Tutorial de técnicas de digitalización de audio
La cuantificación
Implementación
La cuantificación es una parte esencial del proceso de conversión de señales analógicas a digitales, junto con el muestreo; siendo un componente básico de cualquier sistema de audio, tarjeta o equipo de sonido, tanto en el ámbito doméstico como profesional. Es el sistema que recoge la señal de una fuente analógica, como un micrófono o entrada de línea, y la convierte a un flujo de palabras digitales (bits), que después serán tratadas en el equipo.
El principio básico para realizar el proceso de cuantificación es el montaje de un conjunto de comparadores, dispuestos en paralelo, que calculan el escalón de cuantificación correspondiente, en cada momento, de la señal. Los componentes electrónicos que implementan los comparadores son amplificadores operacionales.
Los comparadores se conectan a la señal de entrada por un lado, y a una tensión de referencia por otro, con diferentes resistencias. El comparador que detecte que la onda se encuentra en un determinado nivel, emitirá señal. Posteriormente, se aplica muestreo sobre la onda cuantificada; el muestreo y la cuantificación forman un sistema lineal, luego el orden de aplicación de los mismos no es relevante (aunque habitualmente el muestreo se explica como el primer paso, y la cuantificación, el segundo).
Con este esquema, es necesario un comparador por cada nivel. Para 8 bits, 256 comparadores, para 16 bits, 65536. Estas cifras son muy elevadas, y por tanto, su implementación no es viable. Por ello, en la práctica se utiliza un esquema alternativo.
Los comparadores se disponen en serie, de modo que cada uno de ellos calcula, por el método de "aproximación sucesiva", el valor de cada bit, empezando por el mas significativo (MSB). Entonces, es necesario un comparador por cada bit, lo cual supone un valor viable.
DSP's (Digital Signal Processors)
El proceso de cuantificación, si bien es la parte esencial de la conversión A/D, no es exclusivo de ésta. Puede aparecer también en otras etapas del tratamiento digital de audio.
Los DSP's (procesadores digitales de señales) son dispositivos microelectrónicos especializados en realizar tareas concretas de tratamiento de la señal, de la manera mas óptima y eficaz. Existe un gran número y variedad de ellos, en diferentes ámbitos de las telecomunicaciones, electrónica, etc.
En el campo del audio, existen DSP´s para realizar operaciones muy diversas como compresores, expansores, companders, filtrado, ecualización...etc. Tanto en el caso de las diferentes etapas en el funcionamiento interno de los mismos, como en la interconexión de diferentes DSP´s o sistemas, puede darse el caso de que sea necesario convertir una señal de 24 bits a 16, de 16 a 8, etc. En estos casos, es necesario realizar un proceso de cuantificación previo que adapte la señal al pasar por cada etapa.
Un caso paradigmático es la grabación profesional de audio. Es habitual capturar la señal de audio con una calidad de 24 bits en los estudios profesionales. Para trasladar el resultado final a un CD, tras la postproducción, existen equipos especializados en la conversión de 24 bits a 16, que aplican "noise shaping" de orden elevado.
