Sistema de muestreo.

Muestreo (Sampling) se llama a la técnica mediante la cual se transforma un PC en un estudio digital de sonido, a través de una tarjeta de sonido. Con la misma se graba, con calidad CD, secuencias de equipos estéreo o de la unidad CD-ROM del PC, se guardan en el disco duro y después pueden reproducirse sin pérdidas de calidad. Básicamente, en el muestreo no se trata de otra cosa que de una conversión digital/analógica o analógica/digital de alta calidad. Al grabar, la tarjeta de sonido toma la señal de sonido analógica y la convierte en “muestras” digitales, con lo que se produce una conversión analógica/digital. En la reproducción se invierte de nuevo el proceso, convirtiéndose entonces el flujo de datos digitales de las muestras en una señal analógica.
Cuál será la coincidencia de esa conversión analógica/digital con la señal analógica original, depende de la llama “frecuencia de muestreo” y de su resolución. Lo ideal sería grabar la señal analógica en cada infinitamente pequeño momento de su recorrido, pero eso, obviamente, no es posible, porque requeriría un también infinito espacio de almacenamiento para la información que genera. En lugar de ello, se “toma” sólo un determinado número de muestras por segundo, mientras más frecuentemente se tomen esas muestras y menos sean, por tanto, los espacios entre las muestras individuales, con más exactitud se reproducirá el recorrido de la señal analógica y mayor será la calidad de la grabación. Como medida de todos estos aspectos en este campo se dispone de la tasa de muestreo de los CD de audio, la cual es de 44,1 Khz. En los mismos se realizan 44100 muestras por segundo, lo que permite la famosa calidad del sonido de los discos compactos.
Pero no sólo la frecuencia de muestreo determina la calidad de la grabación digital. Un significado decisivo lo tiene además la resolución de las muestras. Este indicador se refiere a la representación de las señales sonoras analógicas en un espectro de valores digitales. En el caso de la calidad CD se graba con una profundidad de 16 bits, es decir, que es posible diferenciar entre 65536 intensidades de la señal. Si se utiliza una resolución más baja el espectro será 256 veces más bajo y esto se percibe claramente cuando se escucha. El muestreo exige mucho más espacio de almacenamiento. 1 segundo de sonido con calidad CD requiere ya sus buenos 170 KB, 10 segundos 1,7 MB y un minuto alrededor de 10MB. Por eso no resulta sorprendente que un CD completo, con sus aproximadamente 72 minutos de tiempo de ejecución equivalga a un volumen de datos de más de 600MB.

Síntesis de sonido en las tarjetas de audio.

El almacenamiento y reproducción del sonido puede hacerse siguiendo dos criterios que se denominan: magnetófono y de partitura.
El magnetófono pretende almacenar la forma de onda de la forma más fiel posible para reproducirla después. Es el método utilizado en los antiguos dispositivos analógicos como el gramófono y el magnetófono. Por otro lado el sistema de partitura establece las reglas por las que se formara el sonido; es la información contenida en la partitura la que informa al músico sobre los resultados que debe conseguir.
De forma resumida podemos adelantar que en el sistema magnetófono digitaliza la onda por el procedimiento de anotar repetidamente su amplitud en intervalos de tiempo muy pequeños, mientras que el sistema de partitura utiliza un lenguaje especializado a las notas musicales, para almacenar información sobre la nota, a la construcción de una “partitura electrónica” la cual indica cuando se debe reproducir un sonido.
Los circuitos electrónicos pueden generar (sintetizar) el sonido basándose en diferentes planteamientos. Del sistema que se elija dependerá en gran medida la calidad del sonido resultante. Así existen los siguientes tipos de síntesis usados en las tarjetas de sonido, entre las que destacan FM (Modulación de frecuencia),Wavetabla (tabla de ondas),y Waveguide,

Las tarjetas de sonido.

Las tarjetas de sonido son las encargadas de soportar todos los aspectos relacionados con el tratamiento digital del audio, así como otras funciones de carácter analógico. El mercado ofrece un amplio abanico de modelo que, aun en los de menos presentaciones, ofrecen funciones suficientes para incluso procesos musicales profesionales. Fundamentalmente, las funciones que deben realizar son tratamientos de señales digitales, amplificación y disposición de un banco de sonidos. Todo ello, por supuesto está gobernado por un micro controlador especializado que gestiona todo el trasiego de información.
Ya se conoce cuál es el sentido del sonido digital. La tarjeta de sonido debe estar preparada para su tratamiento, esto es, principalmente, las funciones de codificación y decodificación entre el audio analógico y las señales digitales. Un juego, por ejemplo, ofrecerá un sonido que está grabado en formato binario, por lo que deberá ser la propia tarjeta de sonido la que se encargue de hacer las gestiones oportunas para su conversión a señale analógicas. El banco de sonidos es, realmente, una base de datos con la información específica de instrumentos y efectos. Estos están disponibles para ser usados por software y, por supuesto, por el MIDI.
Las tarjetas de sonido suelen ser todas de tipo PCI aunque en su día las hubo también ISA y su conexión al bus, en nada diferente de cualquier otra tarjeta. No obstante, si hay un cableado adicional a tener en cuanta: la conexión analógica entre la unidad de CD ROM y la entrada de CD IN de la tarjeta. Aunque la información digital se trasmita a través del propio bus, es preciso que la analógica parta de la fuente que la origino hasta una entrada destinada a tal fin en la tarjeta de sonido. Esto se hace mediante un cable de dos o tres hilos que se corresponde con los dos canales estéreos y una o dos señales de masa, según el caso.
Nada de 32, 64, 128 y 256 bits. Las tarjetas de sonido (excepto muy raras excepciones profesionales) toman las muestras de sonido a 16 bits (aunque se llame SoundBlaster 128 PCI o MaxiSound 64). Esto ha llevado a engaño a creer que su tarjeta de sonido trabajaba con más bits que su propio procesador (pero se trata del número de voces, que es otro tema completamente distinto). Esos bits vienen a definir la posición del altavoz.
Para emitir sonidos, los altavoces se mueven dando golpes. Estos golpes hacen que el aire que nos rodea vibre, y nuestros oídos captan esas vibraciones y las transforman en impulsos nerviosos que van a nuestro cerebro. Pues bien, deberemos indicarle al altavoz dónde debe "golpear". Para ello simplemente le enviaremos una posición (en este caso un número). Pues bien, cuantas más posiciones podamos representar, mejor será el sonido. Y cuantos más bits tengamos, más posiciones podremos representar.

Sonido digital y sonido analógico.

La necesidad de tratar eléctricamente las señales de audio lleva a un uso analógico de la señal, es decir, el reflejo que por medio de una sucesión de frecuencias y niveles de tensión cambiantes en el tiempo se usa en los sistemas de audio convencionales. Así si se piensa en un giradiscos o una unidad de casete, ambas originan una pequeña señal electrónica analógica del orden de micro voltios. Más tarde para al amplificador donde se obtendrá la misma señal pero aumentada. Por último, esta será enviada a los altavoces. Es importante recalcar que los altavoces no son otra cosa bocinas que, para su movimiento, precisan ser inducidas por diferencias de potencial, esto es, variaciones de corriente. Si se introdujese a un altavoz una señal de corriente continua, este no sonaría al no haber variaciones de intensidad. El sonido por tanto en analógico ya que consta de señales analógicas las que, con su riqueza de datos en amplitud y frecuencia, ofrece un espectro de sonido adecuado además del formato adecuado para ser reproducida por los altavoces.
Las señales analógicas son susceptibles de errores, es decir, interferencias, inducciones, ruidos… que van en detrimento de la calidad acústica. Si de algún modo toda esa información analógica se pudiera procesar digitalmente, todos estos problemas obviamente disminuirían ya que los datos se pueden controlar con detectores de error y evitar toda esta problemática. Así el sonido digital consiste en, disponiendo de la señal analógica original, “trocearla” en pequeñas pociones que se codificaran a información digital. Estas porciones suelen estar situadas, en el caso de los sistemas convencionales, en 44 Khz: Es decir 44.000 muestras por segundo. Así estas porciones de sonido se convierten en datos que pueden ser tratados digitalmente sin riegos de interferencias, inducciones, etc. El sonido siempre es analógico. Lo que realmente es digital es su tratamiento de cara a optimizar el trasiego de la señal por los diferentes circuitos y procesos. Esto explica que, por ejemplo, la calidad de audio de un CD ROM sea superior a la de un casete siempre y cuando, el CD ROM haya sido gradado y tratado de forma digital correcta.
El proceso digital de las señales ha aportado mucho en cuanto a la calidad y no sólo en aspectos como el Dolby Sorround Digital (consiste en seis fuentes de sonido en lugar de la dos convencionales del estéreo), los sonidos emitidos por muchos instrumentos no son sólo los que oímos sino que hay mucho más. Nuestro oído percibe sólo las señales comprendidas entre 20 Hz (sonidos graves) y 20 Khz (sonidos muy agudos). En esta línea hay sistemas de comprensión de audio donde, para optimizar el espacio ocupado, se eliminan las frecuencias que se escapan del espectro auditivo humano. De este modo se consigue reproducir única y exclusivamente el sonido preciso para nuestros oídos, disminuyendo el tamaño de la información que representa el audio.
El sonido digital ofrece posibilidades impensables de otra manera. Por ejemplo, la posibilidad de registrar los datos de sonido de un instrumento y compararlo con otros diferentes. Así hay un sistema denominado MIDI cuyas siglas proceden de Modem Inferface Digital Instrument, es decir, la capacidad de que un instrumento actué como interfaz de una máquina para ser tratado digitalmente. El MIDI realmente llega a ser un lenguaje donde se precisa de un “disparador” (instrumento) que, a partir de un banco de sonidos depositados por software o en la propia tarjeta de sonido, permita reproducir música a gusto del intérprete.

Sonido

El sonido constituye un estimulo físico. Este estimulo se capta a través de los oídos en forma de ruidos o voces. Mediante algunos pequeños experimentos se puede seguir la creación del sonido. Si se golpea en diapasón sobre un objeto solido se crear un tono. Entonces se podrá observar, que las puntas del diapasón vibran. La vibración de un diapasón se puede representar muy bien, cuando después del golpe se sumerge sus puntas en agua. Se forman anillos concéntricos alrededor de la fuente de sonido, los que se expanden cada vez más. La razón para ello es que las moléculas de agua son también transformadas en vibraciones por la fuente de sonido y estas se trasladan a las moléculas colindantes. Lo mismo sucede en el aire sólo que en este contexto se habla de ondas sonoras, así mismo para la difusión del sonido se requiere siempre un medio.
La velocidad de difusión del sonido es diferente según el medio transmisor y la distancia entre la fuente y el oído. El termino velocidad del sonido define la difusión del sonido en el aire y está en 340 m/s. La difusión del sonido es, por tanto, dependiente del medio transmisor y no de la fuente de sonido. La difusión del sonido puede observarse como una curva en un osciloscopio. La grabación de esas oscilaciones se llama oscilograma, dicha curva que representa el sonido tiene las siguientes características:
La oscilación principal define aquí, como en muchos otros procesos, la curva sinoidal. El espacio que se crea entre las mayores oscilaciones y el estado de calma se denomina amplitud. Una oscilación se crea entonces cuando se produce un alejamiento del estado de calma y seguidamente un regreso al mismo. El tiempo que se necesita para ello se denomina duración de la oscilación. La cantidad de oscilación por unidad de tiempo es denominada frecuencia. La unidad de medida es el Hertzio (Hz)

1 Hz=1 oscilación/s

Como es habitual que se trabaje con frecuencias muy altas, se utiliza el Kilohertzio (KHz)=1.000 Hz o el Megahertzio (MHZ)= 1.000.00 Hz. Duración y frecuencia de la oscilación son valores recíprocos. Si se establece una frecuencia de 22KHz, ello se corresponde con una duración de la oscilación de 1/22000 segundos. De forma general, esto se representa de la siguiente forma:

Frecuencia =1/duración de la oscilación

Si se graba la oscilación de una nota con un osciloscopio, entonces quedara rápidamente claro que la amplitud de las oscilaciones se incrementa cuando se golpea más firmemente. Al mismo tiempo el sonido será más alto que cuando el golpe es más suave.

antecedentes de la tarjeta de Audio.

El PC (Ordenador Personal) no fue pensado en un principio para manejar sonido, excepto por esa reminiscencia que en algunos ordenadores ya no se instala (o está desconectada) llamada "altavoz interno" o "PC Speaker". Ese pitido que oímos cuando arrancamos el ordenador ha sido durante muchos años el único sonido que ha emitido el PC. En un principio, el altavoz servía para comunicar errores al usuario, ya que la mayoría de veces, el ordenador debía quedarse solo trabajando.
Pero entró en escena el software que seguramente más ha hecho evolucionar a los ordenadores desde su aparición: Los videojuegos. Probablemente los programadores pensaron: "¿No sería maravilloso que los muñequitos ésos emitieran sonidos? ¿No sería aún más increíble una banda sonora?"
Sin embargo, un poco más tarde, en plena revolución de la música digital (empezaban a popularizarse los instrumentos musicales digitales) apareció en el mercado de los compatibles una tarjeta que lo revolucionó, la tarjeta de sonido SoundBlaster.
Por fin era posible convertir sonido analógico a digital para guardarlo en nuestro PC, y también convertir el sonido digital que hay en nuestro PC a analógico y poder escucharlo por nuestros altavoces. Posteriormente aparecieron el resto: SoundBlaster PRO, SoundBlaster 16, Gravis, AWE 32, AWE 64, MAXI Sound... todas más o menos compatibles con la súper exitosa SoundBlaster original, que se convirtió en un auténtico estándar.