PDF de programación - Unidad 3: Sonido digital

INFORMÁTICA



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Unidad 3: Sonido digital.

1 Sonido.

El sonido es una vibración que se propaga en forma de onda (wave) a través del aire, la cual
transmite la vibración hasta que llega a nuestros oídos. Cuando las vibraciones se producen de
forma arbitraria, sin ninguna secuencia rítmica, decimos que se trata de un ruido.

Las ondas sonoras son de naturaleza mecánica. Las características que las definen son:

(cid:1)Amplitud (A): es la característica de las ondas sonoras que percibimos como volumen.

(cid:1)Frecuencia (f): es el nº de ciclos completos que se repiten en un segundo. Las ondas
que se repiten cada cierto tiempo se denominan periódicas. La frecuencia se mide en
hercios (Hz) y Hz equivale a un ciclo por segundo.

(cid:1)Periodo (T): es el tiempo que tarda en producirse un ciclo. Viene dado por la expresión

T=1/f.

(cid:1)Longitud de onda (λ): es la distancia que recorre un sonido en un ciclo completo. La
longitud de onda la expresamos de la siguiente forma: λ=v/f, donde v es la velocidad

del sonido (m/s) y f, la frecuencia (Hz).



Para describir un sonido utilizamos 3 términos: intensidad, altura o tono y timbre.

(cid:2) La intensidad: depende de la energía que transporta la onda sonora y está en relación
directa con su amplitud. Una onda de mayor amplitud producirá más desplazamiento de
la membrana del oído y la sensación será la de un sonido más fuerte. Así pues, dicho
de forma simplificada, cuanto mayor sea la amplitud de onda, mayor será el volumen y
viceversa. Para indicar el nivel de intensidad utilizamos una unidad denominada
decibelio.
o

Umbral de audición: corresponde a la intensidad mínima que ha de tener un
sonido para que lo podamos percibir y se sitúa en 0 decibelios.
Umbral de intensidad dolorosa: determina cual es la máxima intensidad de
sonido que somos capaces de soportar, y se sitúa en torno a los 140 decibelios.
Las intensidades de sonido superiores a este valor pueden producir daños
irreversibles en el órgano auditivo.

o

(cid:2) La altura o tono: es la característica que permite percibir un sonido como más grave o
agudo que otro. La gama de frecuencias audibles va desde 20HZ a 20Kz, y entre estos
dos valores se encuentra la gama de sonidos graves, intermedios y agudos. Las
frecuencias inferiores a 20Hz corresponden a los llamados infrasonidos y los superiores
a 20KHz corresponden a los ultrasonidos.

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Clasificación de las frecuencias audibles

SUBGRAVES

GRAVES

INTERMEDIOS

INTERMEDIOS – AGUDOS

AGUDOS

De 20 a 80 Hz

De 80 a 320 Hz

De 320 a 2.560 Hz

De 2.560 a 5.120 Hz

De 5.120 a 20 KHz

(cid:2) El timbre: es la característica que nos ayuda, por ejemplo, a reconocer a las personas

por la voz o a distinguir distintos tipos de instrumentos musicales.

2 Sonido digital:


Puesto que el sonido se transmite por ondas analógicas, el ordenador no es capaz de trabajar
con él. Ese es el motivo por el que el ordenador ha de convertir la señal analógica de los sonidos en
señal digital, proceso que se denomina digitalización del sonido. Y este proceso se repite en sentido
contrario cuando es el ordenador el que ha de generar sonidos para que se oigan mediante unos
altavoces, cascos…

La digitalización de un sonido supone tomar muestras de la señal sonora (muestreo) cada cierto


tiempo (frecuencia de muestreo).



La calidad de un sonido digital, vine definida por los siguientes parámetros:

(cid:3) Frecuencia de muestreo: es el nº de muestras que se toman en un intervalo de tiempo
normalmente cada segundo. Un sonido digital en calidad CD audio tiene una frecuencia
de muestreo de 44.100Hz es decir se toman 44.100 muestras por segundo.

(cid:3) Resolución o tamaño de la muestra: indica la cantidad de bits de información que
ocupa cada muestra. Cada dígito binario puede estar representado por dos valores. 0 y
1, para un sistema de 8 bits (1 byte) tenemos que cada muestra puede tomar 28=256
valores diferentes. Para un sistema de 16 bits (2 bytes) contamos con 216=65.536
valores diferentes para cada muestra. Una calidad CD audio tiene 16 bits.

(cid:3) Canales: nº de pistas que componen un sonido. Un sonido mono tiene una sola pista,
un sonio estéreo tiene dos pistas y un sonido 5.1 tiene cinco pistas. Los CD audio
tienen sonido estéreo.

Las ventajas mas importantes del almacenamiento digital del sonido es que no pierde calidad al

copiarlo, reproducirlo o conservarlo durante mucho tiempo.

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2.1 Calculo del tamaño de un archivo audio.


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El tamaño o peso de los archivos de audio sin comprimir se puede calcular conociendo los
segundos que dura el archivo, la frecuencia de muestra, los canales o pistas y el tamaño de la muestra.
La fórmula que los relaciona es la siguiente:


Tamaño=Frecuencia (Hz) x nº de canales x tamaño de la muestra (bits) x segundos de duración


Ejemplo:

duración, con calidad CD audio, en el disco duro del ordenador:

Determinar el espacio que vamos a necesitar para almacenar una canción de 3 minutos de

El estándar definido para el sonido digital en un Cd establece:
- Una frecuencia de muestreo de 44.100Hz.
- Una resolución o tamaño de muestra de 16 bits.
- Sonido estéreo 2 canales.
- Un tiempo de 3 minutos, es decir, 180 segundos.

Tamaño = 44.100muestra/segundo x 2 canales x 16 bits/canal x 180 segundos = 254.016.000 bits
Pasamos a megabytes:
254.016.000 bits x 1 byte/8bits = 31.752.000 bytes x 1KB/1024bytes = 31.007,81 Kbyte = 30,28 MB

Ejercicios:

1 ¿Qué entendemos por digitalización?
2 ¿Cuáles son los parámetros que definen la calidad de un sonido digital?
3 Calcula el espacio que se necesita para grabar una voz con una frecuencia de muestreo de 11 KHz,

una resolución de 8 bits y calidad mono durante 4 minutos.

4 Calcula el tamaño que ocupará un archivo de sonido digital sin comprimir sabiendo que dura 10

segundos, es estéreo y tiene calidad de CD audio.



5 Formatos de sonido digital:

Para almacenar el sonido digitalizado (en el disco duro del ordenador, en un CD…) debemos
elegir el formato de archivo que vamos a utilizar. Se pueden clasificar los archivos de audio en dos
grandes grupos:

(cid:3) Formatos sin compresión de datos: el sonido se guarda sin ningún tipo de compresión.

Tiene alta calidad pero también gran peso.

(cid:3) Formatos con compresión de datos: se basa en la ejecución de complejos algoritmos
aplicados al archivo de audio, sin comprimir, para reducir se tamaño manteniendo muy
buena calidad.

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Los formatos de audio más utilizados son:



Formatos de

archivo

Características

Extensión

WAV

MIDI

CD-A

MP3

WMA

OGG

REAL AUDIO

Es un formato de audio digital, normalmente sin compresión de
datos, desarrollado por Microsoft e IBM. Admite archivos mono
y estéreo con diversos tamaños y velocidad de muestra.
Ocupan mucho espacio.

En estos archivos no se guardan sonidos reales, sino órdenes
para que un sintetizador musical genere la música. Ocupa
bastante menos espacio que los archivos de sonido real,
aunque tienen peor calidad.

Los archivos de música domésticos reconocen este tipo de
arch9ivos y por eso reproducen los CD musicales comerciales
aunque cada vez hay más equipos que reproducen otro tipo de
archivos como los MP3.

Fue el primero que aparición con un sistema de compresión
suficientemente bueno para conservar un buen nivel de calidad
y permitir la transmisión de archivos, de manera cómoda, por
Internet., así como almacenar grandes cantidades de música en
soportes portátiles.
Se puede reducir el tamaño de los archivos hasta un 90%, sin
pérdida aparente de calidad.

*.wav

*.mid

*.cda

*.mp3

Ante el éxito de MP3, Microsoft desarrolló su propio sistema de
codificación, el Windows Media Audio (WMA).

*.wma

El índice de compresión depende de la calidad de sonido a la
salida: cuanta más compresión menor es la calidad. No tiene
limitación de distribución, puesto que está basado en la licencia
pública general de GNU.

Es un formato muy utilizado en Internet, ya que su principal
característica es que se va reproduciendo a medida que se lee,
en tiempo real. Para poder reproducir el archivo se debe tener
instalado el reproductor RealPlayer y conexión en red con el
servidor de la música.

*.ogg

*.ra






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Práctica 1: Grabamos nuestra voz por medio de la grabadora de sonidos de Windows


En esta primera práctica vamos a grabar nuestra voz utilizando la grabadora que incorpora
Microsoft Windows, ya que sirve para realizar grabaciones analógicas. Para ello realiza los siguientes
pasos:

1. Para ajustar el volumen de grabación:

a. Haz doble clic en el icono de control de volumen, situado en la esquina inferior derecha

de la barra de estado.

b. En el menú Opciones, haz clic en Propiedades.





c. En el cuadro de diálogo Propiedades, en Ajustar volumen, haga clic en la opción

Grabación.



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d. Active la casilla de verificación situada junto al dispositivo en el que desee ajustar el

volumen de entrada y, después, haga clic en Aceptar.

e. Arrastre el control deslizante Volumen hacia arriba o hacia abajo para subir o bajar el

volumen de entrada.

2. Conecta el micrófono.
3. A