De la grabación analógica a la digital

Atrapar el sonido: capturar lo efímero, abrazar lo inasible. La idea de almacenar las vibraciones sonoras se remonta a varios siglos. Estamos tan acostumbrados a nuestros reproductores de música, discos compactos y vinilos, que se nos olvida que hace poco menos de 150 años no se podía grabar el sonido: era imposible escuchar cantos de aves de regiones a las que nunca viajaríamos, revivir las voces de nuestros seres queridos ausentes o disfrutar música sin presenciar la actuación de los intérpretes.

La historia nos explica

Uno de los primeros pasos en el registro del sonido se dio en 1857, cuando el tipógrafo francés Léon Scott de Martinville colocó en el extremo angosto de un megáfono una membrana con una aguja, las que vibrarían al producirse algún sonido en el extremo ancho del cono. La aguja permanecía en contacto con un cilindro rotatorio cubierto de papel ennegrecido con hollín y de esta forma se dibujaba una línea que representaba las vibraciones del cuerpo sonoro – gráfica que alguien describió como un “sonido congelado

en papel”–. Evidentemente, era imposible revertir este proceso – es decir, pasar del dibujo obtenido a un sonido–, pero este dispositivo, llamado fonautógrafo, sirvió muchísimo para analizar las vibraciones sonoras y comparar sonidos de amplitudes grandes y pequeñas, de frecuencias altas y bajas, y de timbres diversos.

No fue sino hasta veinte años después que Edison grabó su voz recitando “María tenía un corderito” en su recién inventado fonógrafo. El aparato creado por Edison y su equipo mostraba grandes similitudes con el fonautógrafo de Léon Scott, pero el cilindro del fonógrafo estaba cubierto de papel aluminio y las vibraciones que se grababan sobre éste – en forma de montes y valles–, eran capaces de “leerse” posteriormente para escuchar lo grabado. Tiempo después, el papel aluminio fue reemplazado por cilindros de cera que permitían grabar hasta… ¡dos minutos de sonido!

Es increíble cuán cercanos estuvieron Edison y Scott en sus invenciones, tanto en el aspecto físico como en su principio operante. Los cambios de presión en el aire que ocurren al vibrar un objeto – requisito inicial para que exista sonido–, son transformados en movimiento en la membrana del megáfono, donde la aguja adherida produce en el papel una representación de ambos, del movimiento y de los cambios de presión. Es fácil de advertir que la huella sonora que queda en el papel aluminio del fonógrafo es muy similar a los surcos que se ven en un disco de vinilo – a pesar de las varias décadas que separan a estas tecnologías–; surcos que por medio de una aguja lectora llegan a un altavoz que generará sonido. El cono del altavoz se mueve de su posición de reposo hacia adentro produciendo una disminución en la presión del aire y crea un aumento de la misma cuando se mueve hacia afuera. Al mismo tiempo, los movimientos del cono del altavoz coincidirán con los cambios de voltaje que se producen en el cable que se conecta a ésta desde el amplificador.

Si escuchamos una melodía de flauta grabada en un disco de vinilo y graficamos los cambios de presión que ocurren en el aire, notaríamos que el dibujo sería prácticamente el mismo a la gráfica del movimiento que está teniendo el cono dentro del altavoz, la que a su vez sería semejante a la curva de los cambios de voltaje en el cable y también análoga a la línea que describe la aguja al moverse por los surcos del disco. No es casualidad que haya utilizado la palabra “análoga” hacia el final del enunciado anterior, porque todas estas gráficas son análogas – esto es, semejantes–, y en el momento en que escuchamos la interpretación de flauta en el disco, los cambios de presión, posición y voltaje que ocurren son todos análogos.

Y ahora con ustedes

Es tiempo ahora de hablar del audio digital. Digitalizar es convertir a números una señal o información. Por ejemplo, cuando ponemos la portada de una revista en un scanner de cama plana, este periférico produce una descripción en números de dicha portada, números que se usan para recrear en un monitor la misma imagen o que se pueden mandar a una impresora – habitualmente, después de algunas modificaciones–. Esto es digitalizar una imagen, pero un sonido, ¿cómo se digitaliza?

Cuando alguien graba su voz en una computadora, se está convirtiendo la señal eléctrica del micrófono en una serie de números – los que se almacenan en una memoria interna–, y cuando posteriormente se quiere escuchar lo grabado, la computadora lee los números y los convierte en una señal eléctrica que va a las bocinas o a los audífonos. Este proceso de digitalización no es cien por ciento exacto, pero hay dos características del sonido digital que nos pueden describir qué tan fiel al sonido original es nuestra representación digital: la frecuencia de muestreo y la cuantización.

Frecuencia de muestreo ( sampling rate). Cuando una señal eléctrica llega del micrófono – o de un cable de un instrumento electrófono–, a la computadora, tarjeta de audio o interfaz de audio, en su caso–, mide el voltaje de esta señal a intervalos de tiempo iguales. Cada medición que hace es una muestra (sample), y el número de mediciones que realiza en un segundo es lo que se denomina la frecuencia de muestreo o de sampleo. Un estándar es la de 44,100 muestras por segundo (44,100 hertz o 44.1 kilohertz), que es la que se utiliza en un sistema de audio de disco compacto, aunque también es muy común grabar a 48,000 Hz. Por supuesto que podríamos digitalizar nuestro sonido a una frecuencia menor que el estándar, como 22,050 Hz o 11,025 Hz, pero escucharíamos un resultado sonoro con menor brillantez – un sonido más opaco–, ya que los componentes agudos del sonido grabado no estarían representados en el audio digital.

Cuantización (bith depth o bit resolution). Esto nos indica con cuántos bits de memoria disponemos para representar cada una de las muestras. Imaginemos que tenemos una regla para medir el voltaje en un instante determinado, pero nuestra regla tiene sólo ocho marcas; cuando se digitaliza no se puede decir: “el voltaje está entre la marca 3 y 4, aunque un poco más cerca de la 4”, o se decide por 3 o por 4. Entonces aumentamos la resolución utilizando una regla con 16 posiciones para medir el voltaje, lo que nos dará una línea más entre las antiguas líneas 3 y 4; aún así, es muy probable que el voltaje quede entre un par de marcas: es necesario aumentar más la resolución. ¿Cuántas marcas necesito en la regla para tener una medición aceptable, sin grandes errores? Pues la regla estándar usada para medir la señal eléctrica consta de 65,536 marcas, que permiten medir el voltaje desde su punto más alto posible al más bajo, y para ello se necesitan 16 bits de memoria – con 1 bit, sólo tendría dos líneas en la regla (21), con 2 bits, cuatro líneas (22), con 3 bits, ocho (23), y así hasta llegar a 16 bits para 65536 posiciones en la regla (216). Puede usarse una cuantización menor, pero mientras más abajo del estándar, más ruido se escuchará en la señal digitalizada.

La comprensión de los conceptos anteriores permite entender un aspecto esencial que diferencia al audio digital del analógico: la discontinuidad de la grabación digital contra la continuidad de la analógica. Al tocar un disco de vinilo, la aguja lectora se mueve por los surcos creando una corriente eléctrica continua –análoga al movimiento de la aguja–, que no cesa en ningún instante de tiempo; pero si esta señal eléctrica la digitalizáramos, tendríamos que tomar sólo algunas muestras, cada cierta fracción de milisegundo, de lo que es un flujo continuo – como cuando vemos una serie de fotografías de nuestro pasado, que marcan sólo instantes de un cambio ininterrumpido que ha sido nuestra vida.

¡Hasta la próxima!

Licenciado en órgano por la Facultad de Música de la UNAM y profesor del Conservatorio de Música del Estado de México. Después de ser tecladista del grupo de rock Iconoclasta, en 2009 funda su agrupación GOVEA, con quien ha producido dos discos compactos y un DVD. Ha compuesto obras para orquesta de cámara, cuarteto de cuerdas, orquesta Big Band y su pieza “Subliminal” (para cello y electrónica) fue grabada en 2019 por Jeffrey Zeigler (ex-integrante del Kronos Quartet). Escribe sobre análisis y apreciación del rock progresivo en su blog www. salvadorgovea.com