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Audio Digital

Esta presentación relata un poco de historia sobre las fechas más importantes que destacan la historia del audio, presenta y explica también las características y condiciones de lo que es el Audio Digital y cómo funciona.
by

Omar Medina

on 10 November 2012

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Transcript of Audio Digital

Audio Digital 1888 1860 Fonoautógrafo El fonoautógrafo fue el primer dispositivo capaz de grabar sonido literalmente hablando, aunque después era imposible reproducirlo, sin embargo sirvió para ver que era posible el registro del sonido. Inventado por Leon Scott y patentado el 25 de marzo de 1857. Podía transcribir sonido a un medio visible, pero no tenía un modo de ser reproducido después. 90's Teorema del Muestreo Algo de Historia... 1979 1928 Desde el punto de vista teórico, uno de los mayores logros en el campo del audio, tal y como lo conocemos ahora, se alcanzó cuando el matemático norteamericano de origen sueco, Harry Nyquist, publica su “Teorema del muestreo” donde sienta los fundamentos del futuro procesamiento digital del sonido. 1877 1992 El Audio
Formatos Digitales El 4 de Diciembre de 1877, el inventor nacido en Ohio, Thomas Alva Edison, construyó el primer fonógrafo y realizó la primera grabación de la voz humana, la canción infantil “Mary have a little lamb”. La imagen de su invento se ha inmortalizado mediante el logo de “La voz de su amo” donde aparece también, frente a un fonógrafo, su perro Nipper sentado. El fonógrafo es un aparato capaz de gravar con una aguja los sonidos que se le transmite a través de un megáfono a una membrana la cual sujeta la aguja y la mueve gravando e la superficie los sonidos. ¿Cómo funciona? Grabación
Las ondas sonoras golpean un diafragma al que va unida una aguja que vibra con él y que está colocada sobre un cilindro de cera, mientras éste va girando a velocidad constante, la aguja traza sobre él un surco describiendo las vibraciones que le comunica el diafragma. Reproducción

Sobre un disco grabado la aguja recorrerá el surco y se moverá vibrando conforme a la forma de ese surco. Esas vibraciones son transmitidas al diafragma, que produce unas ondas en el aire con la misma frecuencia. Los cilindros giraban a una velocidad constante de 78 RPM, impulsados por motores a los que había que dar cuerda. Gramófono El gramófono fue el primer sistema de grabación y reproducción de sonido que utilizó un disco plano, a diferencia del fonógrafo que grababa sobre un cilindro. Asimismo fue el dispositivo más común para reproducir sonido grabado desde la década de 1890 hasta finales de la década de 1980.
Fue patentado en 1888 por Emile Berliner. AUDIO Tenía una especie de barril abierto por un extremo, hacia el cual se hablaba. En el otro extremo del barril había una membrana flexible que tenía una cerda pegada. Cuando la membrana vibraba por el sonido recibido, la cerda oscilaba. Al otro lado del barril había un cilindro que se había tiznado antes con una lámpara de gas. Cuando se quería grabar un sonido, se hacía girar el cilindro manualmente mientras se hablaba hacia el barril: la cerda iba “limpiando” el tizne negro del cilindro, formando una línea que era la representación visual del sonido. Y... ¿Cómo funcionaba? En 2008 se consiguió reproducir una de las grabaciones del fonoautógrafo del francés, utilizando tecnología moderna: la grabación más antigua de una voz humana. Fonógrafo Enunciado:

Si una señal contínua, S(t), tiene una banda de frecuencia tal que fm sea la mayor frecuencia comprendida dentro de dicha banda, dicha señal podrá recontruirse sin distorsión a partir de muestras de la señal tomadas a una frecuencia fs siendo fs > 2 fm. EL CD (Compact Disc) El proyecto del CD se presentó en 1978 durante la Digital Audio Disc Convention en Tokyo, donde Philips y Sony comenzaron su investigación, siendo la primera encargada de desarrollar el software principalmente, y Sony el Hardware. 1982 El 17 de agosto de 1982, Philips fabricaba el primerCompact Disc en una ciudad alemana próxima a Hanover. Fue el inicio de una auténtica revolución especialmente en la industria de la música, que pasó casi de golpe del mundo analógico al digital, y abandonó soportes como la cinta magnética y el vinilo por los discos brillantes y los lectores láser. El desarrollo de este nuevo soporte fue fruto de una colaboración entre Philips y Sony. MP3 En el año de 1987 el Instituto Fraunhofer se propuso desarrollar un método para transmitir audio en un formato digital comprimido. Idearon un algoritmo (codec) capaz de comprimir el sonido sin una pérdida de calidad apreciable.
En 1992, el Moving Picture Experts Group (MPEG) aprobó la tecnología y nació el MP3 (MPEG1 Audio Layer 3 - 3er nivel de compresión del MPEG1).
La verdadera revolución llegó con el crecimiento espectacular de Internet: cualquiera podía descargar una canción a su PC ignorando esa cosa que se conoce como copyright. El CD DE AUDIO En un CD de audio el sonido se ha muestreado a 44100HZ y a una resolución de 16 bits en estereo. Una canción corresponde exactamente a una pista.

Partiendo del conocimiento de que el oído humano es capaz de detectar frecuencias sonoras de hasta
aproximadamente 20 KHz, y tomando en cuenta el "Teorema de Nyquist", en el proceso de digitalización del Audio, para muestrear correctamente cualquier sonido se necesitará una frecuencia de muestreo superior o igual a 40 KHz.
¡De aquí proceden los famosos 44.100 Hz. utilizados en los discos compactos! Muestreo La frecuencia de muestreo ligeramente superior permite compensar los filtros utilizados durante la conversión analógica-digital. Efecto aliasing Si se utiliza una frecuencia menor a la establecida por el teorema de Nyquist, se produce una distorsión conocida como aliasing; Este efecto impide recuperar correctamente la señal cuando las muestras de ésta se obtienen a intervalos de tiempo demasiado largos. La forma de la onda recuperada presenta pendientes muy abruptas. Filtro antialiasing Los sistemas de digitalización incluyen filtros paso bajo, que eliminan todas las frecuencias que sobrepasan la frecuencia crítica (la que corresponde a la mitad de la frecuencia de muestreo elegida) en la señal de entrada. Es decir, todas las frecuencias que queden por encima de la frecuencia máxima a muestrear seleccionada, son eliminadas.
El filtro paso bajo para este uso concreto recibe el nombre de filtro antialiasing. Para evitar las caídas abruptas se utiliza el sobremuestreo (oversampling), que permite reconstruir, tras la conversión D/A, la señal original.

Consiste en aplicar un filtro digital que actúa sobre el tiempo (dominio de frecuencia), cambiando de lugar las muestras, de forma que al superponerlas, se creen muestreos simultáneos virtuales. Estos muestreos simultáneos no son reales, son simulaciones generadas por el propio filtro.

Las muestras obtenidas se superponen con los datos originales y los conversores A/D los promedian, obteniendo una única muestra ponderada (por ejemplo, si se hacen tres muestreos, finalmente, la muestra tomada no es ninguna de las tres, sino su valor medio).
No obstante, a la salida, la frecuencia de muestreo utilizada para reproducir la señal ya no es la misma que se utilizó para tomar las muestras a la entrada, sino que es tantas veces mayor como números de muestreo se hayan hecho.
Sobremuestreo Cuantificación A cada muestra que se toma, se le asigna un valor que representará la amplitud de la misma, esa asignación es la cuantificación.
La amplitud total (del máximo positivo al máximo negativo) estará dividida en tantos “escalones” (valores) como la resolución en bits lo permita. Como vemos en el cuadro, cuanto más cantidad de bits tengamos, más valores intermedios tendremos. Lo que hará que los “escalones” sean más pequeños y la onda digitalizada más parecida a la señal original. PCM uniforme Métodos de cuantificación Se caracteriza por tener un paso de cuantificación uniformemente distribuido. El número de niveles en la salida vendrá determinado por el número de bits de que dispongamos.
Distinguimos dos clases de cuantificación uniforme: Midthread o Midriser dependiendo de si incluimos el nivel o (cero) o no en la salida, respectivamente. Los ejemplos anteriores muestran la cuantificación codificada en 4 bits (lo que genera 16 niveles). Se interpreta que todos los valores de entrada se adaptarán al nivel que le corresponda según la respectiva escalera uniforme. Codificación Se entiende por Codificación en el contexto de la Ingeniería al proceso de conversión de un sistema de datos de origen a otro sistema de datos de destino.

En ese contexto la codificación digital, consiste en la traducción de los valores de tensión eléctrica analógicos, que ya han sido cuantificados (ponderados) al sistema binario. La señal analógica va a quedar transformada en un tren de impulsos de señal digital (sucesión de ceros y unos).
Esta traducción es el último de los procesos que tiene lugar durante la conversión analógica-digital. 1.Número de canales: Indica el tipo de sonido con que se va a tratar: monoaural, binaural o multicanal

2.Frecuencia de muestreo

3.Resolución (Número de bits).

4.Bit rate. El bit rate es la velocidad o tasa de transferencia de datos. Su unidad es el bit por segundo (bps).

Parámetros que definen el códec El codec de un CD de audio utiliza PAM (Modulación de amplitud de pulsos). Cuantificación lineal de la amplitud de la señal analógica. Resolucion de 16 bits y un bit rate de 1,412.2 Kbps (44100 x 16) Diversos formatos de Audio: ACC (Advanced Audio Coding)
Ogg formato de audio digital comprimido con pérdida.
Real Audio (RA)
WMA (Windows Media Audio)
AIFF (Audio Interchange File Format)
FLAC (Free Lossless Audio Codec)
WAV o wave (Waveform Audio Format)
MIDI (Interface Digital para Instrumentos Musicales) ¿Qué es el mp3? Formato MP3 MP3 su nombre proviene de la abreviatura MPEG-Layer3 y es el formato más estandarizado para el intercambio de archivos musicales en Internet.

La compresión del audio ha sido realizada de acuerdo al algoritmo de codificación desarrollado por MPEG (Moving Picture Expert Group) y el Instituto Tecnológico Fraunhofer , que se ha estandarizado como ISO MPEG Audio Layer3.

La verdadera revolución llegó con el crecimiento espectacular de Internet: cualquiera podía descargar una canción a su PC ignorando esa cosa que se conoce como copyright.

Por otra parte...
En comparación con el Compact Disc, el formato de audio MP3 ocupa al rededor de 10 veces menos espacio de almacenamiento. Por ejemplo, una sola pista de audio de 4 minutos en CD llega a tener un tamaño de hasta 50 MB, mientas que esa misma pista en formato mp3 puede ocupar un espacio aproximado de 4 MB (en función del nivel de compresión del formato). ¿Cómo funciona?
El algoritmo de compresión del MP3 se basa en las limitaciones del oído humano, que sólo es capaz de captar frecuencias entre 20Hz y 20Khz (es más sensible entre 2 y 4Khz), y elimina las frecuencias inaudibles conservando la esencia del sonido. Al obtener un MP3 es posible seleccionar el nivel de codificación y compresión que se desea. A mayor compresión, menor calidad.

A 128Kbits/44khz estéreo se consigue un buen equilibrio entre compresión y calidad y es el nivel que encontraremos por defecto en los compresores y en las canciones disponibles en la red.

Al codificar audio descarta la información poco relevante para el oído humano, una gran parte de la información del audio original se pierde sin que esto signifique una disminución notable en la calidad desde el punto de vista de un oyente humano. Mp3... Canales (estéreo o mono), si la música es estéreo los sonidos se transmiten por dos altavoces cada uno con información diferente, el formato mono presenta la misma información por los dos canales y comúnmente se utiliza para grabar solo voz.

Según lo expuesto cuando grabamos música lo habitual es utilizar 128 kbps y 44 Khz en estéreo, así comprimimos sin apenas pérdida de calidad. 1998... MP4 Es un reproductor multimedia digital, un dispositivo que almacena, organiza y reproduce archivos de video, audio e imágenes. Comúnmente se le denomina Reproductor MP4, pero este nombre fue inventado por los fabricantes como estrategia de marketing, debido a la sensación de superioridad que este nombre genera respecto al de Reproductor de MP3. Los reproductores multimedia digitales reproducen distintos formatos de audio y video, dependiendo del fabricante, y no obligatoriamente el formato *.mp4.
mp5 mp7 mp6 Se le llama incorrectamente MP5 a reproductores portátiles que cuentan con una pantalla táctil capaz de reproducir videos e imágenes. Se utiliza generalmente el nombre de reproductor MP5 para dispositivos de origen chino basado en memoria flash que poseen cámara digital, slot SD para tarjetas de memoria, salida para televisión, emulador incorporado de consolas de videojuegos y son relativamente económicos.

Es compatible con los codecs de audio MP3, MP4, WMA, APE y FLAC, y con los de vídeo RM, RMVB y AVI.
Básicamente es lo mismo que mp5, pero esta ahora con Tv integrada, y GPS....
El nombre sólo para atraer compradores
(y no se trata de otro producto sino que es el mismo con mas utilidades)
Los mp7, además de reproducir cualquier formato que se nos ocurra ,tomar fotos de hasta 5 mega píxeles, filmar, sintonizar la Tv, tener GPS, y todas esas cosas...
Ahora también posee dos slots para cualquier chip GSM, (linea telefónica, llamadas y sms); además tiene También slot para tarjeta de memoria y es expandible a tanta capacidad, que no sabríamos que hacer con ella... ¡GRACIAS! http://siromarg.blogspot.mx/2012/04/funcionamiento-del-fonografo.html
14-oct-12 7:00pm

http://aquitodovale.com/thomas-alva-edison/
14-oct-2012 8:35pm

http://eltamiz.com/2008/01/31/inventos-ingeniosos-el-fonografo/
14-0ct-12 10:45pm

http://www.ifent.org/lecciones/digitales/secuenciales/Teorema_Muestreo.asp
16-oct-2012 4:00pm

http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_muestreo_de_Nyquist-Shannon
17-0ct-12 9:36pm

http://lasindustriasculturales.wordpress.com/2011/11/13/45/
22-oct-12 9:48pm

http://ocw.innova.uned.es/mm2/tm/contenidos/pdf/tema3/tmm_tema3_sonido_digital.pdf
22-oct-12 10:30pm

http://www.pc-doctor.com.mx/radio%20Formula/temas/Historia%20del%20MP3.htm
25-oct-12 7:00pm

http://transmisonesredes.galeon.com/Modulacion.html
26-oct-12 2:00am

http://cpms-acusticamusical.blogspot.mx/2010/05/el-audio-digital.html
Bibliografía:
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