El debate de audio analógico vs digital es muy polarizador. He notado que la mayoría de la gente defiende un lado u otro, dejando poco espacio para los matices. La verdad es que tanto el audio analógico como el digital tienen inconvenientes y ventajas. Espero ofrecer una explicación imparcial de las diferencias en este post.
La diferencia entre audio analógico y digital se encuentra en la forma en que se almacena la información de audio. Las ondas sonoras son una serie de vibraciones a través de un medio. La tecnología de grabación de audio analógica almacena esta información creando una serie de cargas magnéticas a lo largo de un carrete de cinta magnética. La tecnología de audio digital almacena información de audio como una serie de valores numéricos en un disco duro.
En esta publicación, aprenderás los pros y los contras de cada método de grabación, junto con la diferencia entre las tecnologías de audio analógico y digital para aplicaciones de sonido en vivo.
La diferencia entre audio analógico y digital se encuentra en la forma en que se almacena la información de audio. La tecnología de grabación de audio analógica almacena esta información creando una serie de cargas magnéticas a lo largo de un carrete de cinta magnética. La tecnología de audio digital almacena información de audio como una serie de valores numéricos en un disco duro.
La información de este post fue escrita para ser lo más fácil de entender posible. Algunos conceptos de este artículo tendrán más sentido si tienes una comprensión básica de cómo funciona el sonido. Si encuentras que alguna de las siguientes secciones es confusa, no dudes en hacer referencia a este post que escribí sobre conceptos básicos de audio.
Antes de comenzar a discutir las diferencias entre los sistemas de audio digital y analógico, creo que es importante mencionar que todos los sistemas de audio digital incluyen alguna tecnología de audio analógico. Los micrófonos son dispositivos de audio analógicos que transfieren energía acústica a una señal eléctrica analógica. Los preamplificadores, amplificadores de potencia y altavoces también son dispositivos analógicos. El objetivo principal de esta sección será destacar las diferencias clave en la tecnología de grabación analógica y digital.
Audio analógico
Cinta magnética
La cinta magnética es el mejor método de audio analógico para grabar y reproducir. Las máquinas de cinta funcionan según el siguiente principio: cuando se envía una corriente eléctrica a través de un cable, se forma un campo magnético alrededor del cable y viceversa.
Para grabar audio, una máquina de cinta envía señales de audio eléctricas a través de un cable en espiral que rodea un imán que se mantiene muy cerca de la cinta magnética. Esta bobina de alambre que rodea el imán se llama cabezal de grabación. A medida que la cinta pasa a través del campo magnético creado por el cabezal de grabación, las partículas a lo largo de la cinta se cargan magnéticamente. El patrón de las cargas magnéticas a lo largo de la cinta se asemeja a la señal de audio enviada a través de la bobina de alambre. La amplitud de la señal de audio se correlaciona con la magnitud de las cargas magnéticas creadas en la cinta.
Para reproducir el audio, el proceso se invierte. La cinta magnetizada crea una corriente eléctrica en el cabezal de reproducción, que se conecta a un amplificador que se reproduce a través de altavoces.
Hay varios tipos de cintas y máquinas de cinta que afectan la calidad del audio grabado. Las dos variables principales son la velocidad de la cinta y el ancho de la cinta.
Velocidad de la Cinta
la velocidad a La que la cinta pasa por el registro de la cabeza afecta a la calidad de la grabación. Una velocidad de cinta más rápida produce una grabación con mayor respuesta de frecuencia, menos silbidos y caídas más cortas. La velocidad de la máquina de cinta se mide en pulgadas por segundo (ips). Las velocidades comunes de las máquinas de cinta son de 7 – ½ ips, 15 ips y 30 ips. El estándar para la grabación profesional es de 15 ips.
Ancho de la Cinta
El ancho de la cinta también afecta a la calidad de la grabación. La cinta más ancha permite una grabación de mayor calidad. Sin embargo, el ancho de cinta se puede utilizar para grabar más pistas en lugar de mejorar la calidad de audio de una sola pista. Esto permite grabar y reproducir varias fuentes de forma independiente.
Vinyl
Los discos de vinilo son el medio de consumo estándar para grabaciones de audio analógicas. Son más fáciles de mantener, almacenar y distribuir. En comparación con la cinta, los discos de vinilo son menos vulnerables a los elementos. Mientras que la cinta puede ser destruida por la exposición magnética, los discos de vinilo son inmunes a los campos magnéticos porque utilizan un medio diferente de almacenamiento de audio. En lugar de carga magnética, las ranuras texturizadas en la superficie de los discos de vinilo almacenan la información de audio.
A medida que un disco de vinilo gira a una velocidad específica, un lápiz viaja a través de las ranuras de su superficie. A medida que el lápiz se mueve hacia adelante y hacia atrás con las ranuras, crea una corriente eléctrica en un cable que se conecta a un amplificador para reproducirse a través de altavoces. La amplitud de la señal de audio se correlaciona con la intensidad en el movimiento del lápiz óptico.
Puedes ver una animación de cómo funciona un disco de vinilo por Animagraffs. Animagraffs es un sitio web que crea animaciones increíbles de varias tecnologías.
Los discos de vinilo se utilizan solo para la reproducción en el mundo moderno. Las grabaciones analógicas se realizan con cinta magnética. Las cintas se utilizan para crear moldes para presionar la información en discos de vinilo.
Audio digital
PCM (Modulación de código de pulso)
PCM, o Modulación de código de pulso, es el método estándar para codificar señales de audio en información binaria. En la grabación de audio analógica, se crea un modelo de las ondas de sonido utilizando carga magnética. Sin embargo, PCM crea un modelo de las ondas de sonido almacenando una secuencia de valores numéricos que representan la amplitud en varios puntos a lo largo de una onda.
Estos valores están representados por grupos de bits binarios, llamados muestras. Cada muestra representa un valor numérico dentro de un rango predeterminado de valores posibles. Este proceso se denomina cuantización y se realiza mediante un convertidor analógico a digital (convertidor A-a-D).
Durante la reproducción de una grabación digital, las muestras se convierten de nuevo en señales eléctricas y se envían a los altavoces. Este proceso es realizado por un convertidor digital a analógico (convertidor D-a-A o DAC).
Aquí hay una ilustración simplificada de cómo se almacenan las ondas de audio utilizando muestras digitales:
la Profundidad de Bits
Cada muestra representa un valor dentro de un intervalo de valores posibles. El rango de valores posibles está determinado por la profundidad de bits. Profundidad de bits es el término que describe cuántos bits se incluyen en cada muestra.
Cada bit puede representar dos valores posibles. Las muestras que utilizan más bits pueden representar un rango de valores más amplio y, por lo tanto, pueden almacenar información más precisa sobre la amplitud de una onda de sonido. Cada vez que se agrega un bit, el número de valores posibles se duplica. Mientras que un bit puede representar dos valores, dos bits pueden representar cuatro valores, tres bits pueden representar ocho valores, y así sucesivamente.
| Bit Depth | Possible Values |
|---|---|
| 1-bit | 2 |
| 2-bit | 4 |
| 4-bit | 16 |
| 8-bit | 256 |
| 16-bit (CD Standard) | 65,536 |
| 24-bit (Professional Standard) | 16,777,216 |
La profundidad de bits estándar para CD es de 16 bits, lo que permite 64.536 valores de amplitud posibles. El estándar profesional es una profundidad de bits de 24 bits, que permite 16,777,216 posibles valores de amplitud. Sin embargo, la mayoría de los estudios graban y mezclan usando punto flotante de 32 bits, que se discutirán en una publicación diferente.
Frecuencia de muestreo
La frecuencia de muestreo determina cuántas muestras se toman de una onda de sonido por segundo. La frecuencia de muestreo se mide en Hertz (Hz). La grabación a una frecuencia de muestreo más alta permite grabar frecuencias más altas.
El teorema de Nyquist establece que el muestreo digital solo puede representar fielmente frecuencias inferiores a la mitad de la frecuencia de muestreo. Esto significa que si desea capturar 20 kHz, la frecuencia más alta audible para los humanos, debe usar una frecuencia de muestreo superior a 40 kHz.
Por esta razón, 44,1 kHz es la frecuencia de muestreo estándar para CD. El audio profesional para vídeo utiliza un estándar de 48 kHz. Muchas grabaciones superan con creces estos estándares, ¡con frecuencias de muestreo de 96 kHz y más!
Mientras que el beneficio de frecuencias de muestreo más altas a menudo se entiende como una extensión del rango de frecuencia registrado, este no es el principal beneficio. No profundizaré demasiado en esto en este post, pero tiene más que ver con el tipo de filtro antialiasing que se puede usar para filtrar frecuencias más altas con menos artefactos. El ancho de banda resultante de una grabación de 44,1 kHz y una grabación de 96 kHz es prácticamente el mismo al final.
Formatos de compresión de datos de audio digital
Los archivos de audio producidos por los estudios de grabación son muy grandes, debido a la cantidad de información que contienen. Si se graba una canción de 3 minutos con una profundidad de bits de 24 bits y una frecuencia de muestreo de 96 kHz, el tamaño del archivo será de aproximadamente 52 MB. Este archivo es demasiado grande para aplicaciones de consumo, como la transmisión en streaming. Por esta razón, se utilizan formatos de compresión de datos. La compresión de datos es un método para reducir el tamaño de un archivo. Hay dos categorías principales de formatos de compresión de datos, con pérdida y sin pérdida.
Formatos de compresión de datos con pérdida (MP3 & Streaming)
Si se pierde información a través del proceso de compresión de datos, el formato de compresión utilizado es con pérdida. Desafortunadamente, los formatos de compresión de datos más utilizados en audio de consumo son lossy. Esto significa que, aunque se utilizan algoritmos especiales para reducir los efectos negativos, los datos se pierden durante el proceso de compresión del archivo. Una vez que se pierden los datos, nunca se pueden restaurar.
Los formatos de compresión de datos de audio con pérdida más comunes son MP3, AAC y Ogg Vorbis. Estos formatos se utilizan para almacenar muchos archivos con espacio limitado en el disco duro o transmitir contenido a través de conexiones de Internet de ancho de banda limitado.
Los algoritmos patentados detrás de estos formatos tienen como objetivo priorizar el contenido basado en modelos de percepción humana del sonido y destruir el contenido de baja prioridad.
Formatos de compresión de datos sin pérdida (FLAC & AIFF)
Si no se pierde información durante el proceso de compresión de datos, el formato de compresión que se utiliza no tiene pérdida. Algunos servicios de transmisión, como Tidal, utilizan compresión sin pérdidas. Usando estos formatos, la información puede codificarse en un archivo más pequeño y luego decodificarse, restaurando finalmente la información PCM original como un archivo WAV. Aunque estos formatos ahorran algo de espacio en comparación con los archivos sin comprimir, no están ni cerca de la eficiencia de los formatos con pérdida.
Diferencias clave entre Audio Analógico y Digital: Grabación y reproducción
Como puede ver, las tecnologías de grabación de audio analógico y digital comparten un objetivo común: crear un modelo de formas de onda acústicas que se puedan reproducir con la mayor precisión posible. Cada tecnología logra este objetivo bastante bien. La calidad de audio lograda con un método no es necesariamente mejor que el otro, solo diferente. En esta sección se explorarán las cualidades únicas de cada método.
Rango de frecuencia (Ancho de banda)
Como se mencionó anteriormente, el rango de frecuencia de una señal digital está limitado a frecuencias por debajo de la frecuencia Nyquist. En teoría, los límites superiores de los medios de grabación analógicos son mucho mayores que el rango auditivo humano.
Esta diferencia no es tan significativa como podrías pensar. En primer lugar, cualquier beneficio de un ancho de banda extendido más allá de una grabación digital a 44.La frecuencia de muestreo de 1 kHz estaría más allá del rango de percepción humana, sin mencionar los rangos de frecuencia extendidos que son posibles gracias a las frecuencias de muestreo más altas.
En segundo lugar, la mayoría de los equipos de audio(micrófonos, altavoces, etc.) tiene filtros limitadores de banda incorporados. Estos son efectivamente filtros de paso bajo que impiden la captura o reproducción de frecuencias más allá del rango auditivo humano. Por lo tanto, hay una diferencia técnica en el rango de frecuencia entre el audio analógico y digital, pero no una diferencia práctica.
De hecho, el principal beneficio de las frecuencias de muestreo más altas en audio digital no es en realidad un rango de frecuencia mayor para el oyente, sino la capacidad de usar diferentes filtros de suavizado. Esto no extiende efectivamente el rango de frecuencia, sino que reduce los artefactos causados por el muestreo. Profundizaré en este concepto en un post posterior.
Piso de ruido
El mayor inconveniente de la tecnología de grabación de audio analógica es que tiene un piso de ruido significativamente más alto en comparación con la tecnología digital.
Incluso la cinta analógica de mayor calidad contiene ruido magnético. Esta es la causa del siseo en grabaciones analógicas. El nivel de ruido teórico de una grabación digital de 24 bits es -144db-efectivamente infinito.
Recuerde, el nivel de ruido de cualquier sistema es tan bajo como el nivel de ruido combinado de todos sus componentes. Esto significa que incluso los sistemas digitales serán ruidosos si la cadena de señales contiene elementos electrónicos ruidosos.
Vulnerabilidad & Longevidad
No solo los medios analógicos, como la cinta y el vinilo, contienen ruido inherente, sino que también son extremadamente vulnerables a la degradación con el tiempo. Los medios digitales, como los discos duros y los CD, son mucho más resistentes.
Todos los medios físicos, tanto analógicos como digitales, se degradan con el tiempo. La primera vez que se reproduce una grabación es la mejor que la grabación sonará. Escucha discos de vinilo viejos, y esto se vuelve obvio.
La cinta analógica debe conservarse en condiciones muy específicas para evitar la pérdida de calidad con el tiempo. Los discos de vinilo se dañan cada vez que se reproducen. Los medios digitales también pueden dañarse, pero la degradación es mucho más fácil de prevenir.
Una grabación digital es una serie de números que se pueden reproducir infinitas veces con una precisión perfecta, mientras que cada reproducción de audio analógico aumenta el ruido total de la grabación. Por ejemplo, si transfiere una grabación de cinta a otro carrete de cinta, habrá grabado el ruido del primer carrete al segundo carrete.
Portabilidad y reproducibilidad
Finalmente, los medios de audio digitales son drásticamente más portátiles y reproducibles que los medios analógicos. Los discos duros y el almacenamiento flash no solo son mucho más pequeños y ligeros que los carretes de cinta y discos de vinilo, sino que la información digital guardada en ellos se puede enviar a todo el planeta en segundos utilizando Internet. La reproducción de información digital es prácticamente gratuita en comparación con la reproducción de medios analógicos.
En esta sección, en lugar de sistemas de grabación, destacaré las diferencias entre los sistemas de refuerzo y distribución de audio analógico y digital. Estos son los sistemas utilizados en aplicaciones de megafonía y conciertos en vivo.
Audio analógico
Los sistemas de audio analógicos para refuerzo y distribución de sonido no requieren tecnología de grabación.
Una señal acústica se convierte en electricidad mediante un micrófono. La señal de audio eléctrica se envía a un preamplificador de micrófono, luego a efectos de audio analógicos y mezcladores, y finalmente a un amplificador. La señal de audio amplificada se convierte de nuevo en energía acústica mediante un altavoz.
Desde el principio hasta el final de cualquier cadena de señal analógica, la señal de audio es en forma de energía acústica o eléctrica. No es necesario almacenar la señal. Todo sucede en tiempo real a la velocidad de la electricidad en un cable: aproximadamente el 75% de la velocidad de la luz.
Audio digital
Los sistemas de audio digital para refuerzo y distribución de sonido requieren tecnología de grabación.
La señal de audio eléctrica se convierte, o cuantifica, en PCM (Modulación de código de pulso). Cada vez que una señal se convierte de analógica a digital o de digital a analógica, se produce esta cuantización. Eso significa que cada señal enviada hacia y desde un efecto digital utilizando cables analógicos se convierte en PCM dentro de la unidad, se procesa y luego se convierte de nuevo en energía eléctrica. Todos los procesadores, mezcladores y amplificadores de audio digitales crean grabaciones breves para procesar señales de audio.
Diferencias clave entre Audio Analógico y Digital: Refuerzo y Distribución
Latencia
Aunque la velocidad a la que se procesan estas cuantizaciones digitales es extremadamente rápida, siguen siendo mucho más lentas que la electricidad que se mueve a través de un cable. Esta característica de los sistemas de audio digital tiene el efecto negativo de agregar latencia a la señal. La latencia es el retardo de una señal causado por el procesamiento.
Todos los sistemas de audio digital añaden latencia a la cadena de señal. Sin embargo, los efectos de la latencia se han reducido drásticamente a medida que la tecnología continúa mejorando. Uno de los principales inconvenientes de agregar latencia a un sistema es el riesgo de interferencia de fase destructiva. Si una señal toma dos rutas, cada una añadiendo latencia a la señal de manera diferente, las señales estarán fuera de fase y podrían causar filtrado de peine o eco. La latencia también puede crear una experiencia de monitoreo antinatural para músicos y otros talentos. Si se retrasa una señal, la persona que habla o toca un instrumento puede confundirse al monitorearse con auriculares. Por esta razón, generalmente es mejor monitorear directamente a través de una cadena de señal analógica si el sistema digital agrega demasiada latencia a una señal.
Portabilidad
El principal inconveniente de los sistemas analógicos es su peso y tamaño. Los mezcladores de audio digitales modernos contienen ecualizadores, compresores, puertas y otros efectos para cada canal. Los sistemas analógicos con las mismas capacidades de procesamiento requerirían varios bastidores y miles de libras de engranaje.
Es mucho más sencillo configurar efectos digitales sobre la marcha dentro de una consola digital, sin necesidad de agregar cables analógicos para parchear. Si a un ingeniero de mezclas le gustaría probar un efecto diferente a mitad del espectáculo, simplemente debe presionar unos pocos botones con un sistema digital. Este cambio puede requerir el cambio de un sistema analógico.
Mientras que el equipo analógico contiene los componentes eléctricos pesados que componen ecualizadores, compresores y efectos de reverberación, los chips de procesamiento de señales digitales ofrecen herramientas similares a una fracción del espacio y el peso.
Piso de ruido
A medida que encadenas más y más efectos analógicos, el ruido electrónico de cada dispositivo se suma. El uso de más efectos digitales no agrega ruido a la señal porque la señal nunca sale del procesador de señal digital. Solo está presente el ruido inherente de un solo dispositivo, en lugar del ruido inherente de muchos dispositivos.
El debate continúa
La verdad es que los sistemas de audio analógicos y digitales tienen valor en el mundo moderno. El debate sobre qué es mejor y qué es peor nunca terminará, porque no hay una respuesta clara.
Hay un millón de aplicaciones para la tecnología de audio, y cada una requiere un conjunto único de equipos. Como ingeniero de audio, músico o oyente, cada uno de nosotros debe decidir un conjunto de equipos de audio que satisfaga las necesidades de cada situación única.