Digitalizar es convertir una señal de audio o de vídeo en una
secuencia de números,
de tal forma, que sea posible recuperar la señala original a partir de
esa secuencia numérica. Para ello se diseñan circuitos electrónicos
que con una determinada frecuencia, toman fotografías o muestras de la
señal de vídeo o de sonido para convertirlas en números
que después se almacenan en soportes digitales como el DVD, el CD o el
disco duro de un ordenador.
Para recuperar la señal original es necesario hacer el proceso inverso
al del muestreo, es decir, convertir los números almacenados en una señal
eléctrica que convenientemente filtrada reproduzca la señal original.
La calidad de dichos filtros es determinante para eliminar ruido de fondo y
obtener una señal de calidad.
El siguiente esquema puede ser aclaratorio. En la gráfica de la izquierda
se representa la señal sonora original o analógica. El eje OX
indica tiempo y el OY intensidad de la señal sonora. En el gráfico
de la derecha se indican en amarillo, las muestras tomadas. Observe que los
números obtenidos se corresponden con los valores de las muestras que
indica el eje vertical OY. En el ejemplo se han tomado 12 muestras de la señal
analógica.
En todo el proceso tenemos grandes posibilidades de manipular el sonido y
obtener resultados espectaculares.
Parámetros del muestreo
Un parámetro importante es la frecuencia
de muestreo que es el número de mediciones que se realizan
por segundo. La unidad de frecuencia se llama Hertzio.
1 Hertzio es 1 medición por segundo. Cuanto mayor sea esta frecuencia
o muestras tomadas, más parecido será el resultado obtenido al
sonido original.
El teorema de Nyquist demuestra
que la reconstrucción exacta de una señal
a partir de sus muestras, es matemáticamente posible si la señal
está limitada en su ancho de banda y la tasa
de muestreo es superior al doble de ese ancho de banda. Dicho
de otro modo, la información completa de la señal analógica
original está descrita por la serie total de muestras que resultaron
del proceso de muestreo siempre que la frecuencia de muestreo supere el doble
del ancho de banda de la señal original. En ese caso, no hay nada de
la evolución de la señal entre muestras, que no esté perfectamente
definido por la serie total de muestras.
Puesto que el oído humano es capaz de detectar
sonidos en el rango de 20 a 20.000 Hertzios, aproximadamente,
se ha elegido como frecuencia de muestreo más adecuada, la de 44100
Hz, es decir, aproximadamente el doble de la frecuencia más
aguda que podemos escuchar.
Si deseamos digitalizar señales audibles, no es necesario alcanzar esas
frecuencias de muestreo, ya que ni las voces ni los instrumentos acústicos
producen frecuencias relevantes por encima de los 10 Khz, aproximadamente (de
hecho, muchos sistemas cortan todas aquellas frecuencias por encima de dicho
límite). Así pues, en muchos casos se puede utilizar una frecuencia
de 32 Khz, o incluso de 22 Khz.
Si reducimos la frecuencia de muestreo, podemos apreciar que el sonido es menos
nítido, más apagado, porque perdemos frecuencias agudas.
El otro parámetro importante es la resolución.
Este parámetro hace referencia a la exactitud de las medidas
efectuadas. Se mide en bits: si la resolución es de 8
bits tenemos 28 = 256 niveles numéricos posibles.
Si ampliamos a 16 bits, cada medida
puede estar en un rango de 0 a 216 = 65.535. Como se ve, la precisión
en este último caso es mucho mayor.
Uno de los parámetros fundamentales para medir la calidad de un equipo
Hi-fi es la llamada relación señal-ruido
(S/N), medida en decibelios. Una pletina de cassette alcanza unos 50-60 db,
y un reproductor de discos compactos llega a los 90 db. Con 8 bits se consiguen
54 db, y con 16 bits unos 92 db.
Los discos compactos graban la música con una frecuencia de muestreo
de 44,1 Khz, y una resolución de 16 bits (2 bytes) valores que ofrecen
una calidad de sonido realmente buena.
Es curioso comprobar cómo el ojo es más fácil de engañar
que el oído: para dar sensación de movimiento, el cine y la televisión
usan una frecuencia de entre 24 y 30 fotogramas por segundo, mientras que la
música necesita 44.100 Hz.
Depende de la calidad de la grabación. Si es calidad CD, se graban por pista y por minuto 44.100 muestras/seg x 2 bytes por muestra x 60 seg= 5.292.000 bytes, es decir, 5,04 MBytes, como es sonido estéreo se graban dos pistas, así que son 10 Mbytes por minuto aproximadamente, lo que suma unos 40 Mb para una canción de 4 minutos. Si utilizamos una compresión mp3 esa cantidad se divide por 12 aproximadamente, es decir unos 3 MBytes por canción.