Digitalització

Col·laboració de Josep Montserrat per al capítol Música digital

La digitalització dels sons consisteix en la conversió d’una senyal analògica en una senyal digital. Per a dur a terme aquest procés, cal tenir en compte la taxa de mostreig, la quantització, la resolució i el tipus d’arxius resultants: wav, aiff, mp3, wma, etc.

El so és una variació de la pressió que es propaga periòdicament en un mitjà elàstic. En la propagació d’ones a major desplaçament major massa i per tant cada vegada el so és més dèbil. Quan les variacions són uniformes o periòdiques es percep un so “tonal”, quan no ho son es percep un “soroll”.

Una oïda sana pot percebre sons d’entre 20 Hz i 20000 Hz (però amb l’edat i la mala higiene auditiva disminueix a uns 16000 Hz). La sensació provocada per la freqüència s’anomena alçada tonal (sons greus-aguts). L’estudi de les sensacions relacionades amb els trets físics del so és un dels objectius de la psicoacústica.

Per fer una petita introducció al so digital, primer cal tenir clares algunes de les característiques dels sons. Aquests trets són d’una banda físics (freqüència, amplitud, forma d’ona, durada) i de l’altre perceptius (alçada, sonoritat i timbre).

La sensació d’altura es vincula a la freqüència del so. Així, un so greu té freqüències baixes i un so agut té freqüències altes.

A més, un so pot estar format per una sola ona sinusoïdal (to pur), es pot aconseguir fàcilment amb un sintetitzador. Normalment quan es fa vibrar un cos apareixen diferents freqüències alhora, una fonamental i d’altres de parcials (o harmònics) que apareixen amb més o menys intensitat.

El timbre depèn de la forma de l’ona i de la quantitat i intensitat dels diferents harmònics que componen el so. El timbre ens permet distingir els instruments musicals o les fonts sonores.

L’amplitud és el grau màxim de variació de la pressió de l’aire. És l’equivalent a la força. Es mesura en decibels de nivell de pressió sonora (dBSPL) (SPL: Sound Pressure Level).

El nostre aparell auditiu percep sons amb intensitats entre 0 i 130 dBSPL. És perjudicial escoltar sons o música a més de 90 dBSPL durant estones llargues (les normes de seguretat i higiene en el treball estableixen uns barems).

La sensació provocada per l’amplitud de la ona sonora es denomina intensitat sonora o sonoritat (ens permet parlar de sons febles i forts). La sensibilitat de l’oïda humana segueix més o menys una escala logarítmica.

El decibel és una unitat logarítmica: un bel equival a 10 decibels. Dos bels representa un augment de 100 vegades la potència, 3 un augment de 1000, etc. Una diferència de 3 decibels es percep com el doble de potència.

Així, el món natural és “continu”, les magnituds per a mesurar-lo també; hi ha infinits números reals entre 2 reals qualsevol. El món informàtic, o digital, es basa en magnituds i estats discontinus, discrets. Per tant al so analògic és continu. En canvi, el so digital és discret o discontinu. El so enregistrat amb mitjans analògics (cintes, cassetes, vinil) es representa com un flux continu de valors de tensió o voltatge d’un corrent elèctric.

D’altre banda, les variacions de tensió que surten d’un micròfon com a resposta a una font sonora són “anàlogues” (és a dir, “reprodueixen”, “segueixen”, “imiten”…) a les variacions de pressió que han incidit sobre el micròfon.

Així mateix, “Mostrejar” el so consisteix a prendre, de manera regular, mesures (Mostres)de l’amplitud de l’ona sonora. Quan mostregem, “discretitzem/fragmentem” el temps: l’ona deixa de ser contínua per a convertir-se en una sèrie de valors separats per un determinat lapse de temps.

Mostrejar a 40000 mesures per segon garanteix que qualsevol component del so fins a 20000 Hz (freqüència més aguda que percebem) serà reconstruït correctament. L’estàndard d’enregistrament de CD-audio fixa la taxa de mostreig en 44100 mostres per segon (2 canals L-R, i 16 bit de resolució). 1 segon de so es representa amb 44100 valors consecutius d’amplitud (cada valor està separat dels més propers 1/44100 part de segon).

La resolució és l’equivalent a la profunditat de bits, quantitat d’informació emmagatzemada per bit. Això, consisteix en assignar a cada una de les mostres un valor numèric. A major resolució, majors dinàmiques, però també major pes de l’arxiu. Així doncs, haurem de decidir entre qualitat de so o quantitat de tamany de l’arxiu resultant.

Pel que fa referència als formats d’àudio digital, hem de saber que existeixen moltes variants. Aquestes, depenen bàsicament de 3 trets: el número de canals, àudio no comprimit i àudio comprimit.

Així, segons el número de canals (com per exemple a Premiere), podem trobar sons en format mono,estèreo o multicanal (5.1). Si es tracta de formats d’àudio no comprimit, podríem obtenir un arxiu .PCM, .AIF o .Wav. En canvi, si optéssim per comprimir l’àudio i així estalviar pes de l’arxiu, segurament en resultaria un arxiu en format mp3, mp4, audio quicktime o .wma (audio windowsmedia)

Un altre aspecte important per al procés de digitalització dels so en el món audiovisual, són els còdecs de so al exportar vídeo. Així, podem trobar “AAC”. Aquest, produeix una codificació d’alta qualitat, acceptat en la majoria de dispositius. És l’utilitzat en el format H.264. També existeix “SurCode” per a Dolby Digital 5.1, específic per a multicanal, 5.1. Un altre possibilitat és l’MPEG Audio, un còdec d’alta qualitat i molt poc pes, més conegut com a mp3. Així mateix, tenim l’àudio PCM. Aquest, és un format sense pèrdues, però que genera arxius molt grans.

Tanmateix, un altre format d’àudio digital és el Dolby Stereo, creat l’any 1970, i utilitzat sobretot en cinema. Consta de 3 canals, esquerra, dreta i central per efectes. Aquest, és un sistema de codificació que utilitza els 2 canals per aconseguir efectes en 4 canals jugant amb els Hz. Posteriorment, al 1992 va néixer (AC3) Dolby Digital, que consta de 6 canals de 16 bits i 48Khz, 5 amb rang de 20 a 20Khz i un de 3hz a 120hz per efectes de subuffer. Per últim, trobem el DTS, semblant a Dolby però amb canals de 20bits.

Col·laboració de Josep Montserrat per al capítol Música digital