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DIGITALIZACION DE AUDIOPablo Cruz Rodrıguez - 212356358pablo.crodriguez@alumnos.udg.mx

Docente: Ricardo Montiel MenaMateria: Comunicaciones II

Fecha: 18 de febrero de 2017, Ciclo: 2017AIngenierıa en Comunicaciones y Electronica

Centro Universitario de Ciencias Exactas e IngenierıasUniversidad de Guadalajara.

Resumen—En el siguiente reporte se dan a conocer laspartes del proceso de digitalizacion para una senal de audio.Se describen los conceptos, ademas se realiza una practica dedigitalizacion, donde se identifican las etapas del mismo.

I. OBJETIVO

Realizar el proceso de digitalizacion de un audio en almenos 4 tipos de velocidades de muestreo, mencionar lascaracterısticas de cada uno, definir las etapas de digitalizaciony concluir.

II. MARCO TEORICO

Digitalizacion: Es un proceso que consiste en convertir unasenal analogica en una senal discreta, con lo cual se facilitasu almacenamiento, transferencia y reproduccion.

Este procedimiento esta compuesto de tres partessignificativas: Muestreo, Cuantificacion y Codificacion.

II-A. Muestreo

Si se tiene una senal continua, muestrear consiste en tomarmuestras de esa senal a intervalos de tiempo regulares y conuna frecuencia igual o mayor al doble de la maxima frecuenciaque alcanza la senal original (continua). Esto es:

Fs ≥ 2fmax (1)

donde B es la frecuencia mas alta de la senal que se deseamuestrear. A esto se le conoce como condicion de Nyquist.

II-B. Cuantificacion

Se hace un redondeo o truncamiento de los valores deamplitud, a sus valores mas proximos permitidos. En esta etapasuele existir la mayor perdida de calidad, ya que a diferenciadel muestreo donde las muestras son valores reales, en estaetapa los valores son valores preestablecidos para el sistemade digitalizacion.

Figura 1. Cuantificacion

Ejemplos de cuantificacion: 4bits que equivale a 24 posiblesvalores de amplitud, 16bits (calidad CD) con lo que se logran216 valores de amplitud.

II-C. Codificacion de audio

Es un proceso en el que se convierten valores de tensionelectrica de la senal cuantificada, en valores binarios, pormedio de codigos preestablecidos.

III. EQUIPO UTILIZADO

Tarjeta de sonido Xenyx 302 USB.Microfono Sennheiser e835.Auriculares Sony MDR-ZX100Computadora personal ThinkPad T430Software Audacity 2.1.2Cable de microfono Krack Audio.Cable USB 2.0

IV. CARACTERISTICAS DEL EQUIPO

IV-A. Tarjeta de sonido Xenyx 302 USB

- Respuesta en frecuencia: 20 – 20,000 Hz- Resolucion1: 8, 16 bit.- Canales: 1, 2- Frecuencia de muestreo: 8, 11.025, 16, 32, 44.1, 48 kHz

IV-B. Microfono Sennheiser e835

- Tipo: Dinamico.- Respuesta en frecuencia: 40 – 16,000 Hz.

1Resolucion de audio se refiere a nivel de cuantificacion.

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IV-C. Software Audacity 2.1.2

- Frecuencia de muestreo: 8 – 192000Hz- 2Formato de muestreo: 16, 24, 32 bit.- Multipista.- Multicanal.

V. DESARROLLO

1. Se realizaron las conexiones entre la computadora, latarjeta de sonido externa, el microfono y auriculares.

Figura 2. Configuracion del hardware para la grabacion

2. Se realizo la primer grabacion, con las caracterısticaspreviamente establecidas en Audacity:

Frecuencia de muestreo FS = 8kHzResolucion: 32bitCalidad de salida: mp3 8kbpsCanales: 2.

Figura 3. Captura de pantalla de Audacity. En el recuadro rojo las carac-terısticas de grabacion.

2Formato de muestreo es tambien otra forma de hablar de nivel decuantificacion

Figura 4. Analisis espectral de la grabacion. La frecuencia mas alta de lasenal muestreada: fmax ≈ 4kHz

Enlace del audio 1: https://drive.google.com/open?id=0ByAGyaATL1OETy1OU3liUmdRQ0U

3. Segunda grabacion con las caracterısticas siguientes:

Frecuencia de muestreo FS = 16kHzResolucion: 16bitsCalidad de salida: mp3 16kbpsCanales: 2.

Figura 5. Captura de pantalla. En rojo caracterısticas de grabacion

Figura 6. Analisis espectral de la senal muestreada, con fmax ≈ 8kHz

Enlace del audio 2: https://drive.google.com/open?id=0ByAGyaATL1OEZkVTcHM5VFZpd0E

4. Tercer grabacion

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Frecuencia de muestreo FS = 48kHzResolucion: 32bitsCalidad de salida: mp3 320kbpsCanales: 2.

Figura 7. Captura de pantalla. Audio 3

Figura 8. Analisis espectral de la senal muestreada a 48kHz, se observa quela frecuencia maxima fmax ≈ 16kHz

Enlace del audio 3: https://drive.google.com/open?id=0ByAGyaATL1OELWVtb2l3VjJmQW8

5. Se realizaron 2 grabaciones mas, a distintas calidades,tanto de muestreo, resolucion, y formato digital.

Audio 4:

Frecuencia de muestreo FS = 48kHzResolucion: 32bitsFormato digital de salida: ogg 64kbpsCanales: 2.

Enlace del audio 4: https://drive.google.com/open?id=0ByAGyaATL1OEWEI2Q29FTmVUUFU

Audio 5:

Frecuencia de muestreo FS = 48kHzResolucion: 32bitsFormato digital de salida: FLAC sin compresionCanales: 2.

Enlace del audio 5: https://drive.google.com/open?id=0ByAGyaATL1OENmNEdkVxNVh6NmM

VI. CONCLUSIONES

Sistema de audioAnalizando el sistema de audio implementado para estapractica, a partir de las caracterısticas en la seccion IV, esposible deducir que la salida estuvo limitada a una respuestaen frecuencia de 40 - 16kHz (microfono), resolucion de16bits (tarjeta de sonido y software) y frecuencia de muestreode 8 - 48kHz (tarjeta de sonido).

Audios 1 y 2: Cumplen con la condicion de Nyquist, yaque como muestra la figura 4, 4kHz = 8kHz/2; Ası mismoen la figura 6 8kHz = 16kHz/2. Esto afecta directamentela calidad de sonido que se pudo escuchar, ya que el oıdohumano promedio es capaz de percibir desde 20 hasta 20,000Hz y lo que se escucho de estas dos primeras grabaciones noes ni la mitad de ese rango, y no es que la voz tenga un rangode frecuencias muy amplio (esto varia dependiendo de cadapersona), pero sı tiene armonicos en las frecuencias mayoreshasta 20kHz, que en este caso se estan omitiendo y puestoque no se coloco un filtro antisolapamiento a la entrada delDAC, esto se convierte en ruido auditivo.

En el audio 3, el espectro de frecuencias solo alcanza los16kHz, y pareciera que no cumple con la ecuacion 1, perocomo ya se menciono, el sistema implementado esta limitadoa una respuesta en frecuencia de 16kHz por el microfono,ası que mas bien, un muestreo de 48kHz esta bastante sobrado.

Como se ha visto la calidad de audio depende de muchosfactores en un sistema de digitalizacion, desde la respuestaen frecuencia del microfono, seguido por la frecuencia demuestreo y resolucion de la tarjeta de sonido, hasta por losalgoritmos y codificacion que soporta el software.

VII. BIBLIOGRAFIA

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format

Oppenheim, A. V., Schafer, R. W., Buck, J. R., & Garcıa,J. P. (2000). Tratamiento de senales en tiempo discreto (Vol.

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2). Mexico: Prentice Hall.

Tomasi, W. (2003). Sistemas de comunicaciones electroni-cas. Pearson educacion.