Grabación digital

La grabación de audio digital consiste en el almacenamiento de señales de audio o vídeo como una secuencia de dígitos binarios que pueden almacenarse en cintas magnéticas, discos ópticos u otros soportes. Esta tecnología se utiliza ampliamente en la industria musical y en muchos otros ámbitos.

Para grabar sonido, un convertidor analógico-digital transforma una onda sonora eléctrica procedente de un micrófono o una imagen visual analógica en información. Desde su aparición, la tecnología digital ha sustituido de forma lenta pero segura a los equipos analógicos debido a su bajo coste y facilidad de uso. Hoy en día, el audio digital es un estándar en casi todos los estudios, tanto profesionales como aficionados. Sin embargo, sorprendentemente pocas personas entienden realmente cómo funciona. Por eso, hoy hablaremos de los fundamentos del audio digital para la grabación musical.

Historia de su creación

Pasaron cien años entre el descubrimiento del primer dispositivo de grabación de sonido y la introducción de la grabación digital. Durante ese tiempo, los constantes avances tecnológicos y las infinitas innovaciones de científicos y técnicos han producido varias oleadas diferentes de captura, procesamiento y reproducción mecánica del sonido. La industria discográfica dio un gran paso adelante con la invención de los ordenadores y el sonido digital. Comenzó con simples láminas de estaño y cilindros de cera en los que la información sonora era recogida por el diafragma de grabación de los gramófonos y cuidadosamente grabada. Luego, el desarrollo continuó con los casetes, que permitían a los oyentes disfrutar de sonidos multicanal.

Los japoneses fueron los pioneros de la grabación digital, ya que a finales de los años 60 lograron conservar dicha grabación con cinta magnética y mostrarla al público. En diez años, se presentó la grabadora de audio de Sony. Era capaz de convertir el sonido analógico en digital y almacenarlo en VHS. Sin embargo, la música seguía vendiéndose en vinilo.

Las cosas empezaron a cambiar a finales de la década de 1970, cuando Sony y Panasonic comenzaron a presentar los CD, un verdadero medio digital capaz de almacenar hasta 150 minutos de sonido de alta calidad. El CD almacena la información utilizando una fina capa de papel de aluminio, en la que se imprimen millones de bits de datos en un patrón que puede ser leído por un láser y convertido electrónicamente en una señal analógica.

La llegada de los CD permitió finalmente a los ingenieros eliminar el ruido causado por la fricción entre la aguja y el material de almacenamiento. Esta y muchas otras ventajas hicieron que los CD se convirtieran en uno de los soportes de audio más populares a finales del siglo XX y principios del XXI. Sin embargo, la industria musical se mostró escéptica con los CD porque proporcionaban una calidad de sonido casi perfecta y eran fácilmente pirateables por los usuarios. Para resolver estos problemas, en 1987 se creó otro medio digital llamado casete de audio digital (DAT). Este nuevo formato tuvo un éxito moderado en Norteamérica y sigue siendo hoy en día una de las formas preferidas para manipular grabaciones de audio profesionales.

Los primeros años del siglo XXI vieron el crecimiento del sonido digital que no estaba vinculado a los soportes físicos. Los avances en los códecs de compresión (principalmente MP3), la infraestructura de Internet y la miniaturización de los reproductores digitales personales permitieron a los usuarios llevar consigo sus grabaciones digitales allá donde fueran. Aunque a finales de la década de 1990 existían algunos reproductores MP3 influyentes, la industria musical cambió significativamente con la introducción del iPod de Apple. Se trata del popular reproductor de audio que sentó las bases de las tiendas de música digital y la infraestructura de distribución por Internet para los clientes actuales.

Comparación con la grabación analógica

Las grabaciones analógicas eran las únicas que se utilizaban ampliamente antes de la revolución digital de la década de 1970. Utilizaban diversos métodos que ahora están obsoletos, como los discos de larga duración (LP), las cintas de ocho pistas (en cinta metálica o magnética) y los casetes de audio. Desde principios del siglo XX hasta la década de 1970, el sistema analógico parecía ideal para la grabación, pero con la revolución informática de finales de siglo, la alta velocidad y otras características del procesamiento digital hicieron que la grabación digital no solo fuera posible, sino cada vez más adecuada para muchas aplicaciones.

La constante disminución de los costes debido a la producción en masa de ordenadores, discos ópticos, reproductores láser y otros dispositivos también ha desempeñado un papel importante. La grabación digital es más fácil de lograr una reproducción de alta fidelidad porque proporciona un amplio rango dinámico y bajo ruido y distorsión con una implementación adecuada.

Formatos de grabación digital

Los archivos de audio digital se pueden crear en una variedad de formatos. En general, se dividen en dos categorías: comprimidos y sin comprimir.

Los formatos comprimidos (como el MP3) tienen un tamaño de archivo mucho menor que los formatos sin comprimir, pero sacrifican la calidad del sonido. Los dispositivos portátiles (como los reproductores de MP3) obtienen una compensación entre una menor calidad y la capacidad de almacenar miles de archivos. La calidad de los servicios de streaming (como Spotify) puede mejorarse si se utiliza Wi-Fi o se dispone de una buena conexión de datos.

Los archivos de sonido se pueden crear utilizando secuenciadores. Existen servicios tanto de pago como gratuitos, como Amped Studio, que permite crear y editar música, realizar mezclas complejas, grabar voz y mucho más en línea. Las pistas creadas en este programa se pueden guardar en diferentes formatos digitales, que se comentarán a continuación. También puedes compartir tus grabaciones con tus amigos y editarlas juntos.

Formatos sin comprimir

Estos formatos se consideran la mejor forma de almacenar datos para una reproducción de alta calidad, ya que requieren muy poco procesamiento para producir datos de audio. Los formatos más comprimidos pueden provocar fallos de audio en algunos sistemas.

AIFF: estándar de Apple

WAVE (o WAV): un estándar para audio sin comprimir con calidad de CD en sistemas Windows que utiliza grabación en formato PCM. La grabación con calidad de CD tiene una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz con una resolución de 16 bits.

Tamaño del archivo: aproximadamente 10,1 MB por minuto. Esta cifra es la misma para todos los archivos WAV con calidad de CD, ya que el tamaño del archivo depende únicamente de la duración del mismo, y no de su contenido de audio.

BWF (Broadcast Wave Format): utilizado en grabadoras de audio portátiles y estaciones de trabajo de audio digital para radiodifusión.

Compresión sin pérdidas

Los formatos de esta categoría contienen toda la información de audio. Sin embargo, el tamaño del archivo se reduce a costa de un almacenamiento de datos más eficiente.

Sin pérdida WMA (Windows Media Audio): diseñado con la posibilidad de gestión de derechos digitales (DRM) para la protección contra copias.

ALAC (Apple Lossless Audio Codec): código abierto y de uso gratuito desde 2011 (aunque originalmente era propiedad de Apple).

FLAC (Free Lossless Audio Codec): código abierto, licencia de formato libre.

Compresión con pérdida

MP3: formato de archivo de audio comprimido desarrollado por el Motion Picture Expert Group (MPEG) como parte de su estándar de vídeo MPEG1 y ampliado posteriormente al estándar MPEG2 Layer 3.

Al eliminar las partes del archivo de audio que son prácticamente inaudibles, los archivos mp3 se comprimen hasta alcanzar aproximadamente una décima parte del tamaño del archivo PCM equivalente, manteniendo una buena calidad de sonido.

Hay dos parámetros que se pueden ajustar para cambiar la calidad y el tamaño del archivo MP3:

• Velocidad de bits;
• Frecuencia de muestreo.

MP4 o M4A: sucesor del MP3 basado en la compresión AAC.

M4P: una versión propietaria de AAC en formato MP4 con gestión de derechos digitales, desarrollada por Apple para su uso en música descargada de su iTunes Music Store.

OGG Ogg Vorbis: un formato de audio comprimido de código abierto y sin patentes.

Ventajas y desventajas de la grabación digital

La tecnología digital ha brindado muchas oportunidades a los usuarios. Por ejemplo, antiguamente, para realizar una grabación, era necesario utilizar estudios que ocupaban mucho espacio y costaban mucho dinero. Ahora, todo lo que se necesita es un ordenador potente, que es mucho más potente que un estudio y cuesta mucho menos.

Esta accesibilidad permite no solo a los profesionales, sino también a los aficionados, realizar grabaciones de sonido. Los programas que se utilizan hoy en día ofrecen posibilidades prácticamente ilimitadas para el procesamiento del sonido, mientras que antes se utilizaban herramientas reales para este fin. Ahora se puede crear un efecto único con solo unos pocos clics en Amped Studio.

Para los usuarios normales, la grabación de audio digital también tiene una serie de ventajas:

• muchos soportes de almacenamiento son muy compactos y pueden almacenar grabaciones digitales durante años en memorias USB, CD, etc.;
• hay programas especiales que permiten limpiar grabaciones antiguas y eliminar el ruido;
• además, todos los sonidos se pueden editar para añadir efectos, volumen, frecuencia, etc.

Gracias a Internet, los usuarios tienen la posibilidad de enviarse sus piezas musicales favoritas, escuchar decenas de miles de pistas diferentes y publicar sus propias obras musicales.

Además, los sistemas analógicos tienen la desventaja de que la distorsión aumenta a medida que se reproduce y se vuelve a grabar. Cada copia sucesiva se escuchará peor. En un sistema de grabación digital, esta distorsión no se produce. La grabación maestra puede tener errores de cuantificación mínimos, pero estos no empeoran al copiarla. Una copia maestra digital puede hacer miles de copias sin distorsión. Del mismo modo, los soportes digitales en CD pueden reproducirse miles de veces sin distorsión.

Sin duda, la tecnología digital tiene sus desventajas. Con su desarrollo, mucha gente empezó a darse cuenta de que las grabaciones analógicas tienen un «sonido más vivo». Pero no se trata solo de nostalgia por los viejos tiempos. Se trata de la digitalización, que a veces añade errores al sonido. Además, el «ruido de transistor» puede realizar sus propios ajustes. No existe una interpretación única de este concepto, pero su significado es una vibración caótica a un nivel de alta frecuencia. Aunque el oído humano está diseñado para percibir frecuencias no superiores a 20 kHz, nuestro cerebro parece ser capaz de percibir también frecuencias más altas. Esta característica nos hace pensar que el sonido analógico es más limpio que el digital.

Además, todos los soportes de grabación son imperfectos debido al polvo u otras contaminaciones que impiden que el equipo capture los datos en el medio. En la grabación analógica, los defectos aparecen como ruido audible, mientras que en la grabación digital provocan errores en el flujo de bits que pueden dar lugar a ruido o fallos en la reproducción. Para resolver este problema, se incorporan códigos de corrección de errores en el flujo de datos. Algunos de estos códigos pueden ser muy complejos y también hacen que los datos ocupen más espacio de almacenamiento. Sin embargo, el resultado es una reproducción de discos muy fiable con niveles razonables de polvo y arañazos.

Términos clave en la grabación digital

Bits y bytes

Un bit es el elemento más pequeño que contiene datos en la memoria de un ordenador. Ocho bits forman un byte, que los ordenadores tratan como un elemento completo.

Alta densidad

Esto significa la capacidad de almacenar grandes archivos de audio, vídeo o datos en un espacio reducido.

Parámetros de la grabación digital

Los parámetros que afectan a la calidad de una grabación digital son los siguientes:

• La resolución del convertidor analógico-digital (ADC) y del convertidor digital-analógico (DAC);
• Las frecuencias de muestreo del ADC y el DAC;
• La fluctuación (distorsión de la señal) del ADC y el DAC;
• El sobremuestreo.

Además, ajustes como los siguientes desempeñan un papel importante:

• La cantidad de ruido en relación con las señales;
• La cantidad de distorsión de tipo no lineal;
• Interferencia de intermodulación;
• Irregularidades de amplitud y frecuencia;
• El proceso de penetración mutua de canales.
• Dinámica del rango.

Descripción del proceso de grabación digital

La grabación se realiza de la siguiente manera:

1. La señal analógica se transmite al ADC;
2. La conversión de esta señal, durante la cual se mide la onda analógica muchas veces. Después de eso, se le asigna el valor binario con el número de bits (longitud de palabra);
3. A continuación, se realiza un muestreo, que es la frecuencia a la que el ADC mide el nivel de la onda analógica;
4. La longitud de palabra preestablecida, que es una muestra digital del sonido, representa el nivel de sonido de un segundo;
5. El tamaño de la longitud de palabra determina la precisión de la visualización del nivel de la forma de onda del sonido;
6. La frecuencia de la señal digital depende del tono de la frecuencia de muestreo.
7. Las muestras de audio digital resultantes, que son un flujo constante de números, se envían al ADC.
8. Los números binarios resultantes pueden almacenarse en diversos soportes multimedia.

Cómo se produce la reproducción:

1. Los números se envían desde el soporte al DAC, que los convierte de nuevo en analógicos, fusionando los datos de nivel. Esto restaura la forma de onda analógica a su forma anterior.
2. La señal se amplifica y comienza a enviarse a los altavoces o pantallas.

Conclusión

La grabación digital ha revolucionado la industria musical y otros sectores, relegando a la historia a su predecesora analógica. Gracias a sus ventajas y a su asequibilidad, esta tecnología ha encontrado aplicación en muchos campos, y hoy en día es difícil imaginar el mundo sin ella.