Esta semana queremos dar un enfoque diferente a nuestro Blog como consecuencia de las dudas expresadas por un número creciente de aficionados con respecto a las posibilidades de ese sonido digital que ha sido brutalmente revitalizado por Internet y la banda ancha. Unas dudas que, por supuesto, tienen su fundamento, ya que con la explosión del acceso al sonido de alta calidad a través de la red de redes han aparecido como setas una serie de siglas y formatos que, a la postre, han creado confusión no sólo entre los nuevos adeptos del sonido con mayúsculas, sino incluso a muchos aficionados avanzados que creían estar al día de todo. No pretendemos sentar cátedra en nada, por supuesto, pero sí, aprovechando nuestra experiencia y conocimientos, intentar establecer una especie de guía para que quienes deseen entrar en materia y adentrarse en el universo del sonido digital sepan a qué atenerse. Dicho de otro modo: qué hay y para qué sirve para, a continuación, tomar las decisiones más adecuadas de cara a una posible compra. Y es que sumergirse ahora mismo en el sitio web de una marca o una tecnología relacionada con el audio digital puede ser una aventura que consume mucho tiempo y, para más de uno, acabará resultando de lo más desmoralizante a la vista de la ingente cantidad de conceptos en liza.

Conocer bien el punto de partida

En 1982 vio la luz el Disco Compacto de Audio, alias CD, un producto que tenía que ser poco menos que el soporte definitivo, la asunción de la perfección absoluta en cuanto a reproducción musical doméstica de alta calidad. Y, sí, el CD fue toda una revolución, pero, contrariamente a lo que imaginaron sus creadores (Philips y Sony) más que el final de algo fue el principio de una nueva era que continuó con formatos de menos éxito  como el DVD Audio y el SACD en audio puro y otros mucho más celebrados como el DVD (cuya brutal aceptación supuso la popularización del Cine en Casa) y el Blu-ray Disc, soportes todos ellos “físicos”, en concreto de disco óptico. Y si hemos puntualizado esto último es porque con Internet ha estallado una nueva revolución en la que los bits viajan desde servidores remotos a ordenadores, tabletas y un amplio espectro de dispositivos móviles. Una revolución que, sin embargo, parte, en lo que a la forma de presentar la música se refiere, del mismo concepto que el ya entrañable CD: la digitalización de señales de audio. Un concepto que en función de las disponibilidades tecnológicas y las necesidades de cada usuario adopta unas formas de complejidad variable cuyo conocimiento constituye la razón de ser de este Blog.

Cuando grabamos música, convertimos las compresiones y rarefacciones (expansiones) de las moléculas de aire, es decir, las ondas sonoras, en tensiones eléctricas (voltajes) que son análogas a la densidad continuamente cambiante de esas moléculas de aire que transportan el sonido hacia nosotros. Nosotros describimos estas tensiones como pertenecientes al dominio analógico. No, no son ondas sonoras propiamente dichas, pero estas tensiones eléctricas varían de una manera idéntica a esa densidad de moléculas de aire a la que nos acabamos de referir. Lo digital constituye un mundo completamente aparte. No hay nada analógico en las señales digitales de audio -es decir, ningún tipo de “analogía” con la realidad-, lo que significa que las mismas no exhiben ningún tipo de relación con una forma de onda analógica. Lo que hay son series de números binarios que únicamente representan una onda analógica. Así, podemos decir que los datos digitales de audio pertenecen, después de la conversión de analógico a digital (conversión A/D) al dominio digital, a pesar de que puedan ser originados en el dominio analógico. De hecho, al menos desde un determinado punto de vista, puede considerarse que los datos digitales de audio “no son reales” ya que no guardan ninguna relación con los sonidos que oímos y nacen de un proceso de conversión totalmente arbitrario. Pero lo bueno de todo ello es que funciona. La esencia del audio digital es que una forma de onda analógica cualquiera puede ser representada por una serie de números binarios. La conversión A/D transforma dicha forma de onda al dominio digital.

Hay dos procesos involucrados en la conversión del sonido en dígitos. El primero se llama muestreo (“sampling”) y el segundo cuantificación (“quantization”). Y ambos son comparativamente simples de comprender. El muestreo significa sencillamente que tomamos un acontecimiento continuo -por ejemplo una onda sonora compleja pero continua procedente de una orquesta- y la cortamos en una serie de pequeñas rodajas o “muestras”. A continuación, asignamos un valor numérico arbitrario a cada una de estas muestras. Con el fin de capturar de manera precisa ondas sonoras, tenemos que “muestrearlas” a una velocidad muy alta.

En el caso del CD, necesitamos tomar 44.100 muestras cada segundo para cada canal (esta es la razón por la que decimos que la “frecuencia de muestreo” de los discos compactos es de 44’1 kHz; es otra manera de expresar lo anterior). El motivo por el que necesitamos una frecuencia de muestreo tan alta tiene que ver con algo llamado Teorema de Nyquist o del Muestreo, uno de los bloques básicos del audio digital. El teorema en cuestión nos dice que la frecuencia más alta que un sistema digital puede manejar con precisión es la mitad de su frecuencia de muestreo. Puesto que queremos reproducir frecuencias del orden de 20 kHz (valor que corresponde al extremo superior de la gama de frecuencias que puede captar el aparato auditivo humano), necesitamos una frecuencia de muestreo de al menos 40 kHz. La frecuencia de 44’1 kHz utilizada por el formato CD nos proporciona incluso un pequeño margen de seguridad. Pero lo más interesante del citado teorema es que demuestra matemáticamente –y las matemáticas son una ciencia exacta- que con este proceso se conserva toda la información original, lo que en teoría debería cerrar para siempre la idea de pretender mejorarlo, que no ha sido el caso. Pero de esto hablaremos más adelante. Muchos aficionados se preguntarán por qué 16 bits y no 18, 20 ó 24; y, ya puestos, por qué 44.100 muestras de la señal musical por segundo y no tres veces más. La respuesta es muy sencilla: el combinado de cuantificación a 16 bits (impuesta por Sony; Philips prefería utilizar 14) y el muestreo a 44.100 Hz era el no va más que la tecnología de los albores del audio digital estaba en condiciones de ofrecer.

El imperio de los números

No vamos a extendernos más en la descripción de los fundamentos del audio digital, aunque sí comentar que el número de valores, es decir, las tensiones eléctricas que se puede asignar a cada una de las muestras, “trozos” de la misma obtenidos al digitalizarla, está directamente relacionada con los bits de cuantificación. En concreto, dicho número es de 2 (que por algo estamos trabajando en un lenguaje binario, ceros y unos “lógicos” para ser exactos) elevado a la potencia 16, lo que nos da un total de 65.536 valores. Esto nos lleva a que una señal sinusoidal (la música es mucho más compleja por cuanto combina varios tonos puros con sus armónicos o sobretonos, todo ello continuamente cambiante) analógica, y, por lo tanto, continua y compuesta por un número de puntos infinito, se convierte en una no continua compuesta por un número de puntos finito. Y es aquí donde conectamos con el núcleo duro de una de las confusiones existentes en el actual universo del audio digital doméstico: los bits de cuantificación, las frecuencias de muestreo y la electrónica que hay detrás para ejecutar adecuadamente la cadena de grabación/reproducción de la música grabada.

Por otro lado, existe una relación íntima entre los bits de cuantificación y la gama dinámica (y por lo tanto el nivel de silencio) del sonido, a la vez que parece lógico que, cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, la resolución de la música aumentará en consecuencia. Todo esto dejando de lado la influencia de los circuitos y componentes asociados al proceso “digital”, del que hablaremos en otro Blog.Varios son los procesos utilizados para convertir señales analógicas en digitales, siendo los más conocidos el PCM y el DSD. 
El PCM, acrónimo de “Pulse-Code Modulation”  (“Modulación por Codificación de Pulsos” o “Modulación por Impulsos Codificados”), fue el que se utilizó en los inicios del audio digital y se sigue utilizando todavía. Por su parte, el DSD o “Direct Stream Digital” fue desarrollado por Sony para su formato de disco óptico de alta resolución SACD (“Super Audio CD”). Es interesante saber que el PCM es un sistema de tipo multibit y que el DSD es tipo de monobit, existiendo entre ambos los llamados esquemas de conversión de bajo número de bits (caso del delta-sigma). De cara al usuario que desea introducirse en el mundo del audio digital, baste con saber que cada uno de estos procesos tiene sus pros y sus contras pero, por encima de todo, que a la postre todos ellos son muy válidos y están
ya muy depurados.

Concretando un poco o el mundo real...

Llegados a este punto, parece sensato que uno se haga la siguiente pregunta: ¿cuál es el estado del audio digital de hoy en día? Pues muy fácil, ya que basta con tener en cuenta que el actual estado de la tecnología permite trabajar de forma generalizada con cuantificación a 24 bits y frecuencias de muestreo de 96/192 kHz, que son los formatos utilizados de forma mayoritaria por los estudios de grabación. Sí, los estudios de grabación, lo que significa que por vez primera el melómano de a pie tiene la posibilidad de disfrutar en su casa un sonido idéntico al monitorizado por los ingenieros que lo trabaron y mezclaron. ¿Y dónde tenemos esa calidad? Pues en grabaciones sobre Blu-ray Disc y en ciertas descargas de alta resolución disponibles en sitios web especializados como HDtracks (en muchos casos pertenecientes a sellos discográficos). En el caso del DSD, su condición de sistema de codificación monobit hace que el cálculo de su equivalencia con el PCM en términos de resolución/dinámica sea menos intuitivo, aunque haciendo números se llega a la conclusión de que en lo que a resolución se refiere tenemos la equivalente a unos 22 bits. Pero, cuidado: esto no significa que una grabación en PCM con cuantificación a 24 bits tenga que sonar necesariamente mejor. En este sentido, hay que destacar un formato que en principio sólo conocen los aficionados más perfeccionistas e informados: el DXD, alias “Digital eXtreme Definition”, desarrollado en el ámbito profesional para compensar las limitaciones del antes mencionado DSD en lo que a edición se refiere y que, a efectos prácticos, se plasma en una señal PCM de 24 bits con muestreo a 352’8 kHz, es decir, 8 veces la del CD.
Pero no hay que dejarse impresionar en exceso por los números porque, en el fondo, el límite de lo que realmente nos puede ofrecer el audio digital más avanzado del momento viene determinado por un lado por lo que se cuece en los estudios de grabación. Y, por otro, por el potencial de los “chips” de conversión D/A empleados por las fuentes digitales domésticas al uso, dispositivos que, por el momento, tiene su tope “cuantitativo” en la compatibilidad con señales de 24 bits/192 kHz (Crystal, Texas Instruments/Burr-Brown, Wolfson) a excepción de la firma japonesa Asahi Kasei, que comercializa ya de manera generalizada “chips” con tecnología de 32 bits. Nos vamos a detener aquí antes de pasar a la “galaxia Internet”, aunque no sin puntualizar que, al ser la cuantificación a 24 bits el tope utilizado ahora mismo por los estudios de grabación más avanzados, la aportación tangible de los convertidores D/A y/o los esquemas de procesado digital de señal que operen con arquitecturas de 32 o más ..36 en el caso del formidable procesador digital de audio Esoteric Grandioso D1, actual no va más entre los productos de su clase.

En síntesis, creemos que la “lección” a aprender del presente Blog está más que clara: frecuencia de muestreo, cuantificación, convertidores D/A, búsqueda de la máxima resolución posible. La próxima semana veremos cómo se trasladan todas estas posibilidades al ecosistema del audio de Internet, sin dejar de lado una de las técnicas más perversas en términos de calidad sonora auspiciadas precisamente por la ausencia de la hoy omnipresente banda ancha: la compresión de datos.  Continuará...