Sonido analógico vs digital: conceptos clave, muestreo y formatos de audio

Resumen

El documento compara el sonido analógico y el digital, explicando la calidad y degradación de las grabaciones analógicas y el principio de discretización (muestreo y cuantificación) del audio digital. También recoge las características de un fichero de audio y cómo calcular su tamaño, con el ejemplo del CD, y describe el formato WAV.

Puntos clave

El audio analógico graba la señal en un medio físico (vinilo o cinta magnética) y se degrada con el uso.
El audio digital convierte una señal continua en una secuencia de números mediante discretización temporal y de amplitud.
La frecuencia de muestreo indica cuántas muestras se toman por segundo; el CD usa 44,1 kHz.
La resolución en bits determina los niveles posibles: 8 bits dan 256 niveles y 16 bits dan 65.536.
Tamaño del fichero = canales × tamaño de muestra × frecuencia de muestreo × duración.
Un segundo de audio estéreo de 16 bits y 44.100 Hz ocupa 176.400 bytes (unos 172,2 KB).

Ponte a prueba

Calidad del Sonido Analógico

Las grabaciones de sonido analógico reproducían los sonidos en medios físicos de forma mecánica (vinilos) o magnética (cintas). Al reproducir estos sonidos se usaba el mismo medio.
Una grabación analógica no tiene por qué sonar peor que una grabación digital (en condiciones óptimas suena, de hecho, mejor).
Sus inconvenientes radican en que:

La señal analógica se degrada mucho más rápidamente (las cintas magnéticas se desmagnetizan, y tanto las agujas como los surcos en el vinilo se desgastan).

Sonido Digital

El principio fundamental del audio digital consiste en discretizar las señales sonoras continuas (como las captadas por un micrófono) para convertirlas en secuencias de números.
La discretización de estas señales se lleva a cabo en dos escalas diferentes: la temporal y la de la amplitud.

Muestreo en Frecuencia

Discretizar: Convertir valores continuos en discretos.
Muestrear: Tomar muestras a intervalos de tiempo regulares.
Para digitalizar un sonido es, pues, necesario muestrearlo, pero ¿con qué frecuencia o regularidad?

Cuantificación y Tamaño

El término resolución de un sonido digital indica el número de bits que se han utilizado para almacenar cada muestra.
La resolución determina el número de posibles valores diferentes, o rango, que cada muestra de sonido puede tomar.
Así, un sonido digitalizado a 8 bits posee 256 niveles posibles, mientras que un sonido a 16 bits presenta 65.536 niveles posibles.

Características de un Fichero de Audio Digital

Frecuencia de muestreo (sampling rate): Número de muestras por segundo (Ej. CD audio ~ 44,1 KHz). Relacionado con la calidad.
Canales: Número de pistas (mono, estéreo, 5.1).
Duración de la grabación.
Tamaño del fichero = Canales * Tamaño muestra * Frecuencia muestreo * Duración grabación.

Tamaño de un Archivo de Audio

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

En un sonido de 16 bits, cada muestra ocupa 2 bytes (un byte son ocho bits), y si la frecuencia de muestreo es de 44.100 Hz, significa que cada segundo requiere 44.100 muestras.
Si el sonido es estéreo, utiliza 2 canales, por lo que estas necesidades se ven duplicadas.
Cálculo: 2 bytes/muestra * 44.100 muestras/segundo * 2 (canales) = 176.400 bytes/segundo ó 172,2 KB/s.
Realizando una multiplicación más, se observa que un minuto de sonido digital estéreo de calidad CD (16 bits y 44.100 Hz) ocupa un valor muy cercano a los 10 MB.

Formatos de Audio

WAV (Waveform Audio Format)

Sin compresión.
Extensión: .wav.
Gran tamaño, lentos de reproducir.
Desarrollado por Microsoft & IBM.
Admite mono y estéreo, con distinto tamaño de muestra y frecuencia de muestreo.
Reconocido por cualquier software.

Preguntas frecuentes

¿Cuánto ocupa un segundo de sonido estéreo de calidad CD?

Un segundo de sonido estéreo de 16 bits y 44.100 Hz ocupa 176.400 bytes, unos 172,2 KB. Por eso un minuto de audio de calidad CD ocupa cerca de 10 MB.

¿Qué es la resolución de un sonido digital?

Es el número de bits usados para almacenar cada muestra. Determina cuántos valores distintos, o niveles, puede tomar cada muestra de sonido.

¿Qué es el formato WAV?

Es un formato de audio sin compresión, desarrollado por Microsoft e IBM, que admite mono y estéreo y es reconocido por casi cualquier software. Su tamaño es grande y tarda más en reproducirse.