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                            Audio digital
	Tasa de muestreo
		Aliasing
	Tamaño de las muestras
		Dither
	Formatos de archivo de audio digital
	Bibliografía
	Véase también
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Audio digital 1

Audio digital
El audio digital es la codificación digital de una señal eléctrica que representa una onda
sonora. Consiste en una secuencia de números binarios y se obtiene del muestreo y
cuantificación digital de la señal eléctrica (que en este tema se llama señal analógica, para
contraponerla a la señal digital) posteriormente se puede codificar o comprimir, dando
lugar a formatos más compactos (compresión de audio).

Muestreo digital de una señal de audio

El muestreo consiste en tomar la amplitud de la señal
eléctrica a intervalos regulares de tiempo (tasa de
muestreo). Para cubrir el espectro audible (20 a 20000
Hz) suele bastar con tasas de muestreo de algo más de
40000 Hz (el estándar CD-Audio emplea una tasa un
10% mayor con objeto de contemplar el uso de filtros
no ideales), con 32000 muestras por segundo se tendría
un ancho de banda similar al de la radio FM o una cinta
de casete, es decir, permite registrar componentes de hasta 15 kHz, aproximadamente.
Para reproduccir un determinado intervalo de frecuencias se necesita una tasa de muestreo
de poco más del doble (Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon). Por ejemplo en los CDs,
que reproducen hasta 20 kHz, emplean una tasa de muestreo de 44,1 kHz (frecuencia
Nyquist de 22,05 kHz).

La cuantificación consiste en convertir el valor de las muestra obtenidas en el proceso de
muestreo, normalmente, un nivel de tensión, en un valor entero de rango finito y
predeterminado. Por ejemplo, utilizando cuantificación lineal, una codificación lineal de 8
bits discriminará entre 256 niveles de señal equidistantes (28). También se pueden hacer
cuantificaciones no lineales, como es el caso de cuantificadores logarítmicos como la Ley
Mu o la Ley A, que, a modo de ejemplo, aún usando 8 bits funcionan perceptualmente como
10 bits lineales para señales de baja amplitud en promedio, como la voz humana por
ejemplo.
El formato más usado de audio digital PCM lineal es el del CD de audio: 44,1 kHz de tasa de
muestreo y cuantificación lineal de 16 bits (que mide 65536 niveles de señal diferentes) y
que, en la práctica, permite registrar señales analógicas con componentes hasta los 20 kHz
y con relaciones señal a ruido de más de 90 dB.

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Codificaci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Se%C3%B1al_digital
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Se%C3%B1al_de_audio
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Onda_sonora
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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=N%C3%BAmeros
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Muestreo_digital
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cuantificaci%C3%B3n_digital
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Compresi%C3%B3n_de_audio
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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Muestreo_digital
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Frecuencia_de_muestreo
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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Frecuencia_Modulada
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Casete
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Teorema_de_muestreo_de_Nyquist-Shannon
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cuantificaci%C3%B3n_digital
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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ley_Mu
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ley_Mu
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ley_A
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Modulaci%C3%B3n_por_impulsos_codificados
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=CD_de_audio

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Tasa de muestreo

Ejemplo de reconstrucción de una señal de 14,7 kHz (línea gris
discontinua) con sólo cinco muestras. Cada ciclo se compone de

sólo 3 muestras a 44100 muestras por segundo. La
reconstrucción teórica resulta de la suma ponderada de la

función de interpolación g(t) y sus versiones correspondientes
desplazadas en el tiempo g(t-nT) con , donde
los coeficientes de ponderación son las muestras x(n). En esta

imagen cada función de interpolación está representada con un
color (en total, cinco) y están ponderadas al valor de su

correspondiente muestra (el máximo de cada función pasa por un
punto azul que representa la muestra).

De acuerdo con el Teorema de
muestreo de Nyquist-Shannon, la
tasa de muestreo, esto es, el
número de muestras con las que
se realiza el proceso de muestreo
en una unidad de tiempo,
determina exclusivamente la
frecuencia máxima de los
componentes armónicos que
pueden formar parte del material a
digitalizar.[1] Satisfechos los
requerimientos de Nyquist y un
pequeño margen práctico, y al
contrario de lo que es una
creencia errónea muy
eddxtendida,[2] no existe relación
directa entre el sobremuestreo A/D
(realizar el muestreo digital a una
tasa mayor de la estrictamente
necesaria para el ancho de banda
de interés) y una mayor fidelidad
en la posterior reconstrucción de
la señal en todo el espectro
(hasta la frecuencia de Nyquist).[3]

Aliasing
Con objeto de evitar el fenómeno
conocido como aliasing, es
necesario eliminar todos los componentes de frecuencias que exceden la mitad de la tasa de
muestreo, es decir, del límite de Nyquist, antes del proceso de digitalización (conversión
A/D). En la práctica, estos componentes se atenúan fuertemente mediante un filtro activo
analógico pasa-bajo que se aplica a la señal analógica de interés antes de su digitalización y
que para este objetivo se denomina filtro antialiasing. En el proceso de reconstrucción
posterior (conversión D/A) de la reproducción se deberá aplicar en esencia el mismo
filtrado analógico mediante un filtro que, empleado en este proceso, se denomina de
reconstrucción.

Tamaño de las muestras
El número de bits que conforman las muestras en un proceso determinado de cuantificación
determina la relación señal a ruido máxima que debe tener la señal (la salida de un
micrófono y, consecuentemente, el material sonoro que recoge, la salida de un máster
analógico, etc.) que se pretende cuantificar y, por tanto, limita también el rango dinámico
que debe tener para su cuantificación completa, de modo parecido a cómo la capacidad de
un recipiente (bits por muestra) limita el volumen de líquido (rango del material sonoro a

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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Filtro_activo
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Filtro_pasa_bajo
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Antialiasing
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Conversi%C3%B3n_digital-anal%C3%B3gica
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Rango_din%C3%A1mico

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cuantificar) que puede contener.

Sea el número de bits con las que se cuantifican las muestras, la relación señal (para
sinusoidal máxima que cubre todo el rango) a ruido de cuantificación teórica se obtiene en
dB:[4]

Por tanto, una cuantificación de 16 bits permite un máximo teórico para la relación señal
sinusoidal a ruido de cuantificación de 98,09 dB (122,17 dB para 20 bits, valor muy cercano
al límite real que permite el ruido de Johnson-Nyquist (también conocido como ruido
térmico) de los mejores convertidores A/D actuales). En la práctica, el límite de una señal
analógica para que pueda ser cuantificada sin merma dinámica es, aproximadamente, el
90% del límite teórico.[5] Por lo tanto, el límite que debe tener una señal (por ejemplo, la
señal directa de un micrófono o la que resultara de un máster analógico) para ser
cuantificada con seguridad con sólo 14 bits es de unos 78 dB, aún cuando el límite teórico
sea de 86,05 dB en este caso.
Una vez que la relación señal a ruido de cuantificación que permite un proceso de
cuantificación dado excede la relación señal a ruido máxima del material sonoro que se
pretende cuantificar, esta podrá ser cuantificada totalmente sin pérdidas en su rango
dinámico. Pasado este umbral, de nada sirve aumentar el número de bits por muestra del
proceso de cuantificación: no resultará en una conversión más fiel. Por ejemplo, una
relación señal a ruido de cuantificación de 90 dB (una relación práctica que permiten
sobradamente los 16 bits por muestra de un CD-Audio) es suficiente para cuantificar
cualquier grabación musical normal, cuyo rango de intensidad sonora puede ir desde los 25
dB(SPL) del ruido de fondo de un estudio de grabación hasta los 115 dB(SPL), casi el
umbral del dolor de la audición humana,[6] en la posición del micrófono duante una
grabación en dicho estudio.
El tamaño de las muestras necesario en un proceso de cuantificación digital se determina,
por tanto, a partir del análisis del ruido de fondo y de la intensidad máxima del material
sonoro a registrar. Aumentar por encima de lo necesario el tamaño de las muestras es sólo
un desperdicio de ancho de banda, especialmente en los formatos finales de distribución.
No supone mejora alguna, ni siquiera mensurable, ya que sólo serviría para registrar el
ruido con más bits, es decir, más bits inútiles cuyo valor dependerá exclusivamente del azar
o, según se ajuste la ganancia, para dejar los bits más significativos a cero en todas las
muestras (o una combinación de ambas cosas). De modo parecido, un recipiente de
capacidad mayor a la del líquido que se pretende depositar en él no mejora en medida
alguna la calidad o cantidad de dicho líquido respecto al uso de un recipiente de menor
capacidad siempre que ésta capacidad menor sea aún suficiente para el volumen del
líquido. Dicho de otro modo, al contrario de lo que es una creencia errónea muy
extendida,[7] el tamaño de las muestras a emplear en una cuantificación depende del
material sonoro que se pretende cuantificar y nada tienen que ver la fidelidad de la
reconstrucción en la reproducción o los límites psicoacústicos humanos (por la percepción
de dicha fidelidad) con esta determinación, por ejemplo. Si un material sonoro a digitalizar
"cabe" en 10 bits por muestra, cuantificar a 14 bits (o 20) no hace más fiel su
reconstrucción posterior ni, consecuentemente, es posible percibir diferencias subjetivas
que no resulten de la sugestión.

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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ruido_de_Johnson-Nyquist
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ruido_de_cuantificaci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cuantificaci%C3%B3n_digital
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=CD-Audio

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Dither

Señal armónica (sinusoidal pura) con dither añadido en una
relación señal a ruido de 21,03 dB lista para ser cuantificada con

sólo 4 bits por muestra (16 niveles de cuantificación). La señal
tiene, por tanto, unas 127 veces la potencia del dither (11,26

veces su valor eficaz -RMS-). Una futura conversión A/D con más
niveles de cuantificación (más bits por muestra) permitirían

añadir un dither proporcionalmente (respecto de la señal) menor.

Con objeto de evitar que el ruido
de cuantificación se manifieste
como una distorsión, se hace
necesario añadir un ruido
denominado dither antes del
proceso de cuantificación en todos
los casos donde el nivel del ruido
de la señal (por ejemplo, ruido de
Johnson-Nyquist o ruido térmico
de un circuito específico) sea
inferior al de cuantificación.[8] Sea
Δ el incremento de tensión
(diferencia de potencial)
correspondiente a un escalón de
cuantificación, el valor eficaz
(RMS) del ruido de cuantificación
sería:

Dado que actualmente los mejores convertidores tienen relaciones señal a ruido térmico
que raramente exceden los 122 dB a temperatura ambiente, se hace necesario añadir
dither en todos los casos en los que se emplean cuantificaciones (o recuantificaciones)
inferiores a 20 bits. Los cuantificadores de 24 bits, si bien no presentan ventajas prácticas
sobre los de 20 bits debido al nivel del ruido térmico de los convertidores, al menos no
requieren la adición de dither (y permiten registrar la muestra en un número entero de
bytes). Sin embargo, sí será imprescindible añadir dither en los casos donde se
recuantifican estas grabaciones a muestras de 16 bits, por ejemplo.

Formatos de archivo de audio digital

Este artículo o sección necesita fuentes o referencias que aparezcan en una publicación
acreditada, como libros de texto, páginas de Internet serias e independientes u otras publicaciones
especializadas en el tema.
Puedes dar aviso al autor principal del artículo pegando el siguiente código en su página de
discusión: {{subst:Aviso referencias|Audio digital}} ~~~~

Los archivos de audio digital almacenan toda la información que ocurra en el tiempo, el
tamaño del archivo no varía así contenga 'silencio' o sonidos muy complejos[cita requerida].
Existen muchos formatos de archivo de audio digital, que se pueden dividir en dos
categorías PCM y comprimidos. Como se vio arriba el tamaño puede depender de la
cantidad de canales que tenga el archivo y de la resolución (tasa de muestreo y
profundidad).
Formatos PCM Los formatos PCM contienen toda la información que salió del convertidor
analógico a digital, sin ninguna omisión y por eso, tienen la mejor calidad. Dentro de esta

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Senal4bitsDitherAnalogica1.png
http://en.wikipedia.org/wiki/Dither
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ruido_de_Johnson-Nyquist
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ruido_de_Johnson-Nyquist
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ruido_de_cuantificaci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Question_book.svg
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Referencias
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Verificabilidad
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Verificabilidad
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Verificabilidad

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categoría se encuentran los formatos WAV, AIFF, SU, AU y RAW (crudo). La diferencia
principal que tienen estos formatos es el encabezado, alrededor de 1000 bytes al comienzo
del archivo[citaÉrequerida].
Formatos comprimidos Para usar menos memoria que los archivos PCM existen formatos
de sonido comprimidos, como por ejemplo el MP3, AAC y Ogg. Ciertos algoritmos de
compresión descartan información que no es perceptible por el oído humano para lograr
que el mismo fragmento de audio pueda ocupar en la memoria inclusive décima parte -o
menos- de lo que ocuparía de ser PCM[citaÉrequerida]. La reducción en tamaño implica una
pérdida de información y por esto a los formatos de este tipo se les llama formatos
comprimidos con pérdida[citaÉrequerida]. Existen también formatos de archivo comprimido sin
pérdida, dentro de los que se cuentan el FLAC y el Apple Lossless Encoder, cuyo tamaño
suele ser de aproximadamente la mitad de su equivalente PCM[citaÉrequerida].
Formatos descriptivos: Archivos MIDI Este formato de archivos no es precisamente de
audio digital, pero sí pertenece a las tecnologías de la informática musical. El archivo MIDI
no almacena "sonido grabado", sino las indicaciones para que un sintetizador o cualquier
otro dispositivo MIDI "interprete" una serie de notas u otras acciones (control de un
mezclador, etc.)[citaÉrequerida]. Podemos imaginarlos como algo similar a una partitura, con
los nombres de los instrumentos que hay que utilizar, las notas, tiempos y algunas
indicaciones acerca de la interpretación.

Bibliografía
• Proakis, J. G. y Manolakis, D. G. (1998). Tratamiento digital de seÄales. Principios,

algoritmos y aplicaciones. Hertfordshire: PRENTICE HALL International (UK) Ltd. ISBN
84-8322-000-8.

Véase también
• Señal de audio
• Grabación digital de sonido
• Compresión de audio
• Ruido de cuantificación
• Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
• Tasa de muestreo
• Muestreo digital
• Cuantificación digital

Referencias
[1] Teoría de muestreo (Dan Lavry de Lavry Engineering, Inc.): (http:/ / www. lavryengineering. com/ documents/

Sampling_Theory. pdf) Por qué más no es mejor. (inglés)
[2] Embedded Signal Processing Laboratory (University of Texas at Austin): Debunking Audio Myths (http:/ /

signal. ece. utexas. edu/ seminars/ dsp_seminars/ 01fall/ AudioMyths. pdf) Desenmascarando los mitos del audio
(inglés). Véase "Mito 4: Necesitamos 96 kHz, no, mejor 192 kHz".

[3] Las técnicas de Noise-Shaping pueden mejorar la relación señal a ruido de parte del espectro hasta el lÑmite
de Nyquist pero siempre a cambio de empeorar esa relación en otra parte de ese mismo espectro. No hay
nunca, por tanto, mejora global de ningún tipo en todo el espectro hasta la frecuencia de Nyquist por
aumentar la tasa, incluso cuando este aumento se realiza con la intención de aplicar estas técnicas de modelado
de ruido.

[4] Smith, J.O. (2007). "Round-off Error Variance", en Mathematics of the Discrete Fourier Transform (DFT). ISBN
978-0-9745607-4-8.

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Verificabilidad
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=MP3
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Advanced_Audio_Coding
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=OGG
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Verificabilidad
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Verificabilidad
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=FLAC
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Apple_Lossless
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Verificabilidad
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia:Verificabilidad
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Se%C3%B1al_de_audio
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Grabaci%C3%B3n_digital_de_sonido
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Compresi%C3%B3n_de_audio
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ruido_de_cuantificaci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Teorema_de_muestreo_de_Nyquist-Shannon
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Tasa_de_muestreo
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Muestreo_digital
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cuantificaci%C3%B3n_digital
http://www.lavryengineering.com/documents/Sampling_Theory.pdf
http://www.lavryengineering.com/documents/Sampling_Theory.pdf
http://signal.ece.utexas.edu/seminars/dsp_seminars/01fall/AudioMyths.pdf
http://signal.ece.utexas.edu/seminars/dsp_seminars/01fall/AudioMyths.pdf

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[5] Por la necesidad de añadir dither y contemplar un margen de error de ajuste (se deberá ajustar el nivel de la
señal a cuantificar para que coincida, aproximadamente, la potencia del ruido de cuantificación con la del ruido
base de la señal).

[6] « Threshold of Hearing (http:/ / hyperphysics. phy-astr. gsu. edu/ hbase/ sound/ earcrv. html#c2)».
Hyperphysics.

[7] Kite, Thomas (2001). « Signal Processing Seminar: Debunking Audio Myths (Véase "Myth 5: 16 bits are not
enough") (http:/ / signal. ece. utexas. edu/ seminars/ dsp_seminars/ 01fall/ AudioMyths. pdf)». The Embedded
Signal Processing Laboratory - University of Texas at Austin.

[8] Martin, Geoff (2004). « "Dither examples", en Introduction to Sound Recording (http:/ / www. tonmeister. ca/
main/ textbook/ node595. html)».

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/earcrv.html#c2
http://signal.ece.utexas.edu/seminars/dsp_seminars/01fall/AudioMyths.pdf
http://www.tonmeister.ca/main/textbook/node595.html
http://www.tonmeister.ca/main/textbook/node595.html

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