Para que los ordenadores, teléfonos móviles y otros dispositivos puedan trabajar con formas de onda, es necesario que las señales estén digitalizadas. Las señales digitales se aproximan a las señales analógicas en mayor o menor medida según la frecuencia de muestreo y la profundidad en bits.
En este artículo vamos a explicar de forma sencilla cómo estos dos valores afectan a la representación digital de la onda.
Qué es la frecuencia de muestreo:
La frecuencia de muestreo es la cantidad de muestras que se toman por unidad de tiempo para convertir la señal analógica en señal digital. Vamos a tomar el ejemplo de la digitalización de una onda senoidal.
Tal y como se puede apreciar en la figura, cada línea roja representa una muestra de la onda senoidal en ese momento del tiempo. Al combinar estas diferentes muestras tomadas se genera la onda digital resultante. En este caso se ha utilizado una frecuencia de muestreo de 6 Hz.
Evidentemente para conseguir una mejor representación de la onda, debe incrementarse la frecuencia de muestreo. Si por ejemplo se utiliza una frecuencia de muestreo de 10 Hz, se puede apreciar cómo el resultado mejora:
Tal y como se puede apreciar, según se va incrementando la frecuencia de muestreo se consigue un resultado cada vez más próximo al original.
Frecuencia de muestreo en el audio
Clásicamente las frecuencias de muestreo utilizadas en los medios digitales han sido 44,1 kHz y 48 kHz, ya que son capaces de cubrir todo el espectro de frecuencias audibles por el oído. Al muestrear a 44,1 kHz se consigue reproducir hasta 22,05 kHz (la mitad del valor, tal y como sugiere el teorema de muestreo de Nyquist).
No obstante, en bastantes ocasiones se emplean tasas de muestreo superiores (tales como 96 kHz y 192 kHz) para la captación del sonido y durante la mezcla, ya que, pese a llegar a rangos audibles muy superiores a lo que el oído es capaz de captar, se obtienen ciertas ventajas como que algunos conversores analógico-digitales funcionan mejor a estas frecuencias, se reduce la latencia para la monitorización tras el procesado digital y muchos plugins VST/VSTi están diseñados para trabajar mejor a estas frecuencias.
Profundidad de bits o tasa de bits:
La otra parte de la ecuación es la profundidad en bits, la cual cobra especial importancia. La tasa de bits define el rango dinámico de sonido, dividiendo el eje horizontal de la forma de onda (es decir, la amplitud). Cuanto mayor sea la tasa de bits, se dispondrán de más posiciones para ubicar la muestra tomada del instante de la onda. La relación es exponencial: una tasa de 16 bits da lugar a 65536 posiciones posibles, mientras que una tasa de 24 bits proporciona 16777216 posiciones.
Para apreciar esto visualmente, en la siguiente imagen se muestra un ejemplo de la utilización de una resolución de 2 bits (4 posiciones posibles en la amplitud de la onda) frente a una resolución de 4 bits (16 posiciones posibles). El cambio es bastante significativo.
Conclusión:
Cuanto mayores sean las magnitudes utilizadas, mayor precisión se obtendrá en la digitalización de la onda. Para grabar y tratar sonido, en general será mejor utilizar combinaciones elevadas (96 ó 192 kHz, 24 ó 32 bits).
La demanda de rendimiento en el hardware y de espacio en el disco duro es mayor, pero el resultado puede llegar a ser más preciso. Aunque el resultado final se vaya a adaptar a estándares tales como el CD (44,1 kHz y 16 bits), siempre es ventajoso disponer de la máxima precisión posible en la captación del sonido desde el principio.
