Audio Digital

PCM

El pcm (Pulse Code Modulation) es el formato por excelencia del audio digital . Según el teorema de Nyquist necesitas el doble de velocidad de muestreo para digitalizar la máxima frecuencia de una señal analógica . Como en el audio se establece que algunos oídos en muy buen estado escuchan hasta 20 Khz, pues con 40 Khz bastaría . No obstante y por otra serie de razones relacionadas con el soporte en vídeo se optó para el CD la de 44,1 Khz lo que permite un ancho de banda de 5 hz a 20.000 hz y poder usar algún tipo de filtraje .

Pero luego hay que darle un valor a la muestra tomada, es decir, asignar un valor al voltaje de la señal analógica. Y aquí entra lo que llamamos cuantificación en bits. El formato Cd optó por 16 bits lineales . Eso significa que en cada muestra que se toma 44.100 veces por segundo el valor asignado puede ser uno de 2 elevado a la 16 (los bits de cuantificación), es decir, 65.536 valores posibles, lo que significa una dinámica teórica de 96 db máxima .

La velocidad de transferencia de bits se calcularía así :
2 canalesx16 bitsx44.100 de muestreo = 1.411.200 bits en el CD.

Pues bien, el pcm se puede meter en un CD y en un DVD vídeo hasta 24 bits y 96 khz de muestreo para dos canales. Pero lo habitual del pcm en DVD es 16 bits y 48 khz de muestreo .

Existe un formato, el DVD-Audio que admite más resolución pero ya hablaremos de él.

Pues estos datos digitales, pueden salir bien por la salida analógica del lector o bien por la digital spdif, óptica o coaxial . Algunos lectores son capaces de sacar por vía digital datos pcm hasta 24 bits y 96 Khz de muestreo . Pero algunos no, porque por rollos de piraterías inhiben la señal y la pasan a 48 khz .

Dolby Digital (AC3)

Es la forma de audio por excelencia en nuestros DVDs y por tanto en el Cine en Casa . Todos los DVDs vídeo deben de tener una pista o en dolby digital o en pcm OBLIGATORIAMENTE al menos.

Pero el dolby digital o AC3 viene del cine, no del DVD que es posterior . Un buen invento del cine fue el dolby estéreo que permitía codifcar 3 canales sobre dos en una banda analógica . La versión doméstica fue el dolby surround pro logic del que ya hablaremos luego . Pero eso no fue suficiente y se pensó en meter el sonido digital en los cines.

Ya hemos visto la enorme cantidad de información que tiene un Cd y eso era imposible de poner en una película, no había aparentemente sitio . Pero no, lo había y era entre los agujeros de arrastre de la película . Si se conseguía poner audio ahí, la misma película contendría la banda sonora analógica y la digital . Pero la digital si encima pretendíamos que fuera multicanal había que reducirla de modo que se decidió optar por la compresión digital y así surgió el dolby digital cuya primera película fue Batman vuelve.

Para almacenar 5.1 canales de audio podemos reducir información de varias formas y una de ellas es disminuyendo el número de bits de cuantificación a 12 bits, por ejemplo, pero eso provocaría un aumento del nivel de ruido del sistema y una reducción de la gama dinámica y claro, perderíamos calidad con respecto al sistema analógico . En lugar de ello, dolby digital lo que hace es variar la velocidad de transmisión de bits de forma instantánea en función de la frecuencia, para controlar la resolución general de la banda sonora puesto que las frecuencias menores no necesitan tanta frecuencia de muestreo como las más agudas .Con la utilización de algoritmos complejos, calcula la distribución óptima de los bits sin ninguna degradación sonora .

Pero como al haber menos bits hay más ruido de cuantificación (ver el hilo de los bits), dolby recurre a dos trucos, el filtrado digital y el llamado efecto de enmascaramiento .El filtrado digital lo que hace es dividir la señal en 256 bandas de frecuencia .

De esta forma, al pasar la información de audio a través de una serie de filtros de paso de banda para cada uno de los cinco canales, se suprime la mayor parte del ruido al limitar la respuesta de frecuencia y asigna bits donde existe información. Es decir, si la señal fuera un tono puro de 1 khz, sólo habría señal en esa banda por lo que podríamos destinar todos los bits a sólo una banda y no habría pérdida de información pues en el pcm se asignan los bits haya o no señal, por eso decimos que es pcm lineal . Aquí de lo que se trata es de utilizar eficientemente los bits que tenemos para trabajar .

Como decía, Dolby Digital tiene 256 bandas independientes con filtros de paso de banda (agudos y graves) de 12 db por octava, usando su propia técnica de reducción de ruidos dolby. Por otra parte, tiene en cuenta la información repetitiva de los canales . Es decir, si la misma información saliera por los cinco canales, ¿para qué grabar todos? Los grabas una vez y le dices qué información debe de derivar a cada uno . Así te ahorras en ese caso casi una quinta parte de la información sin pérdida de calidad .

DOLBY DIGITAL II

No se trata de que seamos técnicos de dolby, por lo que no me voy a enrrollar más .
Pero la conclusión es que es un sistema de codificación de sonido digital multicanal que es variable en cuanto a configuración de canales y que en su versión normal ofrece (y de ahí para atrás), 5 canales totalmente discretos (diferentes) y con un ancho de banda de 20 a 20.000 Hz, de muy alta dinámica y mucha calidad . Además, posee un canal para efectos graves (hasta 120 Hz) muy útil para las explosioncitas del cine, el .1 .

Es un formato escalable a la baja (hasta la señal estéreo) y que puede demodularse de nuevo y permite dos controles más, el central (diálogos) y el control de la gama dinámica (el famoso modo nocturno) .

Poesteriormente, ha salido una versión de 6.1 canales, el dolby digital EX . Pero el sexto canal no es discreto, va matriciado en los traseros como el prologic, de forma que si no tienes trasero, oirás la señal trasera en estéro . Y si tienes trasero pero el DVD (disco) no es 6.1, si quieres que te suene en 6.1, el trasero central utilizará la información común de los traseros laterales.

Pues bien, este modo se extrae del lector si éste no lleva descodificador, vía digital .

Las velocidades que admite el DVD son varias, dependiendo del número de canales y de lo que quiera el productor. Lo más habitual para 5.1 es 384 Kbps y según dolby, para dvd la máxima velocidad es 448 Kbps. Es muy frecuente ver formatos en estéreo a 192 kbps.

Lo de los numeritos esos, 5.1, 2.0, etc, lo que indican es el número de canales disponibles . Cuando dice 2.0 suele ser una señal estéreo .
2.1 suele ser una codifcación en dolby surround, es decir, la información surround va metida (matriciada) en los principales.

DTS (Digital Theater System)

Es el otro sistema de sonido digital que puede aparecer en nuestros DVDs pero que no es obligatoria su inclusión y también surgió en los cines antes que en el dvd . En los cines, el sonido va en un Cd-rom y en la película lo que se graba es un código de tiempo para su correcta sincronización . Como ya sabéis, su estreno fue con la película Parque Jurásico .
En lo que al dvd se refiere, su frecuencia de muestreo es 48 khz (como el dolby digital) pero suele ir a 20 bits en lugar de los 16 del dolby digital y la velocidad de transferencia de bits suele ser a medio régimen 754 kbps o a pleno régimen 1.509 kbps pero con una importante novedad, y es que además puede ponerse en un Cd (los Cd dts) a la misma velocidad del CD, lo que permite reproducir un "DTS CD" en un lector de CDs convencional, conectando la salida digital del CD a la entrada del descodificado DTS como si de un DVD se tratara.
Trabaja de una forma parecida al dolby pero no igual . Utiliza un sistema llamado "coherent acoustics" junto con el llamado "ADPCM" de forma secundaria. Como el dolby, divide la señal en subbandas . Recordemos que dolby lo hacía en 256 lo que le permite distribuir una cantidad de bits más eficiente donde efectivamente se requiere señal, es decir, donde se precise más señal, destinará más bits .
Bien pues el dts, al igual que el mp3, divide la señal en 32 subbandas con el objeto de asignar los bits no de forma lineal como el pcm, sino allí donde hacen más falta . Pero si la necesidad de bits es mayor que la disponible, recurre al ADPCM (predicción lineal y cuantificación adaptativa) que consiste en comparar la señal inmediatamente anterior con la actual (la que debe de codificar) y graba sólo las diferencias a menos que la señal sea totalmente diferente en cuyo caso al ser lo que cambia igual a mayor a lo nuevo, volvería a codificar lo nuevo . Es un poco como el Mpeg2 del vídeo y se ahorran datos .
Pero en el dts normal (5.1) a 20/48 ha evolucionado también ofreciendo soluciones 6.1 de dos formas : DTS ES Matrix, que funciona como el dolby digital EX . Es decir, el canal 6 se matriza en los dos posteriores y DTS ES DISCRETE en el que todos los canales son discretos (distintos) .
Y hay una evolución más, el dts 24/96 . El dts 24/96 es un dts normal 5.1 pero en el que en donde iría el canal 6 discrete, va un paquete de datos que cuando el descodificador 24/96 lo reconoce, lo procesa junto con el dts anterior consiguiendo una resolución de 24 bits y 96 Khz de muestreo.

El Mpeg2 multicanal iba a ser el formato obligatorio en el DVD en Europa pero como Philips se "durmió" al final se adoptó el dolby digital y no se usa . Pero hago mención a él porque algún DVD de los primeros lo lleva .

Lo normal es que no lo entiendan nuestros AV . Por eso, es conveniente asegurarse de que ello es así y en el menú del lector, en la salida Mpeg poner PCM .

DOLBY PROLOGIC

Tenemos dos señales, L y R (estéreo) . Pues bien, el dolby prologic lo que hace es codificar 2 más para obtener 3 : las principales, el central y el surround.

Para ello hace algo así en la codificación :
LT = L+0,707C- F0,707S
RT = R+0,707C+F0,0707S
R,L,C,S son los canales dcho, izdo y surround. F es la fase. Es decir, el canal central se reparte atenuando en 3 db en dos partes en cada canal L y R y el surround también se divide en dos, pero se desplaza en fase + 90 grados en un caso y -90 grados en el otro.

De esta forma, mediante un cálculo matricial podremos obtener nuestro multicanal . Y si no se hace (se ignora), pues tenemos un estéreo perfecto .

Pues esto es el dolby prologic o el dolby digital surround (cuando va matriciado) o el canal 6 del dolby digital (o el matrix del dts) que se codifcan en los traseros.

El problema, es que si bien la escena frontal funcionaba con canales de un total de ancho de banda, el trasero era un canal mono, difuso y con un ancho de banda de 100 Hz a 7 Khz, lo que provocó la evolución al formato prologic II .

DOLBY PROLOGIC II

Fue la lógica evolución del dolby prologic, porque con un cálculo más complejo de vectores y ya en el mundo digital (es decir, que la señal sea analógica o digital se pasa a digital) se podían restituir los 5.1 canales . Y existen 2 versiones :
1.- El modo cine o prologic II cinema : que está pensado para restituir el multicanal de las películas codificadas en surround . Lo que pasa es que en vez de obtener los canales L,R y C como antes y un S mono y limitado, ahora el canal surround pasa a ser estéreo y con una anchura de banda con los otros, es decir, de 20 Hz a 20 Khz.
Si tenemos un DVD con dolby digital 5.1 y sacamos la señal vía analógica (2 canales), vemos que el dolby digital tiene la opción downmix que se llama y consiste en codificar los canales surround en los principales . Si esa señal se graba en un VHS hi fi por ejemplo, con el modo pro-logic II podemos casi restituir la señal del dolby digital 5.1.

Esto vale para las películas que podamos grabar en dos canales del TV que transmiten en estéreo, bien en nuestro DVD grabador de sobremesa que graba sólo en dolby digital 2.0 o bien en nuestro vídeo VHF Hi Fi y este sería el modo .
envolvente a usar . 

Dolby prologic II music

Este es un modo que trata de convertir en multicanal una señal estéreo no codifcada, como es el caso de un CD . Como esa información surround no existe en origen, nuestro chip la tiene que inventar a través de un complicado cálculo matricial y por eso, lleva 3 modos de ajuste personal que son :
2.1 Center width : que es la parte de señal que sacará de los frontales izquierda y derecha al central . En el máximo, cogerá las señales comunes de esos canales y las lleva al central .
2.2 Panorama : se reparte más o menos la información de los canles frontales entre todas las cajas, aumentado más o menos ese efecto envolvente .
2.3 Dimensión : es como el mado del balance entre frontales y surround, repartiendo el campo sonoro hacia adelante o hacia atrás .

La nueva versión del prologic II es el prologic IIx, que es lo mismo pero para convertir cualquier señal a 7.1 canales y añade el modo Games (juegos) a los otros dos existentes.

DTS neo 6

es un calco del prologic II pero en vez de 5 canales hablamos de hasta 6 .6 (de ahí el nombre) y de ahí la evolución del prologic II al IIx y, aunque de forma distinta, intenta llegar a resultados similares .

Sin embargo, el modo music es distinto, pues los canales L y R, no se tocan, es decir, se reproducen tal cual son, vertiendo al central parte común . Algunos equipos, como el Onkyo 601 y 702, llevan un ajuste que permite ajustar el central a nuestro gusto e incluso dejarle sin señal .