Cakewalk Audio, de las versiones 5 en adelante. Steinberg Cubase VST DDClip
Para Mac: Logic Audio
Cubase VST Digital Performer Opcode Vision DSP
Debemos dejar claro que el software es solamente una herramienta, no la panacea que te va a convertir en un monstruo de la grabación, así que no pienses que los mitos Macintosh funcionan aquí. Si te digo (y créeme, llevamos varios años haciendo audio digital) que cualquiera de las dos plataformas te dará a fin de cuentas el mismo resultado, así es, no hay plataforma favorita. (al menos no conmigo)
Por cierto, quiero aclarar que ustedes podrán elegir si en lugar de una mezcladora quieren usar una multitrack, portaestudio o algo por el estilo. Haz el experimento con lo que tengas a la mano.
Ahora sí, empecemos:
PASO No. 1.
Consigue ALGO que grabar. Puede parecer tonto, pero si no tienes algo que grabar (una maqueta, un jingle, un spot de radio, un grupo de rock que necesita experimentar y que NO TIENE PRISA con su material, alguna secuencia que tengas en la computadora y que le quieras poner música, etc) difícilmente podrás experimentar con este equipo. Así que ya que tengas al grupo o tu proyecto en la mano, haz un diagrama de cuántos micrófonos, cables y conectores vas a necesitar para conectar a tu mezcladora.
Recuerda que ya sea que grabes track por track a la computadora o grabes a la portaestudio los canales, necesitarás seguir estas indicaciones:
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Graba todo plano (no ecualización) y limpio (no efectos: reverb, delay, chorus, flanger, etc.) a menos que el instrumento te obligue a ello (una guitarra distorsionada con pedales, etc.). Evita todo el ruido posible.
Graba SIEMPRE con una referencia (ya sea un clic o la pista MIDI grabada) escuchada desde audífonos, no importa la calidad, pues no se va a escuchar finalmente, es solo para seguir TODOS el mismo tiempo. Luego te encargarás de poner a todos a tiempo en la computadora.
PASO No. 2.
Graba, ya sea de 2 en 2 (estoy suponiendo que tienes una tarjeta de audio que solamente recibe 2 canales, izquierdo y derecho) o el canal izquierdo con un instrumento, y el derecho con otro. De esta manera podrás conservar algo de espacio. Recuerda que puedo explicar la forma de hacer las cosas, pero no puedo decirte exactamente cómo grabar, pues cada software es diferente. Lo único en lo que coinciden todos es que necesitas presionar el botón Record o Grabar, y si acaso, en que te piden que les digas cuál es la fuente de audio de donde deben grabar. Fuera de eso, prácticamente no hay equivalencias. Sin embargo puedo decirte que tanto en Mac como en PC tienes un control de volumen directamente del sistema operativo, donde le dirás al software cuánto de entrada le estás dando de la línea de audio que hayas elegido. Recuerda que NO debes pasar de 0 decibeles, pues eso en el audio digital equivale a DISTORSIÓN, y que la mezcladora no debe estar en un volumen muy fuerte, ya que los niveles de entrada podrían venir distorsionados de origen. Guarda cada uno de los archivos que grabes con nombres que sean fácilmente identificables. Por ejemplo, si grabas una guitarra acústica, que es parte de las bases, llámala "guitarra base" o "guitarra acústica base".
Siempre me preguntan cómo grabar una batería en vivo al sistema digital con el equipo que señalé anteriormente. Por supuesto que yo NO recomiendo grabar una batería acústica, a menos que tengas el salón apropiado para hacerlo, los micrófonos adecuados y unas buenas compuertas (gates) para eliminar ruidos indeseados, pero si realmente tienes ese equipo, no estarías leyendo este documento pues tendrías una OTARI de 48 canales análoga o una SONY DASH de 24 canales digitales.... je je! Una pequeña broma...
Si te obstinas en grabar la batería, una vez que tengas microfoneados todos los tambores y platillos, te recomiendo que hagas una pequeña mezcla en tu mezcladora dando la imagen estereofónica que deseas, y toda ella la reduzcas a 2 canales, mismos que serán canal izquierdo y derecho respectivamente, con lo que podrás incluirla fácilmente a la computadora, como si fuera cualquier otro instrumento.
Ahora, qué pasa si tienes una secuencia en archivo MIDI?? La dejas al final?? Yo te recomiendo que hagas tu premezcla en la mezcladora de todos tus módulos y teclados (o tu "chinche teclado casio", ja ja!), y vacíes en 2 canales a la computadora, pero ya CONVERTIDA ESA INFORMACIÓN como audio, canal izquierdo, canal derecho. Si tienes dudas, por favor revisa los otros documentos de esta página web y encontrarás más información al respecto.
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PASO No. 3.
Seguramente para este momento, ya debes tener en la computadora grabados TODOS los instrumentos, voces, coros, efectos, etc.
Ahora viene uno de los procesos más divertidos, interesantes, pero también críticos de tu trabajo. Deberás iniciar la mezcla DENTRO de la computadora de todos los canales de audio que hayas grabado. Si tienes un equipo de cómputo pequeño, o al menos inferior al que puse como recomendado, debes saber que NO te recomiendo trabajar con más de 8 canales estereofónicos simultáneamente, pues ni el disco duro, ni el procesador (OJO, aunque uses MAC) serán suficientes para procesar tal cantidad de información. Esto lo digo, pues muchos se aventurarán a intentarlo, y en lugar de obtener mandarme un mail para decir que lo lograron, podrían llegar a dañar parte del sistema operativo o simplemente echar a perder los archivos que estén funcionando en ese momento. Claro, si tienes una tarjeta de audio PROFESIONAL, ni creas que es la máquina la que resuelve el proceso de audio. Es la tarjeta misma la que hace la chamba con un procesador de tipo DSP (digital signal processor), y la computadora lo único que hace es controlar el proceso de dicha tarjeta. Por cierto, hay una tarjeta de Creative Labs llamada Sound Blaster 128, que le quita prácticamente toda la carga al procesador, es muy barata y funciona bastante decente con equipos modestos.
La misma explicación que di para la grabación de los canales, la tengo que dar para la mezcla. Cada software es diferente, y lo que diga que funciona para uno, puede ser que NO sirva para otro. Deberás consultar el manual de tu programa, ver los archivos de ayuda, o de plano, que revises algunas páginas que hay sobre dicho software para que medio le entiendas. En todos, sin embargo, podrás encontrar que se puede modificar el volumen, paneo, algunos efectos, etc de cada uno de los canales. Si tu programa no lo hace, te recomiendo que utilices un programa como Wavelab, en donde darás el efecto necesario, no olvidándote de SIEMPRE guardar tu archivo original, por si no te gusta el cambio que hagas. OJO: No puedes tener abiertos ambos programas y modificar el archivo en Wavelab, necesitas cerrar el programa donde estás mezclando, modificar el sonido, guardar el cambio y luego regresar al programa de mezcla. Por cierto, Wavelab 3 tiene la opción de mezclar audio digital, y ya no necesitas software adicional.
Recuerda que puedes "premezclar" el material en grupos para que después sea más sencillo manejar tus canales. Toda la percusión o todos los teclados, o todos los coros podrían ser grupos para eliminar tantos canales en tu mezcla.
Pero por supuesto, que la máxima potencia de mezcla la encontraremos en los programas que están hechos específicamente para trabajar multicanal, como Digital Performer, Logic Audio, Steinberg Cubase o Cakewalk Pro Audio, por mencionar algunos.
Paso No. 4
Una vez que tienes el proyecto listo, con los canales en el volumen deseado y la zona estereofónica exactamente como la esperabas, es necesario el proceso llamado MASTERIZACIÓN. Para realizarlo, deberás generar un archivo de audio, de solo 2
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canales (izquierdo y derecho) que reunirá toda la información generada por todos los canales grabados anteriormente. A ese archivo podrías llamarle MASTER.
Ya que está generado, deberás utilizar un programa dedicado para tratamiento de archivos de audio (otra vez Wavelab!!) y ahí deberás dar los últimos toques al archivo, tal como una última ecualización, abrir o cerrar la zona estereofónica o simplemente elevar el volumen de la mezcla. Recuerda que NO debes pasar de 0 decibeles para que obtengas el mejor sonido posible. Sería muy interesante hablar de la calidad final a la que deberás dejar tu master, pero lo dejaré simplemente en que debe guardar las siguientes características:
- 44.1 Khz.- 16 Bit- Stereo.
Teoría del sonido 2Audio digital. Definiciones y conceptos básicos.
¿Qué es el audio digital?
Podemos definir audio digital como la representación de una señal de audio mediante números, en general codificados en forma binaria (es decir con ceros y unos, o lenguaje digital). Cualquier sonido puede representarse con este sistema, al igual que cualquier imagen o gráfico.
En términos menos genéricos, también podemos llamar audio digital a la tecnología que permite grabar, editar, mezclar y masterizar una señal de audio en forma digital. Para ello existe un amplio surtido de sistemas y equipos que procesan la señal de audio en forma digital, lo que nos ofrece un grado de manipulación del material que no era posible con sistemas analógicos.
Introducción
Para la gran industria de la música, el audio digital nació de una necesidad muy concreta; ahorrar en tiempo de producción. Antes del audio digital, el método de grabación era lo que hoy en día se conoce como grabación analógica, los impulsos del sonido se registraban en una cinta magnética. La edición de esa bobina era un proceso muy largo y tedioso, en el que la precisión y paciencia eran algo obligado. Por otro lado, obtener un buen equipo analógico era algo realmente caro.
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Hablando de creatividad de mezclas y producción de audio, los procesos que podían aplicarse eran muy limitados comparados con los de hoy en día.
La introducción del audio digital ha revolucionado, sin duda alguna, toda la industria de la música y el sonido en cine y TV, desde los procedimientos de edición y mezcla, hasta los soportes de registro.
La tecnología del audio digital ha dado lugar a toda una nueva legión de instrumentos musicales y generadores de efectos, que prometen un grado de libertad de creación de sonidos sin precedentes.
En el entorno del estudio de grabación, el audio digital también ha supuesto un importante avance. Ya no hace falta guardar celosamente las bobinas master (para que el paso del tiempo no las deteriore), el audio digital es indestructible, sólo puede destruirse si se daña el medio en el que se lo almacena; CD, DVD, disco duro, etc. También han desaparecido los tediosos procesos de edición en cinta (cortando y pegando la misma, con tijeras y pegamento). Ahora existe la edición digital no lineal, que como veremos más adelante puede ser destructiva o no.
Los sistemas digitales ofrecen la libertad de editar y mezclar el audio sin perder la calidad original.
Por último, tenemos el soporte digital, es decir el medio en el que recibimos el producto terminado. Donde antes teníamos los discos de vinilo o las cintas de cassette, ahora tenemos el CD, DVD o el minidisc. Desde el punto de vista de fiabilidad, estos soportes no fallan (¿cuantas veces se nos ha enganchado una cinta en el cabezal?), y físicamente son más duros y compactos.
Soportes digitales y soportes analógicos
Veamos con detenimiento las diferencias más importantes entre el soporte analógico y el digital:
Soporte Analógico
Degradable: Cuantas más veces se usa, mayor degradación se obtiene. Los datos se almacenan físicamente sobre un sistema que es alterable con el paso del tiempo.
Lineal: El audio se graba secuencialmente en el tiempo y con el mismo orden de ejecución, de principio a fin.
Calidad de audio: La calidad de un sistema de grabación analógico resulta inferior a la mínima calidad de audio ofrecida por un sistema digital. En la práctica, un sistema analógico rara vez supera los 70dB de relación señal ruido (SNR). Un grabador profesional analógico puede alcanzar los 85dB SNR. Una placa de sonido de buena calidad puede brindar una definición, o relación señal ruido aproximadamente de 100dB.
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Edición destructiva: La edición de las grabaciones de audio en el mundo analógico es totalmente destructiva, baste un sólo ejemplo para comprobarlo. Algo tan sencillo como copiar un fragmento del estribillo, significa grabar ese fragmento en otra cinta, reproducir esta mientras la original inicia la grabación a partir del punto deseado. La edición en el mundo analógico es siempre destructiva e incluso a veces se destruye parte del propio medio en el que reside la grabación, la cinta o bobina (en operaciones de copia en las que se requiere cortar físicamente la cinta). Por otro lado, el tiempo invertido en la edición es extremadamente elevado así como los costos en términos de pruebas fallidas y errores humanos.
Soporte Digital
No degradable: Una grabación de audio digital es una cadena gigante de 0 y 1 perfectamente ordenados. Es imposible que “el paso del tiempo” convierte un 0 a un 1, es decir que pueda alterar esa cadena. Lo que nunca ocurrirá es que el audio de ese soporte digital vaya apagándose, perdiendo brillo con el paso del tiempo. La durabilidad de los datos es eterna, puesto que pueden ser almacenados en cualquier dispositivo, como puede ser un disco duro, una memoria, o incluso una cinta magnética, y recuperados en cualquier momento
Lineal / No-lineal (acceso aleatorio): Si en el mundo analógico el tiempo es algo fijo e invariable (una canción se registra de principio a fin) en el mundo digital no tiene porque ser así. Existe un soporte digital llamado DAT que está basado en cinta analógica aunque en ella se registran 0 y 1 como un en CD pero con una calidad superior a éste. En este caso, la grabación y reproducción es lineal. Si deseo ir al final de la canción, debo pulsar el botón Fast Foward y esperar a que la cinta llegue a su punto. Si consideramos el disco duro de una computadora como un soporte digital (archivos wav, aiff o MP3) llegamos a la conclusión de que el mismo es un soporte no lineal. Los 0 y 1 del audio registrado se almacenan en el disco duro y el acceso a cualquier parte del archivo (una vez grabado) es instantáneo.
Calidad de audio: La calidad de audio del soporte digital, es mayor que la del analógico. La respuesta de frecuencias, es decir, el espectro de frecuencias que un soporte digital es capaz de grabar es mucho mayor que el analógico. La calidad teórica de un sistema digital de 24 bits es superior a la que ofrece cualquier sistema de audio analógico.
Edición no destructiva: El último aspecto es quizás el más interesante dentro de la vertiente creativa del sonido. Por primera vez es posible crear audio. La música siempre ha tenido efectos como reverberación, retardos, distorsiones y ecualización, pero por primera vez estamos ante el nacimiento de nuevos efectos de indescriptibles resultados. En la película MATRIX, cuando Neo es desconectado del mundo “Real” produce un interesante grito de dolor. Imaginemos a Andy Wachowski (director de MATRIX) diciéndole al técnico de sonido que desea un grito humano que vaya convirtiéndose progresivamente en un “grito digital”, una voz que denote la existencia de un “mundo digital”, la sensación que debe percibir el espectador es la de que Neo abandona el mundo de los vivos para adentrase en el mundo de la MATRIX. Ese efecto de sonido que apenas dura 3 segundos, es materialmente imposible de recrear sin la tecnología de procesamiento de audio digital. Si el grito de Neo original no hubiera sido grabado
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digitalmente en forma de 0 y 1, nunca se habría podido aplicar ese grado de manipulación.
El procesamiento de estos efectos puede ser destructivo, alterando el archivo o grabación original; o bien no destructivo, en el que los cálculos se realizan a tiempo real, es decir, “mientras el audio suena”. En este caso el archivo original se mantiene intacto.
Digitalización del sonido
El proceso de captura de audio a soporte digital se conoce como “muestreo” (o sampling). Esta operación de codificación del audio analógico a 0 y 1 (ceros y unos) se desarrolla en tiempo real, es decir mientras la señal de audio analógico se reproduce. En los grabadores de audio digital, tanto en sistemas dedicados como en las placas de sonido populares, existe un componente llamado conversor ADC (conversor analógico-digital) el cual se encarga de convertir señales eléctricas producidas por un sonido, cuando éste es capturado por un micrófono, en cadenas binarias (ceros y unos) que después serán almacenados en la memoria de la computadora.
El conversor AD a medida que la señal de audio va ingresando, se encarga de tomar muestras y codificarlas, estas tomas dependen básicamente del valor de la frecuencia de muestreo.
Pero al hablar de Audio digital no hay que olvidar que no sirve de nada tener el sonido digitalizado si no podemos escucharlo. Para ello, necesitamos hacer el proceso inverso al del muestreo: la conversión de digital a analógico, realizada por los circuitos DAC los cuales son los encargados de convertir los números almacenados en la computadora a una señal eléctrica.
Parámetros del muestreo
Para medir la calidad del muestreo, debemos referirnos a dos parámetros: la frecuencia de muestreo y la resolución:
La Frecuencia de muestreo (Sample Rate) se refiere al número de mediciones de la señal que se realizan por segundo. Cuanto mayor sea esta frecuencia, más parecido será el resultado obtenido al sonido original.
Existe una relación matemática que establece la frecuencia máxima registrable (es decir, hasta qué frecuencia podremos grabar) en función de la frecuencia de muestreo. Estamos hablando del teorema de Nyquist y básicamente nos dice que si queremos grabar una señal de audio que llega hasta “x” frecuencia, debemos utilizar una frecuencia de muestreo mínima de “2x”, es decir el doble de la frecuencia más alta originada en la señal que deseamos grabar.
Imaginemos que estamos grabando audio con una frecuencia de muestreo de 44.1kHz y en ese audio se reproducen frecuencias cercanas a los 29.000Hz (que naturalmente no
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podemos oír). Nuestra grabación registrará todas las frecuencias hasta los 22.050Hz pero aparecerá un ruido de 15.1Hz (44.1kHz-29kHz), algo totalmente audible que en el original no existía. Estas frecuencias fantasma se llaman “alias”, dando nombre a una distorsión conocida como “aliasing”. Para prevenir esto, tanto los sistemas de grabación de audio como las tarjetas de sonido incluyen un filtro “anti-aliasing” que no permite la entrada de frecuencias superiores a la mitad de la frecuencia de muestro; estamos hablando otra vez del teorema de Nyquist.
Entonces según el teorema de Nyquist, la frecuencia mínima de muestreo debe ser el doble del ancho de banda de la señal original. En términos más sencillos: Si el sonido original llega, en la zona de los agudos a 10.000 Hz, debemos hacer un muestreo a 20 KHz, como mínimo (el standard establece 22.050 Hz)
Dado que el oído humano es capaz de escuchar sonidos en el rango de 20 a 20.000 Hz, aproximadamente, se ha elegido como frecuencia de muestreo más adecuada, la de 44,1 KHz, es decir, aproximadamente el doble de la frecuencia más aguda que podemos escuchar.
Si reducimos la frecuencia de muestreo, podemos apreciar que el sonido es menos brillante, más apagado, porque perdemos frecuencias agudas. En consecuencia, perdemos calidad en la digitalización.
La Resolución (Sample Size o Bit Depth) hace referencia a la exactitud de las medidas efectuadas. Se mide en bits, y la cantidad de bits que se utilizan para representar la muestra del audio nos da el nivel de resolución. Una resolución de 8 bits (1 byte) permite manejar valores de entre 0 a 255 (256 valores o niveles de resolución). Una resolución de 16 bits (2 bytes) maneja un valor máximo de 65535 (65536 si contamos el 0 como valor) valores.
A mayor resolución se amplía el rango dinámico de una señal aumentando la amplitud de registro. Por ejemplo 8 bits de resolución registran un rango de 54 dB y 16 bits 96 dB.
Rango dinámico / Relación señal ruido
Tanto la frecuencia de muestreo como la resolución tienen incidencia directa en la calidad de la grabación y reproducción de audio digital. La resolución, por su parte, también tiene incidencia directa en el rango dinámico o relación señal-ruido de la grabación (abreviada S/RS/N en inglés y se mide en dB). o
El Rango Dinámico es la diferencia entre el nivel de señal útil (música, sonido, etc.) y el nivel de ruido (provocado por interferencia de señales eléctricas en el interior del equipo o a través de los cables). El ruido se mide sin señal a la entrada del equipo.
Cuanto mayor sea el rango dinámico mayor calidad tendrá el audio.
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Importante
Algo que se debe tener siempre presente respecto de una cadena de transmisión de información de audio, como de vídeo, y del proceso de conversión AD / DA es la calidad de los componentes que forman parte de esa cadena y la capacidad de sostener un nivel de calidad homogéneo.
La calidad final de salida es tan buena como la del eslabón más débil de toda la cadena desde que el sonido es captado por un micrófono, y hasta que sale de los parlantes, incluyendo todos los procesos intermedios. Ningún proceso puede mejorar la pérdida de calidad de un proceso anterior.
Espacio en disco que se necesita para almacenar audio digitalizadoEl espacio en disco depende de la calidad de la grabación.Resulta de multiplicar: Sample Rate x Bytes x Tiempo x CanalesUn minuto de audio, con calidad CD, ocupa 10 MB.(44.100 muestras/seg x 2 bytes x 60 seg x 2 canales = 10.584.000 bytes)
Algunos términos utilizados en Audio Digital
Bit: Un bit es la unidad más elemental en sistemas digitales. Su valor puede ser sólo 1 o 0 y puede corresponder a un voltaje en un circuito electrónico. Se usan bits para representar valores en el sistema numerando binario. Como un ejemplo, el número binario10011010 de 8 bits representa el valor 154 en el sistema decimal. En el sampling digital, un número binario es usado para guardar niveles de sonido individuales, llamados samples.
Byte: un byte se refiere a un juego de 8 bits. Un sample de 8 bits exige un byte de memoria de almacenamiento, mientras que un sample de 16 bit toma dos bytes de memoria para guardar.Bit Depth: El Bit Depth se refiere al número de bits usados para representar un sample. Por ejemplo 8 bit y 16 bit son dos valores de Bit Depth comunes. Sound Forge usa el término Sample Size para referirse al Bit Depth.Aliasing es un tipo de distorsión que se genera cuando se digitaliza altas frecuencias con un bajo Sample Rate. Para prevenir el Aliasing hay que usar un filtro anti-aliasing antes de grabar. Una vez que está grabado es imposible removerlo.
Teoría del sonido 3Micrófonos, parlantes, mezcladoras. Definiciones y conceptos básicos.
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Micrófonos dinámicos (o de bobina móvil)
Se basan en el principio de inducción electromagnética, según el cual, si un hilo conductor se mueve dentro de un campo magnético, en el conductor se inducirá una tensión, que variará de acuerdo al movimiento del conductor.
Estos micrófonos contienen una bobina (consistente en muchas vueltas de cable enrollado) que está sujeta a un diafragma que se mueve libremente, en respuesta a los impactos de las ondas contra él. Cuando el diafragma se mueve la bobina se mueve con él, y como la hace dentro de un campo magnético permanente, se generan así las variaciones de tensión.
Los micrófonos dinámicos son muy resistentes y versátiles, se pueden utilizar en condiciones extremas, por lo cual son muy utilizados en producciones al aire libre.
Este tipo de micrófono es una buena elección para la labor periodística (ENG) donde comunmente se encuentra una variedad de condiciones difíciles.
Micrófonos de condensador / capacitor
os micrófonos de condensador (también llamados capacitores o micrófonos de condensador eléctrico) poseen una incomparable calidad de respuesta. Sin embargo, la mayoría de los micrófonos de condensador no son tan resistentes como los dinámicos y el trabajo en condiciones climáticas adversas puede resultar un problema. Por lo cual es más común utilizarlos en estudios.
Los micrófonos de condensador funcionan bajo el principio de un condensador eléctrico o capacitor. Un diafragma de metal ultra delgado es fuertemente estirado sobre una pieza plana de metal o cerámica. En la mayoría de los micrófonos de condensador una fuente de poder provee una carga eléctrica entre ambos elementos.
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Las ondas sonoras que golpean el diafragma causan fluctuaciones en la carga eléctrica que deben ser posteriormente amplificadas en el pre-amplificador, que puede estar integrado al cuerpo del micrófono o estar ubicado en un dispositivo separado.
A diferencia de los dinámicos, los micrófonos de condensador requieren de una fuente de poder, ya sea de corriente o baterías.
Las ondas sonoras que golpean el diafragma causan fluctuaciones en la carga eléctrica que deben ser posteriormente amplificadas en el pre-amplificador, que puede estar integrado al cuerpo del micrófono o estar ubicado en un dispositivo separado.
A diferencia de los dinámicos, los micrófonos de condensador requieren de una fuente de poder, ya sea de corriente o baterías.
para proveer de corriente AC a un micrófono de condensador usualmente la fuente está integrada en la mezcladora de audio. A esto se le conoce como fuente fantasma (“Phantom Power”). Cuando su utiliza este tipo de alimentación el cable del micrófono sirve para dos propósitos: entrega la señal captada por el micrófono a la consola y lleva la energía de la consola al micrófono.
El uso de baterías como alimentación del pre-amplificador es más conveniente (no se tiene que utilizar un mezclador especial u otro dispositivo de alimentación de corriente), pero también representa un problema: al final de su ciclo de vida las baterías se “mueren” sin previo aviso.
Diagramas polaresAl igual que el ángulo visual de las lentes -el área en que la lente es capaz de “ver”- los micrófonos poseen un atributo similar: su característica direccional, o el ángulo de
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captación de las ondas sonoras. Los diagramas (o patrones) polares son una representación gráfica (en 3 dimensiones) de cómo se produce esa captación, es decir, en qué dirección deberá estar una fuente sonora respecto del micrófono para que éste pueda captarla. Los diagramas polares varían con la frecuencia, la mayoría mostrará una captación más amplia de las bajas debido a que la mayor longitud de onda de estas frecuencias permite que sean captadas con mayor facilidad.
Existen tres categorías direccionales básicas:
1. Omnidireccional 2. Bi-direccional
3. Unidireccional
Patrón omnidireccional
Los micrófonos omnidireccionales son igualmente sensibles a las ondas sonoras que provienen de cualquier dirección.
Aunque este atributo posee ventajas en la radio donde varias personas pueden estar alrededor del micrófono, en la producción de vídeo casi siempre es mejor utilizar alguna forma de micrófono direccional. Ello permite eliminar sonidos no deseados (ruido detrás de cámaras, ambiente en locación, ruido, etc.) mientras captamos el sonido proveniente de la fuente que nos interesa.
Patrón bi-direccionalEn un patrón sensitivo bi-direccional el micrófono es receptivo a los sonidos que provienen de dos direcciones opuestas. Son frecuentemente utilizados en entrevistas radiofónicas, para personas sentadas una frente a otra en una mesa.
Patrón unidireccional
El término unidireccional se refiere simplemente a la clasificación general de micrófonos que son sensibles a los sonidos que provienen primordialmente de una sola dirección.
Existen cuatro subdivisiones en esta categoría:
Cardioide Supercardioide
Hipercardioide
Parabólico
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Cardioide
El cardioide es denominado así por su patrón de sensibilidad que se asemeja un poco a la forma de un corazón. Los cardioides son sensibles a los estímulos sonoros en un rango amplio al frente del micrófono, pero relativamente insensibles a los sonidos detrás del mismo. Este tipo de patrón es útil en micrófonos de mano (cantantes, presentadores, etc.), y cuando los micrófonos pueden estar cerca de la fuente.
Supercardioide
El supercardioide es más direccional que el patrón sensitivo del cardioide. Cuando este tipo de micrófono es apuntado hacia una fuente sonora la interferencia de los sonidos fuera del foco de percepción es eliminada. Este patrón polar es muy similar al de nuestros oídos, cuando giramos la cabeza hacia un sonido tratamos de escuchar ignorando la interferencia de otros sonidos que consideramos sin importancia. Los micrófonos de cañón o “shotgun” son un tipo de supercardioide ampliamente usado en las producciones en locación. Debido a su gran direccionalidad proveen una buena captación a una distancia entre 2 y 5 metros de la fuente.
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Hipercardioide
El hipercardioide posee un patrón de respuesta aún más direccional.
Aunque su estrecho ángulo de respuesta significa que los sonidos fuera del rango serán eficientemente eliminados, esto también significa que deben ser precisamente apuntados a la fuente sonora. Frecuentemente se tienen que realizar ajustes si la fuente se mueve.
Parabólicos
Los micrófonos parabólicos presentan la mayor direccionalidad. Esta categoría se refiere más a cómo el micrófono es usado que a un tipo específico de micrófono. El reflector parabólico es el que crea el patrón polar en este sistema y no el micrófono por sí mismo. De hecho el micrófono utilizado en el foco de la parábola puede ser cualquier tipo de micrófono unidireccional básico.
El reflector parabólico puede ser de 30 cm a 1 metro de diámetro. Debido a la forma parabólica del reflector todos los sonidos registrados en un ángulo muy estrecho de captación serán dirigidos hacia el micrófono.
Los micrófonos parabólicos pueden captar ondas sonoras a distancias de 100 metros o más, de la fuente. Estos micrófonos son una elección práctica para coberturas deportivas.
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Arriba: el micrófono dinámico más utilizado en todo el mundo (Shure SM58), y otros, también dinámicos, como el Sennheiser MD 441 y el MD 421 (el que mayor presión sonora es capaz de soportar).
Abajo: Algunos de los micrófonos de condensador más clásicos, de los que no puede prescindir ningún estudio de grabación de buena calidad.
Existen seis diseños comunes de micrófonos:
1. De mano – el más utilizado: presentadores, entrevistas, cantantes en vivo, etc.2. Lavaliere – se solía colgar de un cordel alrededor del cuello. Una variación más
actualizada es el micrófono personal (de corbata o solapa) o de clip
3. Cañón (shotgun) – usado en producciones en locación para captar sonidos a distancia de la cámara
4. Micrófono piezoeléctrico – llamado PZ o PZM, este tipo de micrófonos ofrecen una óptima captación de sonidos transmitidos a través de superficies duras, como por ejemplo una mesa
5. Micrófonos de contacto – captan el sonido en contacto directo con la fuente sonora. Este tipo de micrófonos se encuentra generalmente montado en instrumentos musicales.
6. Micrófonos de estudio – es la categoría más grande de micrófonos e incluye varios diseños según su aplicación.
Mezcladoras
Durante una producción, las fuentes de sonido deben ser cuidadosamente controladas y mezcladas.
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El control de las señales de audio en un estudio o unidad de producción se hace normalmente a través de una consola mezcladora de audio.
Para la producción de videos de campo, unidades más pequeñas hacen lo mismo a menor escala.
Las consolas de audio tienen 6 funciones básicas:
Pre-amplifican la señal recibida. Con la ayuda de medidores VU, permiten ajustes del nivel (volumen) de cada una de las fuentes de audio.
Permiten monitorear las fuentes individuales.
Permiten monitorear la mezcla de audio total.
Permiten mezclar sin dificultad múltiples señales de audio
Permiten dirigir el efecto combinado a un dispositivo de transmisión o de registro.
Además, las consolas más sofisticadas permiten manipular características específicas de audio, incluyendo “paneo” de izquierda a derecha, ecualizador, la posibilidad de añadir efectos al audio, etc.
Aquí vemos un diagrama simplificado de un mezclador de audio. Los selectores de la alimentación en el tope de cada canal pueden conmutar entre tales cosas como equipos de CD, VTR, DAT, y por supuesto, micrófonos.
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Todas las fuentes son mezcladas y enviadas a la salida “Master”.
Habitualmente disponemos del selector de “solo”, o “CUE”, que permite escuchar cada canal por separado. También podemos dejar de escuchar un canal seleccionando “Mute”.
Aunque los mezcladores de audio pueden controlar numerosas fuentes de audio, estas fuentes se clasifican en dos categorías:
Fuentes con nivel de micrófono. Fuentes con nivel de línea
Las fuentes con nivel de micrófono se refieren a las tensiones extremadamente bajas asociadas con micrófonos, mientras las fuentes con nivel de línea están asociadas con las salidas de fuentes amplificadas de audio, tales como CD y cintas. Una vez dentro de una consola de audio, todas las fuentes de audio son homologadas al nivel de línea y controladas de la misma manera.
Los controles
Las consolas mezcladoras de audio usan dos tipos de controles:
Conmutadores de selección y atenuadores. Como el nombre sugiere, los selectores simplemente permiten seleccionar y conmutar dentro de un mismo canal, una variedad de fuentes de audio.
Los atenuadores (controles de nivel) pueden ser lineales o rotatorios. Los atenuadores rotatorios son llamados potenciómetros. Los atenuadores lineales son también conocidos como faders verticales o deslizables.
Parlantes
Como se dijo anteriormente, los parlantes son transductores encargados de convertir la señal eléctrica en ondas sonoras.
Dicha señal eléctrica es entregada al parlante por un Amplificador o Unidad de Potencia. El amplificador recibe la señal eléctrica (Volts) proveniente del pre-amplificador o consola, y la transforma en Potencia (Watts).
Importante: Los parlantes siempre deben conectarse a un amplificador, y el amplificador siempre deberá tener sus parlantes conectados, para no dañarse.
En esta materia no se desarrollará el tema “Impedancia”, pero es imprescindible saber que la impedancia de salida de cada canal del amplificador debe coincidir siempre con la impedancia del parlante conectado a ese canal. Hay formas de conectar más de un parlante a una misma salida del amplificador, pero antes de hacerlo se recomienda consultar a un técnico.
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Parlante dinámico
El parlante o altavoz es el encargado de reproducir las variaciones de presión en el aire, que nosotros percibiremos como sonido. El parlante dinámico realiza el proceso inverso al de un micrófono dinámico. También posee una bobina que se mueve dentro de un campo magnético permanente, y en este caso es la bobina la que mueve un diafragma que provoca las variaciones de presión del aire.
Corte esquemático de un parlante dinámico en el que se puede apreciar el diafragma (cono), el imán y el chasis. El tamaño del imán, junto con la superficie del diafragma, son factores importantes dentro del diseño de los parlantes,
Cuando la tensión de la señal eléctrica aplicada a la bobina es positiva, el diafragma o “cono” del parlante se desplaza hacia el exterior, mientras que si la tensión es negativa, el sentido es el opuesto: hacia el interior del parlante. Como es lógico, todos estos sistemas disponen de una serie de limitaciones como es la potencia máxima admisible y la presión máxima que pueden generar.
La limitación de potencia máxima que puede disipar un parlante se debe a dos causas distintas.
La primera es la generación de calor en la bobina del parlante que, no olvidemos, está recibiendo un paso de corriente. Cuanto mayor es el desplazamiento del parlante, mayor será la corriente que atraviesa la bobina. Existe una ley física conocida como la Ley de Joule, que relaciona el paso de corriente por un conductor con una generación de calor, de modo que a un paso mayor de corriente por un conductor, mayor generación de calor se produce. Si el valor de la corriente aumenta desproporcionadamente, se puede generar tal cantidad de calor que se puede fundir el esmalte que aísla las espiras de la bobina y destruirse. El parlante se habrá quemado porque hemos superado la potencia máxima admisible
Pero hay otra causa que limita el nivel de corriente admisible por un parlante, y es función del desplazamiento máximo que puede realizar el cono. Recordemos que el cono se encuentra suspendido en un punto de equilibrio con la ayuda de una suspensión. Cuando se le aplica una señal eléctrica a la bobina, que se encuentra pegada solidariamente al cono, el conjunto se desplaza de la posición de equilibrio. Lógicamente el recorrido dispone de un punto máximo ya que la suspensión se alarga junto con el cono en su viaje hacia el exterior y hacia el interior del sistema. Si este
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punto se supera, se romperá la suspensión y con ella el parlante. El desplazamiento máximo del cono se especifica como “Xmáx”.
La presión sonora generada depende de la aceleración que pueda imprimir el “motor” del parlante al cono, y del desplazamiento máximo que pueda tener asociado dicho cono. La aceleración del cono la impone el imán del parlante. Por lo tanto, cuanto mayor sea el campo magnético que atraviese la bobina, mayor será la fuerza ejercida, para la misma cantidad de corriente, por la bobina.Como consejo, recomendamos buscar parlantes con un generoso imán.
Parlante piezoeléctrico
Antes describimos el funcionamiento de los parlantes dinámicos, pero existe un tipo de parlante, también muy utilizado, pero sólo para reproducir frecuencias agudas. Nos referimos a los parlantes piezoeléctricos, cuyo funcionamiento se basa en el efecto piezoeléctrico que presentan algunos cristales. Al recibir una señal eléctrica en su motor se modifican las posiciones de éstos. Estas alteraciones en forma de vibraciones generan la señal sonora.
Tipos de parlantes
Clasificación en función del rango de frecuencias que son capaces de reproducir:
Parlantes de graves (WOOFER) Son parlantes cuyo diámetro exterior es mayor. Como mínimo suelen ser de 10” o 12”, y cuanto mayor sea el diámetro podrán reproducir tonos más graves. Tienen una respuesta de frecuencia entre 20 Hz y 800 Hz aproximadamente.
Parlantes de medios (MID RANGE) Son de mucho menor diámetro que los woofer y trabajan entre los 500 Hz y los 4 KHz aproximadamente.
Parlantes de agudos (DRIVER o TWEETER) Reproducen altas frecuencias, incluso superando los 20 KHz, comienzan a trabajar en 2 KHz o 3 KHz aproximadamente.
Aclaración: el rango de frecuencias que fielmente un parlante pueda cubrir depende de su calidad de construcción, y en el caso de los woofers, otro factor determinante (e imprescindible para su correcto funcionamiento) es la caja en la cual se aloja el parlante.
