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Paradojas del audio digital

Los avances tecnológicos del audio digital se están usando más para subir el volumen que para mejorar la calidad.

24/96 es el estándar de facto en los más recientes equipos para producción de audio digital. Y para complicar las cosas, mientras cualquier camcorder doméstica moderna ofrece sonido de 48Khz a 16 bits, la mayoría de salas de cine de nuestra región ofrecen una calidad de sonido que a duras penas podría asimilarse a la del audio digital de 32Khz. Además, algunos sistemas de Home Teather ofrecen convertidores D/A con frecuencias de muestreo que alcanzan los 192Khz a 24 bits... y paradójicamente muchos consumidores los usan para escuchar archivos mp3 16/44 codificados a 128 kilobits por segundo. ¿Hacia dónde nos lleva esta maraña de números?

Un oído entrenado puede sentir la diferencia entre el audio digital con muestreo de 48Khz y el de 96Khz, especialmente si las pruebas se hacen en un estudio de sonido con un diseño acústico óptimo y monitoreo de alta calidad. La pregunta obvia para muchos de nosotros es si el consumidor promedio halla algún valor en el audio digital mejorado, que supuestamente ofrece una experiencia más natural.

Números que se oyen
Para tratar de responder esta pregunta recordemos brevemente cómo se genera el audio digital. La referencia obligada es la forma de onda del sonido original, que generalmente proviene de fuentes analógicas - casi siempre de una batería de micrófonos. Una vez el sonido se convierte en corriente eléctrica con rapidísimas variaciones de voltaje que reproducen aproximadamente las ondas sonoras, es posible implementar un proceso de cuantización - una conversión de la señal en valores digitales.

La cuantización de la señal de audio se logra tomando muestras. Mientras mayor sea la frecuencia de muestreo más precisa es la descripción de la forma de onda original. Y mientras más precisa es la descripción digital de la forma de onda original mayor es la calidad del sonido registrado. La frecuencia de muestreo es un valor que describe la resolución temporal del audio digital, luego es similar al valor de cuadros por segundo en una señal de video. Poniéndolo de otro modo, mientras mayor sea la frecuencia de muestreo mejor se transcribirán las variaciones de frecuencia de la señal de audio original. En el lenguaje del audio análogo hablamos de precisión en el registro del timbre, de las variaciones tonales.

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Ahora bien, cada muestra utiliza una cantidad fija de bits para describir el estado de la forma de onda. En el argot del audio digital esta cantidad de bits se conoce como "palabra". El tamaño de la palabra que constituye cada muestra es equivalente -de alguna manera- a la cantidad de pixels que se utilizan para describir un cuadro de video. Más bits equivalen a mayor registro de detalles. En video esto representa una imagen más definida. En audio, la cosa es un poquito más compleja.

¿Qué ventajas obtenemos al invertir más bits en nuestros flujos de audio digital? En principio mayor resolución. Esto es un algo difícil de comprender, pues en muchos casos nuestros oídos, esencialmente fatigados por la exposición constante al sonido amplificado, no pueden discriminar lo suficiente para apreciar los efectos de una variación en la resolución del sonido. Hemos establecido que más resolución equivale a mayor detalle. Una palabra digital de 24 bits transporta mayor información sobre la forma de onda que una palabra de 16 bits. Los bits de cada muestra se usan para describir cambios en la amplitud de la forma de onda, lo que ha llevado a muchos sonidistas a confundir mayor resolución con mayor volumen.

La falacia del volumen
Aclaremos este asunto. Y para empezar a aclararlo, aumentemos la confusión. Desde el punto de vista del purista, la industria de la música ha acostumbrado los oídos del consumidor a disfrutar de grabaciones con niveles de volumen excesivamente altos. Aprovechando la flexibilidad del sonido digital 16/44 de los discos compactos, se ha vuelto costumbre mantener el nivel de las señales de audio digital lo más cerca del techo que sea posible. Para constatarlo basta con revisar la salida de un CD comercial en un medidor PPM. Generalmente los "picos" están llegando justo antes del cero de la escala. Aparentemente el objetivo de muchos ingenieros de sonido es lograr el nivel más alto posible antes de saturar la señal - lo que en un entorno digital representa "pops" claramente audibles que deben ser evitados a toda costa.

De la misma manera en que decimos que un aumento en la frecuencia de muestreo nos permite obtener mayor precisión tonal en al audio digital podemos afirmar que el uso de palabras más largas para cada muestra nos brinda mayor rango dinámico. Esto quiere decir que mientras más bits se usan es posible describir mayores variaciones de volumen. El aumento de la resolución corresponde a más pasos sobre la escala PPM, mayor precisión en la transcripción de los cambios de amplitud de la forma de onda.

En el mundo real esto equivale a adquirir mayor headroom. El headroom es una de las características más apetecidas en los equipos de audio: Se trata de la capacidad de equipos y soportes para manejar niveles de señal más altos sin alcanzar los niveles de saturación. Para el sonidista es bueno tener mayor espacio en los niveles altos porque así es posible acomodar picos o transientes con un nivel muy alto sin generar distorsiones audibles en el sonido.

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Tener más headroom es exactamente lo que necesitan los expertos en música popular para poder operar con los niveles más altos que sea posible. Y aquí encontramos una de las mayores paradojas en el mundo del audio digital: Al llevar los promedios de los niveles de señal a niveles más altos se desaprovecha el aumento de resolución del audio digital. Generalmente se hacen grabaciones en las que se comprimen las señales para aumentar el volumen, y esto representa suprimir los transientes que podrían registrarse gracias al aumento en la frecuencia de muestreo y el tamaño de la palabra en cada muestra.

Al comprimir las señales en la parte alta de la escala se renuncia a las variaciones de nivel "hacia abajo" - lo que equivale a desperdiciar el rango dinámico que viene de usar mas bits. Lo que está haciendo la industria de la música con la música popular es exactamente lo mismo que era indispensable hacer en las grabaciones en audiocassette para poder ocultar el alto nivel de ruido inherente al registro en cinta de 1/8": Subir el volumen inmisericordemente.

Este vicio se ha trasladado al mundo del video y la televisión. Generalmente el headroom adicional que brindan las grabadoras de video que ofrecen audio 20/48 se aplica a aumentar el volumen, no a mejorar cualitativamente el audio aprovechando el mayor rango dinámico. Cada canal trata de "sonar más fuerte" que sus competidores, y esto se refleja en un volumen más alto... con menor detalle. Y el problema se agrava porque en general las señales se comprimen dos veces: Primero al masterizar y después en la cadena de transmisión. Y la cuestión se agrava porque en algunos casos una planta de producción digital termina entregando señales que definitivamente son demasiado fuertes para una red de transmisión analógica.

Considerando que cada vez más televidentes usan sistemas de teatro-en-casa con una calidad de amplificación razonablemente decente quizás este es el momento oportuno para empezar a preocuparnos por este tema. De hecho esta puede ser una de las razones por las que el consumidor raso tiende a percibir el sonido comprimido del DVD-Video como producto de mejor calidad que el sonido "del aire". Atención: estamos hablando de sonido comprimido digitalmente para ocupar menor espacio de almacenamiento, lo cual supone una pérdida apreciable de calidad, no de señales comprimidas para alcanzar un volumen constante. ¿Porqué suena mejor el audio mp2/mp3 de una película en DVD que el audio de la TV abierta?

Una de las razones puede ser que las mezclas de los discos DVD se hacen específicamente para sonar bien en un Home Teather, mientras que la TV tiene que hacer compromisos para sonar razonablemente bien en cualquier cosa, desde un viejo televisor de 12" hasta los más sofisticados equipos de amplificación – pasando por los televisores baratos que adornan la mayoría de hogares en América Latina, que en la mayoría de los casos son incapaces de reproducir sonidos con una frecuencia mayor de 8Khz.

Usando mejor cada bit
El audio cuantizado a 24 bits puede tener mayor detalle o un volumen más alto, y el audio muestreado a 96Khz alcanza a lograr una descripción muy precisa de frecuencias inaudibles para el oído humano. ¿Vale la pena aumentar la frecuencia de muestreo para registrar algo que no puede oírse? Según los fabricantes de equipos el aumento de la frecuencia de muestreo mejora significativamente la percepción del espacio en grabaciones de sonido envolvente. Según ellos, al combinar diferentes señales en un entorno controlado es posible reproducir con fidelidad la experiencia auditiva real y mejorar radicalmente la percepción de direccionalidad del sonido.

Ahora bien, ¿qué ventaja representa usar audio 24/96 en video y TV? El audio digital 24/96 ofrece una respuesta de frecuencia que puede alcanzar los 24Khz y un rango dinámico que puede estimarse en más de 100DB. Sin embargo, en condiciones normales su calidad aparente no necesariamente es superior a la del audio 48/16 de la mayoría de títulos DVD-Video disponibles en el mercado. Y definitivamente la mayoría de televisores instalados no van a permitir al espectador apreciar estas mejoras en la calidad del sonido. ¿Porqué preocuparse entonces? A la luz de la amarga realidad del monofónico mundo de la TV en América Latina todo parece indicar que lo mejor es seguir usando el headroom de la tecnología del audio digital para aumentar el volumen en nuestros vetustos sistemas de transmisión análogos...

Sin embargo el fantasma del DVD-Video, el Super AudioCD y el DVD-Audio amenaza de alguna manera a nuestra industria, pues con el tiempo contribuirá a aumentar las expectativas de los consumidores respecto a la calidad del sonido de la TV. Es cierto que la posibilidad de la digitalización de la transmisión podría dar un respiro a las operaciones actuales. Pero realmente se trata de un problema de valoración del producto por parte del consumidor, y la verdad es que las prácticas de ingeniería actuales nos llevarían a ofrecer un sonido de inferior calidad en las plataformas digitales que cada vez están más cerca.. Dentro de un tiempo podríamos estar enfrentándonos a una competencia entre la TV abierta y las plataformas de TV paga que empiecen a transportar señales digitales. ¿Puede nuestra industria tratar de alcanzar el nivel de los nuevos estándares que está buscando la industria de la música? Una buena forma de empezar puede ser bajando el volumen un poquito.

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