Formatos y frecuencias de audio: La ciencia detrás del sonido perfecto
En el mundo del audio de alta fidelidad, la calidad del sonido es primordial. Sin embargo, para muchos, entender los diferentes formatos y frecuencias de audio puede resultar confuso. En este artículo, exploraremos en profundidad los formatos de audio más comunes y cómo las frecuencias afectan nuestra experiencia auditiva, ayudándote a tomar decisiones más informadas sobre tus equipos y archivos de audio.
¿Qué significan los formatos de archivo de audio?
Los formatos de archivo de audio son simplemente formas de almacenar información de sonido.
Cuando los datos de audio sin procesar salen de la interfaz de audio a través del conversor analógico-digital, se utilizan la modulación por impulsos codificados (PCM) para codificarlos.
Para reproducir esa modulación por impulsos codificados a través de un sistema físico, es necesario organizar la información en un archivo que pueda ser reproducido.
Los tipos de formatos de archivo de audio se distinguen por los contenedores que los albergan y los métodos de compresión de datos que emplean para mantener los flujos PCM en orden.
Aunque estos formatos representan la misma información, difieren en calidad y espacio de almacenamiento.
Algunos formatos de audio incluyen características únicas, como el almacenamiento de metadatos, que brinda información sobre el contenido o el archivo.
Una exploración más detallada de PCM
Como mencionamos anteriormente, PCM, o Modulación por Impulsos Codificados, es el método mediante el cual transformamos señales analógicas en señales que pueden ser utilizadas en el dominio digital. Este proceso de conversión implica codificar formas de onda con una determinada profundidad de bits y una frecuencia de muestreo. La profundidad de bits se refiere al número de bits por muestra, mientras que la frecuencia de muestreo indica el número de muestras tomadas por segundo.
La mayoría de los formatos digitales suelen tener una frecuencia de muestreo de 24 bits/44,1 kHz.
Los tres principales conjuntos de formatos de audio pueden ser comprendidos de manera simple al dividirlos en tres categorías principales:
- Formato de audio no comprimido
- Formato de audio comprimido con pérdida
- Formato de audio comprimido sin pérdida
Comparación entre archivos de audio con pérdida y archivos de audio sin pérdida
Dentro del vasto mundo de los archivos de audio, se encuentran los formatos con y sin pérdidas, los cuales se distinguen por el grado de compresión de los datos.
La compresión de datos es una herramienta práctica que permite almacenar más archivos en un disco duro. Es como condensar varios archivos individuales en la computadora para crear un archivo más pequeño. Es importante destacar que este tipo de compresión difiere significativamente del proceso de compresión de audio utilizado en la mezcla o producción musical.
Contrariamente a lo que se suele creer, existen métodos de compresión de datos que logran reducir el tamaño de los archivos conservando toda la integridad de la información presente en el flujo de audio. Estos formatos de audio se conocen como formatos comprimidos sin pérdidas.
Por otro lado, están los formatos comprimidos con pérdida, que eliminan datos del flujo de audio con un impacto mínimo en la calidad del sonido. Sin embargo, es importante tener en cuenta que este tipo de compresión implica la pérdida de información.
Comparación entre formatos de audio comprimidos y formatos de audio sin comprimir
Los formatos de audio que no han experimentado ningún tipo de compresión se conocen como formatos de audio sin comprimir.
Estos formatos actúan como recipientes que albergan datos de audio en su estado bruto, sin ninguna reducción en su calidad o tamaño. Aunque estos archivos pueden ocupar más espacio en comparación con los comprimidos, ofrecen el más alto nivel de detalle y fidelidad auditiva.
Se emplean ampliamente en diversas etapas de la producción musical, como la grabación o la mezcla.
Sin embargo, es importante señalar que no todos los archivos de audio sin comprimir son idénticos. La calidad de estos archivos varía según el proceso de conversión de la señal analógica a digital. Los diversos tipos de convertidores analógico-digitales emplean distintos niveles de precisión y exactitud.
Al utilizar una mayor profundidad de bits y una frecuencia de muestreo más alta durante el proceso de conversión, se puede capturar más información.
La profundidad de bits se refiere al número de bits de información presentes en una muestra de audio, lo que se relaciona directamente con la resolución de cada muestra. Por ejemplo, un CD utiliza 16 bits por muestra, mientras que el audio de un DVD utiliza 24 bits por muestra.
La precisión con la que un convertidor analógico-digital puede medir la amplitud o el volumen de la señal es lo que determina la profundidad de bits.
Entendiendo la tasa de bits
La tasa de bits se refiere a la cantidad de datos que un archivo produce por segundo.
Cuando escuchas audio digital, es común encontrar archivos que llevan la marca "kbps" al final para indicar la tasa de bits asociada.
Cada segundo de una grabación de audio contiene una cantidad específica de bits. Esta cantidad se calcula como "datos por segundo".
La tasa de bits, que representa la cantidad de datos codificados cada segundo, se utiliza para evaluar la calidad de un formato de archivo.
Aunque los archivos con velocidades de bits más bajas resultan en una compresión más eficiente y archivos más pequeños, la calidad del audio puede verse comprometida. En los primeros días de los discos duros y los ordenadores, cuando el espacio de almacenamiento y el ancho de banda eran limitados, era necesario utilizar tasas de bits más bajas.
En el entorno digital actual, donde el almacenamiento y el ancho de banda son menos preocupantes, se recomienda utilizar la mayor tasa de bits posible al trabajar con formatos comprimidos.
Por ejemplo, para un archivo MP3, el estándar de alta calidad suele ser de 320 kbps. Con esta configuración de alta calidad, puede ser difícil diferenciar entre audio comprimido y audio sin comprimir al escuchar casualmente.
Audio de alta resolución
Entonces, puede que te estés preguntando, ¿qué hay del audio de alta calidad?
El audio de alta calidad se caracteriza por no tener una norma uniforme.
No obstante, cuando se habla de audio de alta calidad, los productores e ingenieros suelen referirse a archivos de audio con frecuencias de muestreo o profundidad de bits superiores al estándar de CD, que es de 16 bits/44,1 kHz.
Para nosotros, los archivos de alta calidad se encuentran en formatos como 24 bits/48 kHz, 24 bits/96 kHz y 24 bits/192 kHz.
La ventaja de los archivos de audio de alta calidad es que contienen mucha más información que los archivos de baja calidad o el audio comprimido, lo que se traduce en una mejor calidad de sonido. Aunque estos archivos ocupan más espacio de almacenamiento, puede valer la pena si buscas calidad.
Algunos de los formatos de archivo de audio de alta calidad más populares son WAV y AIFF, aunque también existen formatos como FLAC y ALAC.
Formatos populares de archivos de audio
Aunque hay una variedad de formatos de archivo de audio disponibles, algunos son mucho más comunes que otros.
En tu viaje por el mundo de la producción musical, es probable que te encuentres con solo unos pocos tipos de formatos de audio. Aquí hay algunos de los principales que debes conocer:
MP3
El formato de audio más comúnmente utilizado para la escucha casual es el MP3.
A principios de la década de 2000, los MP3 ganaron popularidad gracias a la revolución en el intercambio de archivos iniciada por Napster. En octubre de 2001, Steve Jobs sorprendió al público sacando de su bolsillo un pequeño dispositivo con 1,000 de estos archivos.
Lo atractivo de los MP3 era la capacidad de almacenar una gran cantidad de información en contenedores tan pequeños sin perder calidad de sonido.
Por supuesto, una de las razones por las que los MP3 se convirtieron en el epicentro de las descargas ilegales de música fue su facilidad de codificación a partir de CDs.
En la actualidad, los MP3 siguen siendo uno de los formatos de archivo de audio más utilizados. Incluso las principales tiendas de descargas de música digital, como Bandcamp, continúan empleando el MP3 como su formato principal.
Son extremadamente convenientes para almacenar música en tabletas o dispositivos de reproducción portátiles, y funcionan en casi todos los dispositivos de reproducción.
La velocidad de bits a la que se graban los MP3 puede tener un gran impacto en la calidad del sonido. Por ejemplo, un MP3 codificado a 128 kbps tendrá una calidad de sonido inferior a la de un MP3 codificado a 320 kbps.
AAC
Los archivos AAC son archivos de audio comprimidos con pérdida desarrollados por varias empresas de tecnología digital, como Bell, Microsoft y Dolby. La premisa detrás de la creación del formato AAC es su supuesta mayor eficiencia en comparación con el MP3.
Si has tenido un iPod en algún momento, es probable que hayas escuchado archivos de audio en formato AAC, ya que la tienda iTunes utiliza este formato.
Se considera que AAC es un poco más eficiente que el MP3, y muchos argumentan que ofrece una mejor calidad de sonido. Es utilizado por la plataforma de streaming Apple Music, así como por YouTube.
WAV/AIFF
Los archivos WAV (Waveform Audio File Format) son uno de los formatos de audio sin pérdidas ni compresión más populares. A menudo, los archivos AIFF son preferidos sobre los WAV, ya que ambos contienen la misma cantidad de información y funcionan de manera similar.
Ambos se basan en PCM (Modulación por Impulsos Codificados), que es uno de los métodos más simples para el almacenamiento de audio en el ámbito digital.
La diferencia radica en que los archivos WAV fueron desarrollados para usuarios de PC por IBM y Microsoft, y por eso son más comunes en plataformas Windows. WAV es también el formato estándar de codificación para CD.
Por otro lado, los archivos AIFF (Audio Interchange File Format) fueron desarrollados como alternativa a los WAV para usuarios de Apple. Aunque su uso no es tan extendido como el de los WAV, son más compatibles con los metadatos. A diferencia de los archivos WAV, los AIFF permiten la inclusión de datos como títulos de canciones e ilustraciones.
Ambos formatos utilizan PCM, lo que significa que no hay compresión ni pérdida de información. Si trabajas con Logic, es probable que te encuentres con archivos AIFF como una de las pocas opciones disponibles.
El principal inconveniente de estos formatos es su gran tamaño. Un archivo de calidad de CD a 16 bits/44,1 kHz ocupa aproximadamente 10 MB por minuto de audio.
A pesar de esto, son formatos preferidos por ingenieros de audio que buscan conservar la máxima calidad de sonido.
FLAC/ALAC/WMA
Los archivos FLAC son archivos de audio comprimidos sin pérdidas de código abierto. Este formato de archivo de audio fue uno de los primeros en popularizarse entre los formatos sin pérdidas. FLAC es una abreviatura de Free Lossless Audio Codec. Estos archivos tienen aproximadamente la mitad del tamaño de un archivo WAV o AIFF estándar con la misma frecuencia de muestreo.
A pesar de su tamaño reducido, los archivos FLAC mantienen la calidad de audio sin pérdidas. Incluso superan la calidad de un CD estándar, ya que pueden ofrecer una resolución de hasta 32 bits/96 kHz.
La ventaja de los archivos FLAC es que permiten a los usuarios con limitaciones de almacenamiento en sus dispositivos disfrutar de audio sin pérdidas. Aunque para el oyente promedio puede resultar difícil distinguir entre FLAC y MP3, muchos audiófilos debaten sobre las diferencias.
ALAC es muy similar a FLAC, pero fue desarrollado por Apple. Estas siglas corresponden a Apple Lossless Audio Codec.
ALAC es una excelente alternativa a FLAC para los usuarios de Apple Music o iOS. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los archivos ALAC tienden a ser ligeramente más grandes que los FLAC.
La opción disponible para usuarios de Windows es el formato WMA, que se refiere a Windows Media Audio. Este formato fue creado por Microsoft específicamente para el sistema operativo Windows. WMA tiene la capacidad de manejar frecuencias de muestreo de hasta 24 bits/96 kHz, reproduciendo el audio sin pérdida de datos.
Es importante tener en cuenta que Microsoft también ha desarrollado una variante de WMA con pérdida de calidad. Esta opción puede ser beneficiosa para usuarios de Windows que deseen reducir el tamaño de sus archivos de audio sin sacrificar demasiada calidad, en comparación con el formato MP3.
OGG Vorbis
Los archivos OGG Vorbis, también conocidos simplemente como formato Vorbis, son archivos de compresión con pérdida creados como alternativa al AAC y al MP3. La particularidad de este formato es que no está sujeto a ninguna patente. El servicio de streaming Spotify utiliza el formato OGG Vorbis a 320 kbps.
"OGG" en realidad no significa nada, y no es un formato de compresión en sí mismo. Más bien, es un contenedor multimedia diseñado para alojar una variedad de formatos de compresión. El término "OGG Vorbis" se refiere comúnmente a los archivos que contienen el formato Vorbis.
Vorbis surgió en el año 2000 y se hizo popular debido a su asociación con el software de código abierto. En comparación con la mayoría de los formatos de compresión con pérdida, ofrece una calidad de audio superior.
Otros tipos de formatos de audio menos comunes
DSD
DSD es un formato de audio de alta resolución empleado en los Super Audio CD. Se presenta en diversas variantes, como 2,8, 5,6 y 11,2 MHz. Este formato ofrece archivos de audio sin comprimir de alta fidelidad, ideales para una experiencia auditiva de calidad, aunque no resulta muy práctico para el streaming.
La característica distintiva de los archivos DSD es que utilizan solo un bit, a diferencia de los archivos sin comprimir, que emplean profundidad de bits y frecuencia de muestreo. En el caso de los archivos DSD, este único bit se muestrea 2,8 millones de veces por segundo para recrear el archivo.
Los archivos DSD son comparables a los archivos de alta resolución de 24 bits/96 kHz en términos de calidad de sonido. Sin embargo, a pesar de su calidad excepcional, no son ampliamente compatibles con muchos sistemas operativos. De hecho, se requiere un conversor D/A de terceros para utilizar un archivo DSD en sistemas Mac o Windows.
Para aquellos que estén dispuestos a invertir en un conversor D/A externo y aprecien la calidad del muestreo de un solo bit 2,8 millones de veces por segundo, el formato DSD podría resultar interesante.
MQA
MQA es otro formato de compresión de audio de alta resolución sin pérdidas, diseñado para un streaming más eficiente. Tidal utiliza MQA para el streaming de alta resolución, y es también utilizado en muchos CD.
Cómo seleccionar un formato de archivo de audio
Entonces, después de asimilar toda esta información sobre formatos de archivos de audio, ¿qué haces con ella?
Elegir el formato de audio apropiado para cada necesidad puede marcar una gran diferencia.
La elección del formato de audio dependerá de si valoras más la calidad del sonido o el espacio de almacenamiento, así como de los dispositivos que utilices para la reproducción.
Si eres un oyente casual, es posible que te satisfagan los formatos de archivo comprimidos con altas tasas de bits, como AAC o MP3 a 320 kbps.
En cambio, si eres un productor musical o ingeniero de grabación, es probable que prefieras utilizar archivos de audio sin comprimir con altas frecuencias de muestreo. Los formatos WAV y AIFF de 24 bits/48 kHz son opciones populares en este caso.
Sin embargo, para una audición seria y crítica, muchos audiófilos sugieren el formato FLAC.
En conclusión, la información proporcionada resulta invaluable para quienes buscan mejorar la calidad de audio en sus dispositivos. La comprensión de los diferentes formatos de audio de alta calidad y la importancia de contar con un DAC adecuado para su reproducción se presenta como un paso fundamental en este proceso.
Al tomar la decisión de explorar estos formatos, es imprescindible equiparse con un DAC que permita la codificación y reproducción óptima de estos archivos.
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En última instancia, invertir en un sistema de audio de alta calidad puede transformar significativamente la experiencia auditiva y el disfrute de la música.
