Captura de Audio y Tipos de Micrófonos

Captura de Audio

• La captura transforma las variaciones de presión del sonido en otro tipo de señal, permitiendo su procesamiento, almacenamiento o transmisión.
• Un micrófono es un transductor electroacústico que convierte las ondas sonoras en señales eléctricas.
• La mayoría de los micrófonos utilizan un diafragma que vibra en respuesta al sonido.
• Existen diversos tipos de micrófonos que usan diferentes métodos para convertir vibraciones en energía eléctrica.

Tipos de Micrófonos

• Micrófono electrostático (de condensador): Almacena energía en un condensador formado por dos placas paralelas, donde la energía es inversamente proporcional a la distancia entre ellas.
• El diafragma actúa como una de las placas del condensador, y su vibración causa cambios en la distancia.
• La variación en la energía almacenada se convierte en una señal eléctrica que es la salida del micrófono.
• Micrófono electrostático producen señales de alta calidad y son muy sensibles, incluso a bajos volúmenes.
• No son adecuados para volúmenes altos debido a la posible distorsión por su alta sensibilidad.
• Estos micrófonos se utilizan en estudios de grabación y laboratorios y requieren una fuente de energía (pila interna o phantom power).
• Micrófono dinámico (electro-dinámico): El diafragma está conectado a una bobina de alambre que se encuentra dentro de un campo magnético.
• Al moverse el diafragma, la bobina se mueve dentro del campo magnético, generando una corriente eléctrica por inducción electromagnética.
• Micrófonos dinámicos son generalmente más baratos que los electrostáticos y tienen menor sensibilidad.
• No tienen una respuesta en frecuencia tan plana, pero se pueden combinar para capturar frecuencias específicas.
• No necesitan una fuente de energía, ya que el imán genera un campo magnético constante.
• Un micrófono dinámico es esencialmente un altavoz dinámico invertido.
• Micrófono piezoeléctrico: No tienen membrana y funcionan comprimiendo un material (cuarzo, carbón, etc.) con las vibraciones del sonido.
• La fricción genera una tensión eléctrica.
• Se utilizan para capturar el sonido de instrumentos musicales o en situaciones extremas.
• Otros tipos de micrófonos incluyen los de láser.

Propiedades de los Micrófonos

• La direccionalidad describe la sensibilidad de un micrófono según la dirección del sonido.
• Micrófonos omnidireccionales captan el sonido por todas las direcciones.
• Micrófonos bidireccionales captan el sonido desde dos direcciones opuestas.
• Micrófonos unidireccionales (cardioides) captan el sonido principalmente en una dirección.
• La impedancia mide la oposición de un dispositivo al paso de corriente alterna, se mide en Ohmios (Ω) y se representa con la letra Z.
• En micrófonos, es mejor que la impedancia sea baja y se utilizan términos como Hi-Z y Low-Z.
• Una impedancia baja admite cables más largos y reduce pérdidas al conectarse a preamplificadores o amplificadores.
• Se recomienda conectar micrófonos a equipos con impedancia de entrada mayor o igual que la salida del micrófono para evitar la pérdida de señal y la distorsión.

Grabación de Audio

• La grabación implica almacenar la señal producida por el sistema de captura en un soporte permanente de manera reversible para permitir la reproducción.
• Grabación mecánica: Las vibraciones del aire hacen vibrar una membrana que mueve una aguja o estilete sobre un cilindro (fonógrafo) o disco (gramófono).
• Grabación eléctrica: Introduce elementos eléctricos en los micrófonos para mejorar la calidad, manteniendo el disco de vinilo como soporte físico.
• Grabación magnética: Utiliza una cinta magnética donde la señal de audio se pasa a través de una bobina en el cabezal de grabación, generando un campo magnético variable.
• Este campo magnético reorienta las partículas magnetizables de la cinta, creando una representación magnética del sonido.

Reproducción de Audio

• La reproducción consiste en generar una onda de sonido a partir de la información almacenada en un soporte.
• Primer etapa: la información almacenada se convierte en una señal eléctrica.
• En discos, los movimientos de la aguja desplazan una bobina en un campo magnético, induciendo una señal eléctrica.
• En cintas, el cabezal de lectura genera una señal eléctrica a partir del campo magnético de la cinta.
• Segunda etapa: la señal eléctrica generada es generalmente débil y se debe amplificar con un amplificador electrónico.
• La amplificación aumenta la magnitud eléctrica de la señal.
• Tercera etapa: los altavoces transforman la señal eléctrica amplificada en una onda de sonido.
• Los altavoces generan vibraciones en el aire proporcionales a la señal eléctrica de entrada.
• Los altavoces son transductores electroacústicos que convierten la señal eléctrica en acústica.
• Esta etapa puede introducir distorsión o pérdida de calidad.
• El altavoz dinámico es el más común, donde la señal eléctrica recorre una bobina móvil que crea un campo magnético variable interactuando con un campo magnético constante.
• Esta interacción mueve el diafragma, generando vibraciones que producen la señal sonora.
• Los altavoces dinámicos no tienen una respuesta plana en frecuencia, y para reproducir adecuadamente todas las frecuencias, utilizan diferentes transductores, como tweeters, midrange y woofers, separados por un crossover.
• Existen otros tipos de altavoces como los de condensador y piezoeléctricos.

Digitalización del Audio

• La información digital se basa en secuencias de bits, donde un bit es la unidad mínima de información.
• Un bit puede ser almacenado de diversas maneras, como presencia o ausencia de voltaje, protuberancias en un CD, etc.
• Un byte consta de 8 bits.
• La información digital puede representar números, texto, imágenes, audio, video, etc., mediante codificadores (codecs) que convierten la información analógica en digital.
• Un ejemplo de codificación es el código ASCII de 8 bits para textos.
• En transmisión, se miden en bits y múltiplos de 1000, mientras que en almacenamiento se miden en bytes y múltiplos de 1024.
• Las ventajas de la digitalización incluyen la capacidad de copiar la información de forma exacta y la menor vulnerabilidad al ruido y al paso del tiempo.

Conversión Analógico a Digital

• PCM(Pulse Code Modulation): se utiliza para convertir una señal analógica en digital
• Dos etapas: Muestreo y cuatificación
• Fidelidad está determinada por 2 parámetros
• Tasa de muestreo y resolución
• Frecuencia de muestreo nos dice el teorema de muestreo que debe ser al menos el doble de la frecuencia
• Cuantificación: Cada muestra se agrega ruido (error de cuantificación)
• Resolución: El número de bits utilizados para guardar el valor de cada muestra

Estándar de Audio Digital

• Frecuencia de muestreo: 44,1 KHz
• Resolución 16 bitPCM por canal (estéreo)
• Tasa de bits: para representar digitalmente un segundo

Compresión Digital

• La compresión reduce el número de bits necesarios para almacenar información, disminuyendo el espacio y el tiempo de transmisión.
• Codec: implementa un algoritmo de codificación incluyendo la compresión.
• Hay dos tipos de técnicas de compresión: sin pérdidas(reconstruir la información original) y con pérdidas(se introduce perdida).
• Los métodos con pérdidas logran un mejor ratio de compresión.
• Los métodos de compresión sin pérdidas pueden aplicarse a casi cualquier información digital.
• Ejemplos de compresores sin pérdidasZIP, RAR
• Los métodos con pérdidas dan característica del tipo de la información .
• Consiguen ratios de compresión mucho mayores que los de los métodos sin pérdidas.
• Ejemplos de compresores con pérdidas: Audio(MP3, WMA), Imágenes(JPEG), Video(MPEG-4)
• Los compresores de audio, cuando la información se capturada no se toda la información es perceptible para el oído humano.
• Esta psicoacústica es para codificar señales.
• Compresión con perdida 5-20%, compresión sin perdida: 50-60%.

Codificación Perceptual

• Los métodos de compresión de audio digital aprovechan que no toda la información capturada en una señal de audio es perceptible para el oído humano.
• Dos tipos de enmascaramiento:
  • Enmascaramiento en simultáneo
  • Enmascaramiento temporal
• Para unificación de estéreo hay dos acciones:
  • Para replicar la percepción humana->Se duplica.
  • El oído es menos sensible a la procedencia.

Formatos de Audio

• MP3: creado en 1989
• Bitrates típicas de 128, 192 y 256 Kbps
• Comprensión con pérdidas y sin pérdidas
• WMA:Windows Media Audio, Formato de Microsoft.
• Hay más formatos de audio digital comprimido que usan ideas similares:
  • MP4, AAC

Almacenamiento Óptico

• Puede ser leídos por medios ópticos.
• Vinilo y cintas fueron remplazados.
• Necesitan la tecnología digital (e.g. PCM, codecs) y la tecnología láser:
  • la luz coherente con longitud de onda determinada (780 nm) que permite enfocar el haz en un punto de tamaño muy pequeño.

Discos Ópticos

• La información digital se almacena haciendo hoyos (pits)
• Los hoyos están dispuestos en una pista en espiral.
• La información es leída iluminando la superficie con un láser.

Compact Disc

Es de policarbonato plástico ,con hoyos microscópicos alineados

• Se cubre con aluminio y acrílico.
• Una Secuencia de hoyos (pits) y mesetas.
• El haz del láser es guiado a través de una óptica hasta la posición exacta
• La luz reflejada es captada por un receptor óptico dependiendo de si la luz rebota en un hoyo o una meseta
• Ejemplos de discos :74 minutos de audio(CALIDAD CD), CD-ROM, photo CD, video CD, CD-i , etc

DVD

• Similar al CD PERO con 7 veces más capacidad
• 4,7GB
• Hoyos grabados más pequeños
• Para tener video de 2h
• Tipos de DVD: Video, Audio RAM

Blue Ray Disc

• Sustituir al DVD
• Con seis veces más capacidad. Con HD - High Definition precisa.
• 27Gb
• láser de menor longitud de onda (405 nm -azul-)
• Ejemplos: BD, BD-ROM, BD R, BD RE

Generación de Sonido

• Se pueden crear sonidos artificialmente con un ordenador..
• Si sabemos exactamente que armónicos genera cada instrumento, podemos reproducir su sonido.
• En los años 90, se introdujeron técnicas de "modelado físico" que supusieron un salto de calidad.

MIDI

• Permite a diferentes sintetizadores comunicarse y sincronizarse entre si.
• No obtiene la señal del audio de salida, si no un “programa”.
• Está formado por un conjunto de acciones que se ejecutan en serie.
• Usos adicionales : -Generar música compleja, incluso con múltiples.
  • Tocar un instrumento determinado . -Controlar varios instrumentos desde un teclado.