Anoche, después de 2 semanas de sufrimiento... Logramos hacer correr el Call of Duty 5 (Call of Duty World at Conflict). El motivo por el cual no logramos que corriera al principio (después de una pizza y una googleada) no fue otro que la tasa de frecuencia con la que teniamos configurada la tarjeta de sonido.
Como técnico, siempre he pensado que tener un equipo de computación al 100% de su capacidad es lo mejor que puede existir para su rendimiento. Pero al parecer todos cometemos errores. Buscando la razón por la cual el juego funciona en una frecuencia de sonido de 48000Hz en vez de 196000Hz. Descubrí algo que realmente es importante conocer si son de esas personas que le gusta tener su PC lo mas óptimo posible.
La definición de Wikipedia de Frecuencia de muestreo es la siguiente:
"La tasa o frecuencia de muestreo es el número de muestras por unidad de tiempo que se toman de una señal continua para producir una señal discreta, durante el proceso necesario para convertirla de analógica en digital. Como todas las frecuencias, generalmente se expresa en hercios (Hz, ciclos por segundo) o múltiplos suyos, como el kilohercio (kHz), aunque pueden utilizarse otras magnitudes."
Esto quiere decir que la frecuencia de muestreo no es otra cosa que el tiempo que toma la conversión de analógica a digital y viceversa. Recuerde que nuestra computadora es la señal digital, mientras que nuestras cornetas convencionales u audífonos convencionales son señal analógicas.
Es un error frecuente y extendido, creer que una misma señal muestreada con una tasa elevada se reconstruye mejor que una muestreada con una tasa inferior. Entonces nos preguntamos como sabremos cual es la mejor frecuencia de muestreo para mí?.
La respuesta viene de, según del teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, el cual enuncia que para poder replicar con exactitud la forma de una onda es necesario que la frecuencia de muestreo sea superior al doble de la máxima frecuencia a muestrear.
Un ejemplo: una señal X, tiene una onda de 10 kHz (Recuerden que 1kHz = 1000Hz); en su reconstrucción es suficiente tanto si se obtiene de una tasa de muestreo de 25000 muestras por segundo como de una de 50000 muestras por segundo ya que la superan por el doble. Pero recuerden que a mayor calidad de muestreo (o Frecuencia de Sonido) mayor espacio consumirá el archivo de sonido.
El proceso de muestreo (que no debe ser confundido con el de cuantificación) es, desde el punto de vista matemático, perfectamente reversible, su reconstrucción debe ser exacta, no aproximada. Dicho de otro modo, desde el punto de vista matemático al que se refiere el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon.
Ahora por que nos es importante conocer este teorema, en lo que al sonido y nuestro computador se refiere.
Bueno, según estudios científicos, en lo que a audio se refiere, la máxima audiofrecuencia perceptible para el oído humano joven y sano está en torno a los 20 kHz, por lo que teóricamente una frecuencia de muestreo de 40000 sería suficiente para su muestreo; no obstante, el estándar introducido por el CD, se estableció en 44100 muestras por segundo. La frecuencia de muestreo ligeramente superior permite compensar los filtros utilizados durante la conversión analógica-digital.
El nivel de muestreo más estandarizado del mercado en cuanto a estudio de grabación suele ser el de 48 Khz que son 48.000 muestras por segundo. Al parecer esa fue la idea inicial de los inventores del CD, pero resultó que una obra clásica de no recuerdo que autor (es intrascendente), no cabía en un CD, y por eso se redujo esa frecuencia de muestreo a 44,1 Khz.
Ahora, ya entrando al entorno digital, el sonido para poder ser almacenado digitalmente, es necesario una cuantificación, y allí es donde entran los bits.
A nivel informático un bit no es otra cosa que una representación de un estado eléctrico de 0 (cero) y 1 (uno), se podría definir como la parte mas primoldial de cualquier elemento digital. Bien, el sonido se almacena en forma de señales, también conocido como niveles de muestreo, lo cuales se calculan elevando el número 2 (por eso de la matemática binaria) por el número de bit que va a componer un sonido en un tiempo determinado.
Ejemplo: si yo quiero cuatro niveles de sonido yo tendría que elevar 2^2 lo cual me da 4, se podría definir entonces que ese sonido sería de 2 bits.
No es lo mismo tomar una muestra de 2 bits que sólo reflejaría 4 niveles de señal (una aberración sin sentido), a tomar una muestra de 16 bits (la resolución de un CD comercial) que es capaz de medir 2^16 es igual a 65.536 niveles de señal diferentes.
Actualmente, en los estudios digitales modernos, ya se graba a 24 Bits, e incluso a 32 Bits. Por ejemplo, lo habitual en estudios caseros es ser 24bits, lo que viene a resultar: 2^24 es igual 16 millones de profundidad de señal.
Se intuye que a mayor cantidad de bits, mayor cantidad de sonido se puede almacenar, aunque eso es proporcional a la Frecuencia de muestreo que estemos utilizando.
En resumen, tendríamos que trabajar en nuestras computadoras para un óptimo rendimiento con los siguientes valores:
Calidad DVD
- 96000hz/24bits en Windows XP
- 96000hz/24bits en Windows Vista
Calidad Blue-Ray (o el difunto HD-DVD)
- 192000hz/24bits en Windows XP
- 192000hz/24bits en Windows Vista
Por que estos valores, hay que aclarar que los 24 bits no son reales ya que ahí que evaluar el ruido de cualquier sistema (incluídos los de audio digital) es a través de la relación señal/ruido (S/R) en decibeles. Para el audio digital, la máxima S/R que puede obtenerse es, aproximadamente, igual a 6*n, donde n es la resolución en bits.
Por lo que el rango dinámico para 24 bits es 24 x 6 = 144 dB. Lamentablemente, la electrónica analógica actual no puede dar ese rango dinámico. Para lograrlo habría que trabajar con impedancias muy bajas (del orden del ohm o menos), corrientes muy bajas en los amplificadores y temperaturas bajo cero. La mayoría de las placas de sonido que soportan 24/96 especifican una relación señal/ruido de 110 dB o menos lo cual reduce la performance real a unos 18 bits. A pesar de ello, la performance será mejor que la de cualquier placa de 16 bits porque los fabricantes usan mejores amplificadores, filtros, etc., para 24 bits que para 16 (ninguna placa de 16 bits llega a 110 dB de relación señal/ruido).
En cuanto a la frecuencia de muestreo, el asunto es diferente. Por empezar, cualquier sistema debe ser capaz de muestrear correctamente los 20 kHz, lo cual requiere una frecuencia de muestreo de al menos 40 kHz. Sin embargo, antes de muestrear hay que remover las frecuencias superiores a 20 kHz con un filtro antialias. El problema es que ningún filtro real puede dejar pasar hasta 20 kHz sin alteración y luego bloquear por completo lo que está por encima de 20 kHz. Un filtro real necesita cierta banda de transición, por ejemplo de 20 kHz a 22 kHz, donde el filtro pasa de no atenuar casi nada hasta atenuar casi todo.
Un filtro así permitiría usar una frecuencia de 44 kHz (o 44,1 kHz, como es la norma). Pero de todas maneras una banda de transición de 2 kHz es demasiado angosta y requiere un filtro complejo que, como subproducto, produce distorsiones de fase (las distorsiones de fase son importantes pues deterioran la imagen espacial estéreo o tridimensional del sonido). Este problema se puede resolver muestreando a más frecuencia, por ejemplo 96 kHz, que permite que el corte del filtro se produzca a 48 kHz en vez de a 22 kHz. Este filtro tiene una pendiente menos abrupta y es, por consiguiente, más simple y deja menos "cicatrices" en la señal.
En resumen:
Como utilizar las Frecuencias:
- 8000hz : Teléfonos, adecuado para la voz humana pero no para la reproducción musical. En la práctica permite reproducir señales con componentes de hasta 3,5 kH.
- 22050 : Radio En la práctica permite reproducir señales con componentes de hasta 10 kHz.
- 32000hz : Vídeo digital en formato miniDV.
- 44100hz : CD, En la práctica permite reproducir señales con componentes de hasta 20 kHz. También común en audio en formatos MPEG-1 (VCD,SVCD, MP3).
- 47750 : Formato PCM de Nippon Columbia (Denon). En la práctica permite reproducir señales con componentes de hasta 22 kHz.
- 48000hz : Sonido digital utilizado en la televisión digital, DVD, formato de películas, audio profesional, juegos de computadoras y sistemas DAT.
- 50000hz : Primeros sistemas de grabación de audio digital de finales de los 70de las empresas 3M y Soundstream.
- 96000hz o 192400hz : HD DVD, audio de alta definición para DVD y BD-ROM (Blu-ray Disc).
- 2822,4kHz : SACD, Direct Stream Digital, desarrollado por Sony y Philips.
Como utilizar los bit:
- 16 bits : Formato estandar para CD
- 24 bits : Formato estandar de las placas de sonido Hi-Fi. Equipos profesionales con AC3
- 32 bits y superiores : Futuro estándar de los Estudios de Grabacion, en esta etapa se utilizarían sólo complementos digitales (consola, micrófonos, audífonos, etc), ya que 24 bits es el tope teórico para almacenamiento digital desde medio analógico.
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