unidad2 3 principios-acustica-audiodigital-ups

Universidad Politécnica Salesiana

Procesamiento Digital de Audio

Unidad 2“Principios de sonido digital”

Profesor

Ing. Orlando Barcia Ayala

Website: www.orlandobarcia.comE-mail: obarciaa@gye.ups.edu.ec obarcia@orlandobarcia.com

Este documento puede descargarlo desde:http://www.orlandobarcia.com/

Repaso

• ¿Qué es el muestreo ?– muestreo es el equivalente del término inglés

sampling, y se utiliza para indicar la acción de tomar muestras a intervalos de tiempo regulares.

– Conocemos que para digitalizar un sonido es necesario muestrearlo

– ¿con qué frecuencia?

• ¿Qué nos indica el teorema del muestreo?

• El teorema del muestreo o teorema de Nyquist,

• afirma que para muestrear correctamente

una señal de X Hz, • se requiere como mínimo una frecuencia

de muestreo de 2X Hz.

• El oído humano es capaz de detectar frecuencias sonoras de hasta 20.000 Hz,

• para muestrear correctamente cualquier sonido se necesitará una frecuencia de muestreo superior o igual a

40.000 Hz

• De ahí proceden los 44.100 Hz. utilizados en los discos compactos

• ¿Qué es el aliasing ?• Son las frecuencias “fantasmas” que

surgen al muestrear con frecuencias inferiores,

• y que realmente no están en el sonido original

• Ejemplo: muestrar a– 30.000 Hz,– 15.000 Hz

Recordemos

La digitalización consistente en dos pasos:

1. Muestrear a intervalos regulares.

2. Cuantificación.Consiste en representar el valor de la señal en binario

Analogía con las imágenes en un computador

• Resolución– entre más puntos tenga la imagen, más real

es

• Profundidad– Más bits para representar cada punto de la

imagen• 8 bits → 28 = 256 colores• 16 bits → 216 = 65536 colores• 24 bits → 224 = 16 millones • 32 bits → 232 = 4 mil millones

• Profundidad de bits (del sonido)– La profundidad del audio digital es la cantidad

de bits por muestra utilizados. – Cuantos más bits utilicemos, más

posibilidades diferentes de sonido tendremos y,

– mejor será el resultado al escucharlo.

• Resolución

• Qué tan rápido realizamos la muestra

• Mientras más breves sean las muestras mejor se escuchará

• también necesitaremos más ceros y unos para representarlo.

Definición técnica. Resolución

• La cantidad de muestras por unidad de tiempo que conforman un sonido digital.

• se mide en muestra por segundo

Ejemplo de resolución

Calidad del sonido digital

Se ha adoptado los siguientes valores:– 44,1 kHz de frecuencia de muestreo– Cuantificación lineal de 16 bits (profundidad)

Estos valores corresponden al CD de audio o formato audio digital PCM

• En la actualidad ya se trabaja con 24 bits

sonido estereofónico

• Stereo, es el sonido grabado y reproducido en dos canales

• ¿Cuál es el propósito?

• Es de recrear una experiencia más natural al escuchar, donde se reproduce el lugar de donde proviene cada fuente de sonido grabada (al menos en parte).

• El término estéreo viene del griego stéreos, que significa ‘sólido’,

• Aunque se refiere exclusivamente a sistemas de dos canales, el término se puede aplicar a cualquier sistema de audio que usa más de un canal

• Ejemplo el audio de 5.1 canales y los sistemas de 6.1 que se usan en películas y producciones televisivas.

Sonido Monoaural

• (abreviado como mono) es el sonido que sólo está definido por un canal

• Ya sea una grabación captada con un solo micrófono o bien una mezcla final

• y que origina un sonido semejante al escuchado con un solo oído.

• El sonido monoaural carece de la sensación espacial que proporciona la audición estereofonica.

Uso inicial del editor de sonido

Menús y comandos

Conocimientos a adquirir

• Abrir un archivo

• Reproducir uno y dos canales.

• Aumentar y disminuir el zoom de la onda

• Ver las propiedades del archivo de sonido

• Generar o sintetizar ondas

• Ejercicio:

• Desde el sound forge veamos la propiedades de un archivo en audio digital

• File → open– Sonido_estereo.mp3

• File → properties– Pestaña general y format

Ejercicio

• ¿Que datos obtenemos?General.File size: ______________File type: :______________Audio format: :______________Audio Attributes: :______________Audio Length: ________

(muestras ___________)

• ¿Que datos obtenemos?Format(Sample-rate) Frecuencia de muestreo

______________(Bit – depth ) profundidad

_______________Channels ____________Source _________________

• Realicemos el mismo proceso con el archivo

• Sonido_mono.mp3

• ondaseno220.wav

• Realicemos la reproducción de uno y dos canales y aumentar y disminuir el zoom de la onda

• ¿Qué diferencia encuentra entre el mono y estereo?

Recordemos

• Las cualidades del sonido

• Altura (tono) graves, medios, bajos

• Intensidad. Fuerte o debil (volumen) dB

• Timbre. Indica el tono

• Duración. El tiempo que se desarrolla el sonido

Síntesis de sonidos

• Generación de ondas.

File → new

Esgogemos la tasa de muestreoLa profundidadY el tipo de canal

• Tool → synthesis → simple

• Generemos ondas 220Hz, 400 Hz, 660 Hz, 880 Hz• f= 220, 2f, 3f, 4f

• Observar que cada archivo generado es una ventana.

• En el menú window puedo cambiar entre las ventanas.

• Reproduzca uno y dos canales.

• Aumente y disminuya el zoom de la onda

• ¿Cómo son los sonidos a mayor frecuencia?

• ¿ Cómo son los sonidos a menor frecuencia?

• ¿ siente las diferencias al escucharlos?

Reprodúzcalos y opine

Frecuencias bajas Frecuencias altas

20 hz

(sonido grave .. Bajos)

20 khz..

(sonido agudo)

Rango de frecuencias

Guardar el archivo sin compresión

File saveO File save as

Grabe con diferentes nombres las 4 señales sintetizadas o generadas.

Escoger el tipo sin compresión

Wave

Extensión

wav

• ¿Qué nos dice la descripción ?

• ¿Qué ocurre cuando presionamos el boton custom?

• ¿Qué podemos hacer dentro de la ventana Custom Settings?

Preguntas cultura general

• ¿Qué relación tienen los MHz del computador con los Hz del sonido?– ninguna

• ¿El audio digital cuantos años tiene?– Más de 40 años, por el 50 laborat. Bell– 1977 primer grabador SONY– 1982 disco compacto SONY - PHILIPS

Recordemos la serie de fourier

• Matemático frances Jean – Baptiste- Joseph Fourier

• Los sonidos que escuchamos son las sumas de muchos sonidos simples

• Nos indica que cualquier función periódica de frecuencia f.

• Se puede expresar como la suma de funciones de frecuencias f,2f,3f,4f, etc

f es la frecuencia fundamentalMúltiplos de f (2f,3f,etc.) son los armónicos

Frecuencia fundamental y armonico

Frecuencia fundamental

• Es la frecuencia más baja de un sonido

• Esta es la que determina la nota

• Es la que se escucha con mayor intensidad

Superponer sinusoides simples

• Abra el siguiente sonido

ondafourier_armonicos.wav

– Reproduzcalo y examine su forma de onda con el zoom

– Cierre el archivo

Vamos a demostrar que este sonido es la suma de otras sonidos más simples

• Generemos la frecuencia fundamental.• Un DO grave a frecuencia de 66 Hz

f= 66Hz2f= 132 Hz3f= 198 Hz

• File → new

• Tool → synthesis → simple

• Guarde cada archivo generado y escúchelo

f= 66Hz archivof1.wav

2f= 132 Hz archivof2.wav

3f= 198 Hz archivof3.wav

• Recuerde el tono o altura del sonido

• A mayor frecuencia mas agudo.

• A menor frecuencia más grave.

• En el menú window

• Podemos observar las 3 ventanas (3 sonidos)

Superponer sonidos

• Creemos una cuarta ventana

• File → new

• Y comencemos a copiar un sonido de una ventana a otra

Copiar sonidos

• Seleccionamos la parte que deseamos copiar (en este caso todo)

• Edit → copy (ctrl + c)

• Elijamos el archivo1f

• Seleccionemos y copiamos

• Nos ubicamos en la cuarta ventana (la que está vacía por el momento)

• Y pegamos ¿ Cómo ?

Pegar sonidos

• Nos ubicamos en el lugar que queremos poner el sonido y

• Edit → paste

• Edit → paste special

Pegar sonidos

• Paste (es para pegar un sonido antes o después del sonido que se encuentra actual)

• Paste special tiene varias opciones del que vamos a utilizar

mix (mezclar)

• Primero copiamos

• Después pegamos cada sonido en la cuarta ventana pero de manera special con la opción mix

• Esto superpone cada señal

• Cada vez que pegamos.. Escuchemos como va quedando el sonido

• Asi copiar cada archivo f1, f2,f3 y grabar la cuarta ventana con el nombre seriefourier

• Escuche.

Análisis de espectro

• Analizar un sonido, es descomponer la señal original en los armónicos

• El Spectrum Analysis permite examinar la frecuencia fundamenta y los armónicos presentes en la grabación

• El cálculo es usando TTF transformadas de Fourier

• ¿Cómo ?

• Tools → spectrum analysis

¡ Tanta teoría ! Que lata

• Pero también práctica

• Este tema puede parecer molestoso

• En la práctica y a la hora de trabajar con sonido (música) es IMPRESCINDIBLE.

• Los efectos, modificación y creación de métodos de síntesis sonora están basados en está teoría.

Próxima clase• Deber que es el mp3 (1 sola hoja, enviar

por email)• Realizar el análisis spectral de cada

sonido creado.• Traer cd con pistas de audio para

extracción• Traer diferentes archivos en diferentes

formatos para conversión