Guía del principiante

sobre velocidades de muestreo y muestreo de audio

Cuando se muestrea el audio de una fuente analógica, se realiza un cálculo en el ordenador que convierte el sonido analógico de una guitarra, un teclado o cualquier otro instrumento en datos digitales. La velocidad de muestreo es fundamental para garantizar la calidad de esta conversión.  

 

En este artículo, analizaremos la forma en que las velocidades de muestreo influyen en los audios digitales, así como la función de desempeña en todo esto la profundidad de bits. Además, aprenderás a convertir y comprimir el producto final para que se pueda manipular y transferir fácilmente.

Contenido:

¿Qué son las velocidades de muestreo?

El muestreo de audio es el proceso de transformación de una fuente musical en un archivo digital. En la grabación de audio digital, esta transformación se realiza tomando muestras de la fuente de audio y de las ondas sonoras a intervalos periódicos. Cuanto mayor sea el número de muestras que se tomen (es decir, la velocidad de muestreo), más se parecerá el archivo digital final al original. Una velocidad de muestreo más alta suele ofrecer una reproducción de audio de mayor calidad.

Ilustración de ondas sonoras representadas sobre un fondo naranja en forma de líneas blancas como el efecto dinámico de un ecualizador

Las velocidades de muestreo suelen medirse por segundo en kilohercios (kHz) o en ciclos por segundo. Los CD suelen grabar a 44,1 kHz, es decir, se toman 44 100 muestras por segundo.

Si logras dominar las velocidades de muestreo, podrás crear grabaciones más precisas. Cuando dispongas de esta copia digital, podrás manipularla, mezclarla y editarla sin perder calidad de sonido.

Plano detalle de las manos de un productor de sonido tocando el piano en un estudio de grabación

La calidad final del sonido de tu grabación no solo depende de la velocidad de muestreo, sino que también hay que tener en cuenta otros factores, como la profundidad de bits.

¿Qué es la profundidad o velocidad de bits?

Cada muestra que se toma al grabar un audio debe almacenarse en los “bits” del ordenador. Cuantos más bits se empleen para grabar cada muestra, mejor se reproducirá el sonido.

En otras palabras, para obtener la mejor calidad de audio posible en una grabación deben emplearse una velocidad de muestreo y una profundidad de bits (también llamada “velocidad de bits” y “formato de muestreo”) altas. Cuanto más elevada sea la profundidad de bits, mayor será el rango dinámico.

Manos sosteniendo una tablet en cuya pantalla se muestra una imagen de distintos diseños de ondas sonoras

El rango dinámico, que se mide en decibelios (dB), es la diferencia que existe entre las secciones de volumen bajo y alto de una grabación. El oído humano puede captar sonidos de hasta 90 dB, pero grabar por encima de este nivel permite amplificar los sonidos más suaves para obtener un audio de alta fidelidad.

Gráfico de la escala de decibelios del ruido

Audio de 8 bits

Se trata de una reproducción de calidad bastante baja, que produce el audio a 46 dB, aproximadamente la mitad del nivel máximo que alcanza la audición humana.  

Audio de 16 bits

Este es el audio que el oído humano suele escuchar, a 96 dB.

Audio de 24 bits

Este audio alcanza los 145 dB, un nivel muy superior al rango de audición humano, pero que puede ser útil para reducir el “nivel de ruido”, sobre todo el ruido blanco digital.

Audio flotante de 32 bits

Este tipo de reproducción ofrece niveles de decibelios prácticamente ilimitados y solo se utiliza para audios de calidad muy alta, por ejemplo, ruidos fuertes y repentinos que deben captarse sin utilizar limitadores.

¿Por qué la velocidad de muestreo estándar es 44,1 kHz?

Para muchas de las grabaciones que se realizan en la actualidad, se emplea una velocidad de muestreo de 44,1 kHz, que también es la velocidad estándar de los CD. En parte, esto se debe al funcionamiento de las velocidades de muestreo y a las capacidades del oído humano.

CD en la unidad de CD y DVD de un portátil

La primera vez que se habló de velocidades de muestreo fue en 1940, en el teorema de Nyquist-Shannon. Según este teorema, toda velocidad de muestreo debe tener el doble de frecuencia que la grabación original; de lo contrario, el sonido no se reproducirá de manera fidedigna.

El oído humano puede escuchar entre 20 hercios (20 Hz) y 20 kilohercios (20kHz). Una frecuencia de 44,1 kHz supera el doble del rango máximo que es capaz de percibir un ser humano, por lo que, según la teoría, debe ofrecer una reproducción muy precisa.  

 

Hay quien aún graba con frecuencias de muestreo más altas para captar todos los sonidos. Estos no se perciben en las grabaciones originales, pero, si, por ejemplo, se rebajara de tono una muestra de audio grabada a 192 kHz, podrían escucharse algunas frecuencias hasta entonces inaudibles. Por tanto, si se grabara a una frecuencia de muestreo inferior y se redujera el tono, se perderían algunos de los agudos del audio.

Manos de un DJ en la consola de mezclas de un portátil controlando la configuración del sonido

No obstante, aunque se grabe a una velocidad superior, lo más seguro es que el audio se convierta de nuevo a 44,1 kHz, ya que es la velocidad a la que están configurados muchos de los sistemas de audio modernos.

¿Qué otras velocidades de muestreo se utilizan y para qué se utilizan?

Como el estándar para el audio en CD es 44,1 kHz, puede que te estés preguntando por qué existen otras velocidades de muestreo. Como ya se ha comentado, las velocidades de muestreo más altas proporcionan un audio más claro y sin ruido blanco. Además, pueden servir para la masterización y la mezcla de audio. A pesar de que no podamos percibir algunos sonidos, estos existen en la grabación de mayor velocidad de muestreo y, por tanto, se pueden seguir modificando.

Mesa de control de un estudio de grabación de música moderno sobre la que descansa un ordenador portátil abierto, en cuya pantalla se muestra la interfaz de usuario del software de una estación de trabajo de audio digital con ecualizador, mezclador y equipo profesional de reguladores para grabar

48 kHz.

Esta velocidad de muestreo también se utiliza como velocidad estándar, junto con la de 44,1kHz. No obstante, debes comprobarlo, ya que el audio que se graba a una velocidad y se reproduce a otra puede acelerarse o ralentizarse.

88,2 kHz.

Se trata del estándar de referencia para las grabaciones de alta resolución. Esta velocidad de muestreo permite pasar del medio analógico al digital con menos distorsión (lo que se conoce como “aliasing”) y ofrece una mayor libertad a la hora de mezclar y masterizar.

96kHz.

De forma parecida a la de 88,2 kHz, esta velocidad de muestreo ofrece más opciones para la mezcla y la masterización del audio. No obstante, trabajar a estas altas velocidades podría acarrear problemas si tu ordenador no puede soportar la información y el almacenamiento adicionales necesarios.

192kHz.

Algunos estudios sugieren que grabar a una velocidad de muestreo tan alta puede producir problemas en el audio, como el “jittering” (fluctuaciones o modulaciones producidas cuando las muestras sufren pequeños retrasos o adelantos). Además, es difícil encontrar ordenadores capaces de trabajar con ella. En realidad, solo es útil para ralentizar el audio de alta frecuencia.

¿Se puede comprimir un archivo de audio sin perder calidad?

Si trabajas con velocidades de muestreo altas, obtendrás archivos muy grandes. Puedes usar estos cálculos para hacerte una idea del tamaño que alcanzará tu archivo:

  • Velocidad de bits (en hercios, no kilohercios) × Velocidad de bits × Número de canales × Número de segundos = total de bits

  • Total de bits/8 = bytes

  • Bytes/1 000 000 = megabytes o MB


Por ejemplo:

44 100 hercios × 16 bits × 2 canales de grabación en estéreo × 4400 segundos (una grabación en CD de 74 minutos) = 6 209 280 000 bits (o unos 6200 millones de bits)

6 209 280 000 bits/8 = 776 160 000 bytes (o 776 millones de bytes)

776 160 000 bytes/1 000 000 = 776,16 megabytes

Compresión del tamaño del archivo

Transferir y trabajar con archivos de este tamaño puede resultar complicado. Para facilitar la tarea, puedes comprimir el tamaño del archivo.

La compresión de audio es una práctica habitual desde el lanzamiento de los archivos MP3, que permiten comprimir el audio sin que la calidad se vea muy afectada. La conversión de audio a MP3, que puede llevarse a cabo en muchos ordenadores y sitios web, puede reducir el tamaño de un archivo hasta 10 veces en algunos casos. Para ello, elimina todo el audio grabado que el oído humano no puede percibir.

Retrato en plano medio de una alegre joven escuchando un pódcast de motivación a través de unos cascos sobre un fondo de color rosa fucsia brillante

Para comprimir un archivo de audio con Adobe Audition, tan solo tienes que seleccionar el formato de archivo MP3 cuando lo guardes. Solo debes comprimir a MP3 una vez, ya que, de lo contrario, corres el riesgo de volver a comprimir el archivo, lo que podría acentuar los artefactos o errores de sonido.

Los MP3 se comprimen a 128 kbps o, últimamente, a 256 kbps y 320 kbps. Esto es lo que se conoce como compresión con pérdida de datos, que, a su vez, implica una ligera pérdida de calidad, aunque resulta imperceptible para la mayoría de las personas.

Compresión sin pérdida de datos

También existe la compresión sin pérdida de datos, en la que se reduce el tamaño del archivo sin que disminuya la calidad de sonido. En lugar de eliminar audio, se reescriben los datos en el archivo de forma más eficiente. El tamaño de estos archivos es mayor que el de los MP3, ya que suelen reducirse a la mitad, en vez de a una décima parte del original.

Estos tipos de archivos no suelen emplearse en el día a día, sino para almacenar el audio. Los principales son FLAC, WavPack, Monkey’s Audio y ALAC (Apple Lossless).

Conversión de un archivo de audio a una velocidad de muestreo diferente en Adobe Audition

Puedes cambiar la velocidad de muestreo de un archivo de audio muy fácilmente con Adobe Audition.

En primer lugar, comprueba qué velocidad de muestreo admite la tarjeta de sonido de tu ordenador, ya que puede ser limitada. A continuación, sigue estos pasos:

  1. Haz clic en Editor de forma de onda > Editar > Convertir tipo de muestra o haz doble clic en la sección Tipo de muestra de la barra de estado.

  2. Selecciona una velocidad de la lista Velocidad de muestreo o introduce una velocidad personalizada en el cuadro de texto.

  3. Haz clic en la sección Avanzadas, arrastra el control de Calidad para ajustar la calidad de la conversión de muestra.

  4. Selecciona Filtro previo/posterior para evitar la distorsión o el “aliasing” del ruido.

Descubre todas las funciones de muestreo, mezcla y masterización de audio de Adobe Audition.

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