Convertir audio
La conversión de una señal analógica en una versión digital se trata de hacer una forma de onda continua en números discretos. Más tarde, cuando reconstruimos la señal, usamos los números para generar la señal, paso a paso.
Figura 1. Principios para el proceso de digitalización del audio analógico:
- La entrada de una fuente analógica, es decir, un micrófono.
- La señal se filtra en paso bajo antes del muestreo ( anti-aliasing ).
- El muestreo ( S / H = sample and hold) se realiza a una velocidad determinada que determina el límite superior del rango de frecuencia del audio digitalizado.
- Luego se determina el tamaño de cada muestra ( cuantización ). El número de bits disponibles por muestra determina la precisión de la muestra de audio cuantizada. Más bits equivalen a un rango dinámico más alto.
- El código binario (0 y 1) se almacena o se pasa a otra parte de la cadena ( almacenamiento / transmisión ).
Muestreo
La base de la conversión se trata de tomar muestras. Una muestra es una medida discreta de un solo punto de la forma de onda del audio en un punto dado en el tiempo. Una muestra es un solo valor. El valor puede almacenarse o pasarse a otro dispositivo.
Sin embargo, una muestra no es suficiente para recrear el sonido vivo. Para almacenar suficiente información relacionada con la forma de onda del audio original, necesita muchas muestras.
Entonces, poco después de tomar la primera muestra, se toma otra. El sonido se ha movido, por lo que esta nueva muestra probablemente tenga un nuevo valor. Nuevamente, poco después de la segunda muestra, se toma otra. Y otro. Y así.
Figura 2. Una muestra es una medida de un punto del audio original.El número de muestras tomadas por segundo, la frecuencia de muestreo, determina la frecuencia de audio más alta posible para reconstruir después de ser digitalizada. La regla es: necesita al menos el doble de muestras en comparación con la frecuencia más alta que desea reproducir (o necesita al menos dos muestras por período de audio). Si desea grabar hasta 20,000 Hz (20 kHz), necesitará al menos 40,000 muestras por segundo (o expresado de manera diferente: una frecuencia de muestreo de al menos 40 kHz). Para que esto funcione en praxis, aplicamos algunas frecuencias de muestreo estandarizadas para este propósito, por ejemplo: 44.100 Hz y 48.000 Hz.
Aliasing
Si no sigue la regla de tomar al menos dos muestras por período de audio, se pueden capturar frecuencias de alias no deseadas. Alias significa cambio de identidad (piense en James Bond / 007 …). Para evitar que esto suceda, debe aplicar un filtro ‘anti-alias’ antes del muestreo. Este es un filtro de paso bajo que bloquea las frecuencias que son superiores a la mitad de la frecuencia de muestreo.
Este tipo de filtro puede afectar el audio. Sobremuestreo (por ejemplo, duplicar o cuadruplicar la frecuencia de muestreo se utiliza para obtener menos influencia del filtro. (Sin embargo, duplicar la frecuencia de muestreo también duplica la cantidad de datos para una grabación determinada).
Figura 3. Frecuencia de muestreo
Si la frecuencia de muestreo no es al menos el doble de la frecuencia de audio más alta, la señal reconstruida no está de acuerdo con la entrada.Arriba: el período de la señal se muestrea seis veces. 6> 2, entonces la reconstrucción está bien.
Medio: los dos períodos de una señal se muestrean seis veces, lo que equivale a 3 veces por período. 3> 2, entonces las reconstrucciones están bien.Abajo: los seis períodos de la señal se muestrean seis veces, lo que equivale a 1 vez por período. 1 <2, por lo que la señal termina como una frecuencia de alias, que es diferente del original.
Estar nervioso
Otra cosa muy importante a tener en cuenta durante la conversión es el intervalo entre cada muestra. Cada intervalo debe ser exactamente la misma duración. Porque, cuando se digitaliza, no hay información sobre el momento de cada muestra. Por lo tanto, debemos confiar en una repetición constante del muestreo, un intervalo constante. (Por ejemplo, cuando se aplica una frecuencia de muestreo de 48 kHz, el intervalo entre dos muestras cualquiera es de 20.833 microsegundos [µs]).
El reloj de muestreo debe ser estable y no debe ser molestado por nada. (La repetición de muestreo no ajustada, también llamada jitter, produce ruido en el audio reproducido).
Cuantización
Como se mencionó anteriormente, cada muestra representa un punto de la señal original. Es esencial que la medición de cada punto y el valor almacenado sean lo más precisos posible. Después del proceso de muestreo, se pierden todas las referencias a la señal original.
Establecer el valor de la señal original en el momento del muestreo es un poco como usar una cinta métrica en un taller. Si va a cortar un estante para su armario, debe tomar una medida para saber cuál debería ser el tamaño. Ahora, si la cinta métrica solo muestra metros o yardas, es casi imposible encontrar el tamaño correcto. Si la cinta muestra decímetros o tal vez pulgadas, está mejorando. Sin embargo, el estante aún puede no encajar realmente en el armario. Sin embargo, si la cinta métrica muestra milímetros o fragmentos de pulgadas, la precisión es lo suficientemente alta como para describir el tamaño.
El término cuantificación proviene de la palabra latina ‘quantitas’ que significa cantidad o tamaño. Para describir el tamaño de una muestra usamos bits. ‘Bit’ es una contracción de las palabras » bi nario digi camisetas‘. Binario significa que el dígito solo puede tener uno de dos valores, 0 o 1. Si queremos contar números más altos, debemos agregar más bits. Por ejemplo, la aplicación de dos dígitos binarios conduce a la posibilidad de cuatro valores: 00, 01, 10 y 11. Agregar un bit más duplica el número de valores para cada bit agregado.
La precisión de la medición, o cuantización, está determinada por el número de bits disponibles para cada muestra. Cada valor de bit representa un valor predeterminado. Si el valor de la señal original coincide exactamente con uno de los valores predefinidos, todo está bien. Sin embargo, si no, debe aceptar el valor más cercano disponible. Pero eso introduce un error que nunca puede ser compensado. Por lo tanto, para reducir los errores, es esencial asignar un número suficiente de bits por muestra. Muy pocos bits por muestra producen distorsión. Aumentar el número de bits cambia la distorsión percibida en ruido. Entonces es una cuestión de qué tan bajo nivel de ruido desea para su conversión. Básicamente, la relación señal / ruido aumenta en 6 dB por bit extra aplicado.
Las computadoras organizan bits en paquetes de ocho; lo que significa que el número preferido (práctico) de bits por muestra es 8, 16, 24, etc. Un 8 bits por muestra es demasiado bajo para un sonido de calidad. Una muestra de 16 bits se aplica al sonido con calidad de CD. Para la producción de audio de alta calidad, se aplica una muestra de 24 bits.
Figura 4. Cuantización
Con la cuantización, es el número de bits que determinan la precisión del valor leído. Cada vez que hay un bit más disponible, la resolución de la escala se duplica y el error de medición se reduce a la mitad. En la práctica, esto significa que la relación señal / ruido mejora en aproximadamente 6 dB por cada bit adicional disponible.
DA
En la conversión de digital a analógico, el objetivo es producir una señal que sea proporcional al valor contenido en la información digital numérica. Cada bit representa una fuente de voltaje. El bit más significativo (MSB) se convierte en el voltaje más grande; el siguiente bit más significativo se convierte en la mitad de ese voltaje, y así sucesivamente hasta que se alcanza el bit menos significativo (LSB). Al sumar todos los pasos de voltaje y al mantener cada valor sumado hasta que la siguiente muestra tome el control, se crea una señal continua. La señal se suaviza aplicando un filtro de paso bajo.
Figura 5. Conversión D / A
- Durante la conversión de digital a analógico, los números almacenados se vuelven a convertir en valores analógicos.
- Los números se leen en una fuente de alimentación programable para que recreen los pasos de voltaje correspondientes.
- El filtro de paso bajo iguala la señal al eliminar los armónicos (causados por los pasos) que se encuentran por encima del espectro de frecuencia deseado.
- La salida es audio analógico puro.
La interfaz de audio digital MMA-A
El MMA-una interfaz de audio digital es un micrófono de alta calidad de doble canal de preamplificador y el convertidor A / D . Le permite capturar audio nítido a través de sus aplicaciones de grabación / transmisión favoritas. El MMA-A se puede usar con todas las cápsulas de micrófono DPA.
