AUDIO DIGITAL

Audio Digital

Sonido: Universo psicofsico Audio: Universo elctrico

(representacin del fenmeno fsico por medios elctricos)

Audio Digital: Universo digital: (representacin del fenmeno elctrico por medios digitales)

Sonido Audio Audio Digital

Como representamos el universo fsico por medios elctricos?

TRANSDUCCION: Proceso que transforma/traduce un tipo de energa en otro.

Presin sonora se transforma en fluido de electrones.

PROCESO ANALOGICO: Este proceso genera una analoga elctrica (fluido de electrones) de lo que sucede en el universo acstico (fluido de partculas). Existirn compresin y rarefaccin en forma de alta y baja presin elctrica.

Desde ya este proceso funcina bilateralmente...

Loudspeakers, Inner ear hairs & Waveform diagramsc 2003 Matt Ottewill (matt@planetoftunes.com)

Normalpressure

Time

Higherpressure

Message sentto brain

Normalpressure

Lowerpressure

Normalpressure

Increasing pressure &Increasing amplitude

Normal air pressure / Silence

Decreasing pressure &Increasing amplitude

Compression(higher than normal pressure)

(lower than normal pressure)Rarefaction

Loudspeaker & air molecules

Hairs in the inner ear

Waveform diagram

Message sentto brain

Altavoz o Mic

Cilias

Representacin

+ presin voltaica - presin voltaica

Etapas del audio

1) Grabacin 2) Almacenamiento 3) Reproduccin

Grabacin:

Proceso por el cual ondas sonoras son transducidas a ondas voltaicas.

MICROFONO Dinmico-Condenser-Ribbon-Carbon-Contact-laser-parabolic

Almacenamiento:

Magntico: Cassette-Cinta abierta-Multitrack analgico

Electromecnico: Cilindro sonoro-Disco de pasta-Vinilo

Digital: DAT-DA88-ADAT-CD-DVD-Minidisk-Software (.Wav .Aif .mp3 .ogg, etc)

Reproduccin:Proceso por el cual ondas voltaicas son transducidas a ondas sonoras.

Altavoces (loudspeakers)Subwoofer 20-100HzWoffer 50-3000HzTweeter 3000-20000HzHeadphones

DIGITALIZACION

Digitalizacin de seales sonoras:

Es la codificacin de una seal analgica en una secuencia numrica binaria(IO).

PCM: (Pulse Code Modulation) consiste en describir una seal por una secuencia de bits que representa su forma de onda.

Una de las ventajas de este mtodo es que la seal transmitida (digital) slo tiene dos valores posibles: 0 y 1. Para reconstruir una seal, entonces, un mecanismo lector slo tiene que ser capaz de reconocer la diferencia entre estos dos valores y, como consecuencia, es menos sensible al error.

ADC: analog to digital convertor. Toma muestras del estado de una seal analgica y describe su intensidad.

Descripcin Digital de una seal analgica

Seal analgica: Continua / Infinitamente variable en intensidad

Seal digital: Discreta / Su intensidad vara por saltos

bit y ByteCmo obtenemos nmeros a partir de 0s y 1s?Bit: en computacin se llama bit (Binary digit) a cada dgito de una secuencia binaria.

Es la unidad mas pequea posible. Equivale a un transistor apagado u encendido.

=0 =1

Cuantas posiciones puede describir 1 bit?

?

Cuantas posiciones pueden describir 2 bits?

?

2

4

CPU experimental del 80. Cada cuadrado corresponde a 1bit (transistor) en total este posee 512Los contamos?

bit y Byte

0 1 0 0 1 1 0 1

Los bits se agrupan de a 8: cada grupo de 8 bits es llamado byte. sta es la unidad standard para describir la capacidad de almacenamiento. Ej 1.44MB...

Word lengthcuanto mas larga es la secuencia de bits, mas grande ser el nmero representado. A esto se le llama wordlength.

Pero volvamos a los bits

Bit Depth

ADC: analog to digital convertor. Toma muestras (samples) del estado de una seal analgica y describe su amplitud en un instante determinado de una secuencia analgica.

1

Muestra 01:T = 0A = 0

2

Muestra 02:T = 1/44100 = 0,0002268A = 2

3

Muestra 03:T = 2/44100 = 0,0004536A = 3

25

Muestra 25:T = 25/44100 = 0,0056689A = -2

Frecuencia de sampleo: Sample Frequency

Cantidad de veces que estas instantneas se realizan en 1 segundo

CD Audio = 44100Hz

Cuanto mas alto es el nmero mas fiel es la representacin digital

Frecuencia de sampleo = cantidad de muestras / grilla vertical

que hay que decir de la calidad de esas muestras?

cuanto mas chica sea la grilla de valores horizontales, mas precisa ser la

digitalizacin en la descripcin de la amplitud

Fidelidad: Cantidad y Calidad:

44100Hz

16bit

1 bit = 0 = 2 = 2*12 bit = 00 = 4 = 2*23 bit = 000 = 8 = 2*2*24 bit = 0000 = 16 = 2*2*2*28 bit = 00000000 = 256 = 2*2*2*2*2*2*2*2 (byte)16bit = 0000000000000000 = 65.53624bit = 000000000000000000000000 = 16.777.21632bit = 00000000000000000000000000000000 = 2.294.967.296

Bit Depth

4 bit = 0000 = 16 = 2*2*2*2

Existen muchsimas combinaciones de estos nmeros

CD = 16bit 44100Hz

DVD = 24bit 48000Hz

DVcam = 16bit 32000Hz

Cuanto mas grandes sean, mas MB de peso tendrn los archivos de audio...

Definicin 1pixel / 1bit

44 pixel / 1bit

220 pixel / 1bit

440 pixel / 1bit

4400 pixel / 1bit

44100 pixel / 1bit

44 pixel / 1bit

44 pixel / 2 bit

44 pixel / 3 bit

44100 pixel / 1bit

44100 pixel / 2 bit

44100 pixel / 3 bit

44100 pixel / 4 bit

44100 pixel / 8 bit

44100 pixel / 16 bit

16bit (44100Hz)

16bit (22050Hz)

16bit (11025Hz)

16bit (6000Hz)

8bit (44100Hz)

Como suenan?

Seal analgica: Continua / Infinitamente variable en intensidad

Seal digital: Discreta / Su intensidad vara por saltos

FIN

Limites del audio digital

Conversin ADC: Analog Digital conversionDAC: Digital Analog conversion

Proceso DSP: Digital signal Processing

Operaciones del audio digital

QUANTIZACIONSucede cuando la muestra no entra en la grilla de conversin

Sucede cuando el DSP no entrega valores dentro de la grilla

Teorema de NyquistPor que el CD samplea a 44100?

Harry Nyquist: La frecuencia de sampleo debe ser un poco mas del doble que la frecuencia a samplear.

Entonces: 20000x2+10%=CD sample rate

Caso 01: samplerate > frecuencia

Aliasing

Caso 02: samplerate < frecuencia

Como se evita este problema?

Los ADC poseen filtros pasabajos. (Solo pasan frecuencias por debajo de 20000 Hz)

Porque?

El que no podamos escucharlos no implica que no existan armnicos ultrasnicos.

Los armnicos ultrasnicos fcilmente provocaran automticamente frecuencias fantasma o alias en la posterior reproduccin de una grabacin digital.

Audio Digital vs. Audio Analgico

Digital Analogico

Calidad sonora fra?

Mejor relacin precio calidad

Clonacion

Mayor rango dinmico signal2noise ratio

Espacio de almacenamiento virtual

Demasiados Programas

Nadie sabe cuanto dura un CD

los HD son baratos

los HD son poco confiables

Las computadoras se cuelgan

Edicin no-lineal / Random access

Edicin no destructiva

Fcil integracin con multimedia (web, DVD, video, etc)

Cantidad enorme de recursos de edicin / plugins

calidez y coloratura del sonido?

Peor relacin precio - calidad

Perdida de generacin al copiar

Ruido de mecnica

Mucho espacio fsico de almacenamiento

2 24trk es un standard

Formato testeado (dura + de 50 aos)

El reel es muy caro

Una vez grabado funciona cmo backup

El hardware no se cuelga

Edicin lineal muy difcil (casi imposible)

Edicin lineal muy difcil (casi imposible)

Mas difcil de sincronizar

Limitaciones obligan mejores performances

FORMATOS Y METADATA

Hay Muchos Formatos de Audio digital y son utilizados para:

Computadoras Audio/Video CD Audio/Video DVD Proyectos Multimedia MP3 Players DV Camcorders Minidisk Contestadoras Celulares etc

Cada Formato tiene diferente calidad diferente tamao y esta relacionado directamente a su uso y performance:

1) File extension (wav, aiff, sd2, mov, Cda, ogg, mp3, AAC)

2) Compressed/Uncompressed

Sea como fuere todos poseen estos atributos:

Data rate (velocidad a la que se leen los datos) importancia multimedia y formato esttico o dinmico

Channels (cantidad de canales (MONO Stereo - Multichannel)

Sample Rate (110025/22050/44100/48000/88200/96000/174400/192000)

Bit Depth (8 16 20 24 32 64)

1) File Extension: La extensin de un archivo es independiente de sus atributos entonces podemos encontrar un archivo wav a 16 bit o 24, o 44100 o 22050, etc, etc.

No son otra cosa que sobres donde se encuentra guardada informacin para reproducir audio digital con ciertas instrucciones almacenadas en el encabezado del archivo (lo que se lee primero).

Algunos de estos archivos adems poseen metadata (informacin que no es especficamente audio digital) Ej nombre del autor, timeline, ao, compositor. Etc, etc

.Wav. PC intercharge format (mac/pc)

.Aif (aiff). Audio intercharge intercharge file format (mac/pc)

.Mp3 (Mpeg Layer 3) 3ra generacin de compresin de audio para video (Moving Picture experts group)

.mov (quicktime)

.sdII (sound designer II) Utilizado por digidesign Protools

.ac3 (dolby)

2) Compressed / Uncompressed

PCM: Pulse code modulation es el nombre que se le da al tipo de representacin digital de una seal analgica. Esto tambin significa que la informacin necesaria para representar correctamente una seal analgica debe presentarse de manera lineal (no comprimida)Uncompressed: El formato sin compresin, llamado 1:1 tambin implica que en n cantidad de bytes son almacenados n cantidad de bytes. Consecuencias:

A) La lectura del archivo es directa y simpleB) Por lo tanto la lectura del archivo es eficiente y una fuente de clculos directa.C) El archivo se lee tal cual ha sido originado, por lo tanto no sufre de ningn tipo de degradacinD) Como la lectura es sin intermediarios, y sin degradacin es mucho mas fcil para una DAW operar con este tipo de archivos que con los comprimidos.E) De hecho si arrojamos un archivo comprimido hacia una DAW lo convertir a su formato (tipo de archivo) de operacin nativo.

Compressed: De todas maneras no siempre es necesario leer rpido. A veces es necesario:

ocupar menos espacio (web, mp3, players, dvd, propia discoteca) reducir el data rate (streaming) (para que el archivo pueda ser ledo fluidamente) internet telefona

Todo material de archivo que pueda manejar una computadora ser expuesto a la siguiente balanza:

Mayor Fidelidad Menor Peso

Mejor streaming

La compresin se da siempre a travs de un codificador y un decodificador (codec/decoder). Estos no son mas que algoritmos cuya nica finalidad es descomprimir los archivos a medida que stos son ledos. Este proceso desde ya roba recursos a la mquina pero al mismo tiempo ahorra lugar fsico

. Existe innumerable cantidad de codecs y cada uno tiene un objetivo particular

Voz Msica sonido en general imagen video

CODEC

Al mismo tiempo todos stos se presentan con diversos grados de compresin. En el caso de un mp3 podemos llegar a comprimir un archivo hasta 10 veces (128kb) sin que el usuario comn lo note.

Como lo hace: se basa en 2 principios:

a) compresin digital: El codificador codifica tres 000 seguidos como 0x3 looseles compresion

b) modelo psicoacstico:

frecuencia: El codificador asume que ciertas frecuencias no sern escuchadas por el ser humano, entonces directamente borra gran cantidad de datos. Ej frecuencias menores o mayores de 20Hz/20KHz, amlitud: diferencias de amplitud menores a 3db, disminuye tambin el rango dinmico (diferencia entre el sonido mas suave y mas fuerte de un programa), etcenmascaramiento: borra las frecuencias enmascaradas

Minidisk (.md)Mov (quicktime)Wmv (windows media)AC3 Dolby (sonido DVD)Mp3Mp4AAC (macintosh advanced audio compression)Real Audio

MP3

AC3

FIN