¿Qué significan los números en KHz y bits de los formatos de Audio de Alta Resolución?

Según la definición acuñada por la industria este año 2014 el Audio de Alta Resolución se refiere a ese "Audio sin pérdida capaz de reproducir el rango completo de sonido de aquellas grabaciones realizadas a partir de fuentes de música con mejor calidad que la de un CD".

Y un ejemplo de un fichero de alta resolución podría ser un archivo FLAC [96KHz/24], es decir, un fichero cuya frecuencia de muestreo ha sido de 96KHz y su profundidad de bits de 24 bits. Pero, ¿Eso qué significa?

Para poder entender bien estos conceptos necesitamos comprender, al menos de forma básica, cuál es proceso mediante el cual se digitaliza una señal.

Conceptualmente es sencillo: partimos de una señal analógica que presenta valores de tensión (amplitud) de forma continua en el tiempo y nos quedamos con “muestras” tomadas en intervalos finitos del eje temporal. Es decir, partimos de una enorme cantidad de valores de amplitud continuos y nos quedamos con “parte” de esa información, al asignar un valor uniforme a todo un rango de tiempo donde antes había muchos más valores.

Es fácil entender entonces que cuanto MENOR sea ese periodo en el que tomamos la muestra, MAYOR será la cantidad de información con la que nos quedaremos y, por tanto, mayor fidelidad tendremos con respecto a la señal original. La inversa de este periodo de muestreo se conoce como frecuencia de muestreo.

Así pues, cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo (sampling rate), más cantidad de información estaremos capturando.

Si nos fijamos ahora en el eje vertical, también podemos fijar la resolución en amplitud de las muestras que tomamos, resolución que denominaremos profundidad de bit y que será tanto MENOR cuanta MAYOR profundidad de bit (Bit Depth) tengamos. Un esquema sencillo que lo ilustra sería el siguiente:

Imagen de http://www.sarte-audio.com/

Por tanto, ya sabemos la necesidad de indicar estos dos parámetros para hacernos una idea sobre la fidelidad (Calidad) de la señal digitalizada con respecto a la original.

Veamos cómo se traduce en términos de calidad de audio y el porqué de uso.

La forma más sencilla de analizarlo es separar de nuevo la profundidad de bit de la frecuencia de muestreo como hemos hecho anteriormente.

La profundidad de Bit.

Es la responsable del rango dinámico, es decir, la diferencia entre los sonidos más débiles y más fuertes de nuestra grabación original.

Para hacernos una idea, una profundidad de 16 bits (la del CD) nos proporciona un rango dinámico de 96 decibelios (dB) mientras que si tenemos 24 Bits estaremos hablando de un rango de 144 dB.

Sin embargo, esto son cifras teóricas puesto que hay que considerar factores de ruido (señal no útil) adicionales como la propia electrónica, por lo que a las cifras anteriores habría que restarle entre 10 o 20 dB de rango dinámico.

En general, el rango dinámico es un parámetro mucho más importante en la grabación de estudio que en la reproducción posterior, puesto que esos 24 bits proporcionan un enorme rango dinámico si hablamos de una única pista, pero se reduce significativamente cuando grabamos múltiples pistas.

Sirva como ejemplo un grabador de 48 pistas con el que tendríamos pérdidas de hasta 36dB debido al ruido del sistema y la necesidad de prevenir sobrecargas. Por tanto, estos 24 bits nos aportan el rango dinámico suficiente para soportar estas pérdidas y mantener una buena calidad de sonido.

La frecuencia de muestreo.

En cuanto a las frecuencias de muestro podemos decir, simplificando mucho, que en el CD se eligió 44,1 KHz porque nos permite definir como frecuencia límite a representar los 20KHz (límite general de espectro audible humano), ya que necesitamos una frecuencia como mínimo el doble de aquella que queremos muestrear según el teorema de Nyquist-Shannon.

Pero todo el proceso de digitalización genera señales no deseadas que deben ser filtradas y, a su vez, estos mismos filtros generan otras distorsiones (armónicos) que pueden colarse en el espectro audible.

Aumentar la frecuencia de muestreo implica que ese límite superior de 20KHz puede incrementarse permitiendo que los filtros trabajen en frecuencias más altas, lo que favorece que las distorsiones se generen más alejadas del espectro audible.

Además seremos capaces de captar con mayor fidelidad los armónicos de alta frecuencia de los instrumentos.

Como resumen podemos decir que una mayor profundidad de Bits será más interesante en la grabación mientras que una frecuencia de muestreo más alta cobrará más peso si hablamos de la fidelidad en la reproducción.

Por tanto ahora ya podemos entender mejor qué significan los números detrás de un fichero FLAC [96KHz/24] o AIFF [128KHz/24]… :-)