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Empezando a producir


Qué es la frecuencia de muestreo (sampling rate) y profundidad de bits (resolución)

By   ·   Posted in Empezando a producir, Producción musical
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Algunas preguntas que nos vienen a la cabeza cuando empezamos a producir son…

¿Qué es exactamente eso de la frecuencia de muestreo o sampling rate? ¿Por qué 44100?

¿Y eso de la resolución? ¿Eso de los 16 o 24 bits?

Es algo que puede resultar difícil de entender si te falta un poco de teoría física del audio. Eso de las ondas, amplitudes, frecuencias…

Pero no te preocupes

Intentaremos que quede claro de una vez por todas en este post

Y verás que en verdad está todo en esta imagen, cómo veremos en las siguientes lineas

4-bit-linear-PCM.svgImagen wikipedia

Antes de entrar al trapo

Antes de empezar supongo que ya habrás visto imágenes de una onda de audio, y sabrás que se mueve en el tiempo y que va subiendo y bajando, con lo cual en cada momento tiene una altura diferente.

Cómo en la imagen de arriba.

Otra cosa que hay que saber es que el audio que nos llega al oido es una señal analógica continua, es decir, teóricamente puedes dividirla en unidades de tiempo cada vez más pequeñas y podrán tener una altura diferente en cada momento

Por ejemplo puedes pensar en la cantidad de tiempo que hay entre el segundo 1 y el 2 (1.1, 1.11, 1.12…., 1.2… , 1.25, 1.251,…. 1.3…. 2 notarás que hay infinitos instantes).

La cuestión es que en cada uno de esos instantes infinitos la altura de la señal de audio puede ser diferente.

El problema viene al no poder almacenar datos infinitos en un ordenador, por eso cuando grabamos audio o lo generamos sólo guardamos una muestra de la altura en determinados instantes.

Por ejemplo guardamos cada 0.0001 segundos (por  decir algo), teniendo muestras de la altura del sonido en los segundos 1.0001, 1.0002, 1.0003… y así sucesivamente.

Ese audio se llama cuantizado o digitalizado al haberse pasado a una máquina. Es decir, lo hemos partido y hemos guardado cada una de esas particiones.

¿Tutto bene hasta ahora?

Si está claro, allá vamos:

Qué es eso de la Frecuencia de muestreo

La frecuencia de muestreo es fácil de entender sabiendo lo anterior. Se define como:

La cantidad de muestras de audio que tomas en un segundo.

Cómo sabras el audio es una onda (una composición más bien).

En cualquier caso  esa onda tiene una altura que va variando a lo largo del tiempo y que en un momento dado está entre un máximo y un mínimo (cuando se digitaliza).

Esa diferencia de alturas de un momento a otro es la que provoca el sonido y es lo que oyes cuando llega a tu tímpano (que es una membrana que vibra conforme le llegan las ondas).

Volviendo al tema, la frecuencia de muestreo es el número de esas muestras del audio que hay en un 1 segundo.

Si solo tomásemos 10 muestras cada segundo el audio se escucharía fatal, no percibiríamos la continuidad musical y además perderíamos muchas frecuencias.

Es cómo si las películas mostraran 2 fotograma cada segundo. No verías en verdad una película sino una sucesión de fotos, pero no una peli.

Y en el audio pasa igual.

Un micrófono debe coger al menos un número de muestras elevado cuando está grabando una voz (o instrumento) para que luego no se noten cortes entre esas muestras de la grabación y sobretodo para que no se pierdan frecuencias, cómo veremos a continuación.

 

¿Y por qué es (normalmente) 44100?

Buena pregunta! Si nos ponemos físicos diremos que tiene que ver con la teoria de Nyquist.

Esta teoría dice (más o menos) que para no notar saltos en la continuidad y no perder frecuencias y así poder reconstruir la señal original hay que tomar el doble de muestras de la frecuencia máxima que se puede percibir.

El oido humano puede percibir hasta 20.000 – 22000 herzios de frecuencia (es decir, ondas que se suben y bajan hasta unas 20000 veces en un segundo).

Entonces, para poder pillar los máximos sin saltos y sin perdida en la percepción del oido humano hay que duplicar ese numero, con lo cual nos salen 44100 hz.

A 22050 podríamos todavía oirlo bien, pero se perderían algunas frecuencias altas.

Cómo resumen:

La frecuencia de muestreo es el número de muestras de audio que hay un segundo.

Cómo el número de fotogramas por segundo que hay en un video.

 

¿Y eso de la profundidad de bits?

Vamos a ello!

La profundidad de bits (normalmente, 8, 16, 24…) es la resolución de cada muestra de audio.

En lenguaje normal la profundidad de bits nos dice cómo de buena es la muestra de audio (la muestra de la que hablábamos antes).

Si tiene 16 bits tendrá más calidad que si es de 8 bits.

Eso es porque hay más bits para guardar información.

Con 8 bits se pueden guardar 256 (2 elevado a 8) posibles alturas del audio, mientras que con 16 se pueden guardar 65536 alturas (2 elevado a 16).

Con lo cual a más bits, más definición (resolución).

Si solo utilizas 8 bits tu música sonará a consolas antiguas cómo la nintendo, porque su capacidad de audio era menor.

Eso es porque hace falta el doble de memoria para utilizar 16 bits y en aquel momento no había tanta memoria disponible.

Si pensamos en el mundo de la imagen también lo veremos fácil.

Cada píxel de una imagen es una muestra. El caso es que ese píxel puede utilizar solo 2 colores (blanco y negro), o 16 colores,  256, 65536 o varios millones….

¿En que caso se vería mejor la foto? Obviamente cuanto más posibilidad de colores, más real será la imagen.

Y ahí está todo.

Volviendo a la imagen del principio:

4-bit-linear-PCM.svg

El número de puntitos azules es la frecuencia de muestreo en el tiempo. Es decir, el número de muestras de esa onda.

Y el número de escalones (rayas horizontales) es la profundidad. En este caso en la foto hay 16 (que equivalen a 4 bits).

La señal roja es el audio original.

Y el ordenador solo guarda los puntitos azules cuando hace la grabación. Y cuando reproduce el audio los hace sonar.

Así que cuantos más puntos y cuantos más escalones hayan, más parecido será la reproducción a la grabación al original.

Ahora si!

Espero que con este artículo te hayan quedado más claros los conceptos de frecuencia de muestreo y profundidad de audio

Pero si no, no problemo! Déjanos un mensaje y entramos más a fondo.

Y si te ha ayudado el artículo, compártelo, es posible que puedas a ayudar a alguien más y esté agradecido por esa ayuda. Nosotros lo estaremos.

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  • jtrezza

    Excelente. Creo que mejor explicado, no se puede. Muchas gracias por tan valiosa información.

    • RefractionProductions

      Gracias Jtrezza, nos gusta escribir claro y directo 🙂



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