[entrevista] La resolución digital

Hola a todos, primero daros la enhorabuena por vuestra labor pedagógica desinteresada. Es cierto que la exposición tiene algunas imprecisiones y cosas no del todo correctas (yo he visto un par que chirriaban) pero estoy seguro que sirve para que la gente se inicie en el tema. Señalar unicamente una autentica barbaridad como la que leí antes de comparar los 120 dB del limite del dolor del oido (referidos a 20 micropascales) con los dB de ruido eficaz de un cuantificador (hayados mediante la integración de la función densidad de probabilidad del error de cuantificación). La famosa función del diente de sierra que tienen en cuenta los que se dedican a esto de diseñar decos y que miserablemente luego la gente reduce en la funcion lineal SNR=6*bits. No pueden vender revistas hablando de modelos estocásticos, hay que sacrificar un poco la materia para que la gente la compre. Para que el saber llegue al pueblo (¿alguien lee el AES/EBU?). No culpo a nadie. no se pueden vender revistas de coches hablando del (torque) par motor.

Yo he trabajado en ingeniería programando DSPs y un poquillo en el mundo de los codecs y quería hacer solo dos pequeñas aportaciónes:

1)
En primer lugar decir que las famosas gráficas no son correctas.. un tono muestreado dentro de la región de nyquist se construye PERFECTAMENTE incluso con el conversor DAC mas barato (R-2R). El "une-los-puntos-mediante-lineas" no es correcto. Ningun DAC del mundo funciona así, sobre todo porque las "esquinitas" de la señal resultante del "une-por-puntos", precisamente denotarían alta frecuencia inventada. (Ver fenomeno de gibbs).

Si lo que se quiere es denotar la degradacion de la señal mediante el muestreo propondría enseñar ejemplos de aliasing, pero tal como se ha expuesto puede inducir a error.

2)
Intentar enseñar graficamente la degradación del sonido mediante graficas temporales puede ser un arma de doble filo. Esta bien para iniciarse, pero en realidad tiende a ser falsa. Nuestro oido no responde a formas de onda temporales, nuestra coclea es simple y llanamente un analizador de espectro, incluso nuestras celulas se separan en subbandas especializadas por frecuencias.

Este filosofía de entender el sonido es la que permitió el desarrollo del mp3, donde la forma de onda importa un pepino. Lo unico que se hace es procesar lo que verdaderamente importa (su información frecuencial).. la forma de onda cuando sale de un codec puede no parecerse en nada a la de entrada, pero eso no importa porque nuestro oido "no vé" eso, solo ve "su contenido frecuencial"

Por último y para daros una pista de esto que estoy diciendo os relevo un pequeño secreto. Los codecs usados en GSM (vuestros telefonos moviles) no siempre envian información de las muestras digitales del sonido.. curioso eh?. Fijaros, lo que se envia son los parametros de varios filtros para que en recepcion se reconstruya el sonido a traves de pasar ruido blanco por esos mismos filtros. ¿Que importancia se le ha dado aqui a la forma de onda cuando vuestros moviles sintetiza el sonido a partir de ruido blanco?.

Saludos.

Hola,

Ya está medida con un osciloscopio la señal a la salida del conversor D/A con una señal de 20KHz a una frecuencia de muestreo de 44'1KHz. ¿Que ha sucedido? ¿Los convensores restituyen fielmente la señal a su estado original? ¿Ha quedado maja la señal?
La respuesta la veremos cuando tenga un rato y pueda colgar la foto de la pantalla del osciloscopio. Ya os adelanto que la señal es mucho más bonita que los dibujitos del otro día. El señor Nyquist puede descansar tranquilo que no nos lo hemos cargado todavía.

Un saludo,

Pep

edding escribió:

incluso con el conversor DAC mas barato (R-2R)

Juas, juas, que recuerdos de conversores. Por cierto edding, a ti que te veo puesto en arquitecturas y tal, tengo curiosidad por saber que tipos de conversores se suelen usar en tarjetas de sonido, porque cuando estuve estudiando el tema de conversores nos comentaron distintos tipos y la mayoria trabajaban por encima del megahercio y por debajo de 10 bits, con lo cual me queda la duda del tipo mas idoneo para casos de audio.

Salu2 a to2

P.D.: en varias revistas de motor que he visto, el par motor se incluye en la hoja de caracteristicas .

Alguien escribió:

Yo he trabajado en ingeniería programando DSPs y un poquillo en el mundo de los codecs

Hombre alguien q de verdad sabe de electronica digital, juraria haberte visto en elguno de esos hilos q a los ingenieros de teleco(o los q estais en ello) abris de cuando en vez, me ekivoco?

Alguien escribió:

No pueden vender revistas hablando de modelos estocásticos, hay que sacrificar un poco la materia para que la gente la compre. Para que el saber llegue al pueblo (¿alguien lee el AES/EBU?). No culpo a nadie. no se pueden vender revistas de coches hablando del (torque) par motor.

Hombre... si bien es cierta esta reflexion creo q no deberia ser tan aplicable estando en el foro de "Ingenieros de Sonido", pero bueno hispasonic, es hispasonic, cada vez me convenzo mas de q un foro de audio profesional hi-end tendria q tomar lugar fuera de hispasonic, kiza la unica opcion sea un foro DIY audioElectronica o algo asi, los "digitales" ya tienen medio hueco en el foro de programacion y entornos...

Creo q no esta demas resaltar esto, por si kedan dudas

Alguien escribió:

un tono muestreado dentro de la región de Nyquist se construye PERFECTAMENTE

Gracias Edding por la ayuda en estos temas digitales de los q tan poco se, y ya q estas por ahi: ¿alguna reflexion o link de la tan traida y llevada guerra entre 32bit floating y 48bit? ultimamente he leido algo y ando mosca. Si esq aunq uno prefiera el summing analogico por su coloracion, al final casi siempre acaba usando el digital por su precio.


slds

Aquí están las fotillos, una de una señal de 1KHz y otra de 20KHz, ambas ampliadas al máximo para ocupar toda la pantalla y ambas medidas a la salida de un conversor DA con una frecuencia de muestreo de 44'1KHz.

¿Cual es cada una?

Ya se que las fotos no se ven perfectas, podría haber capturado la imagen con un osciloscopio digital, pero alguno me preguntaría entonces a que es debido el escalonamiento de la señal del osciloscopio. Con uno analógico de los de toda la vida la señal se ve estupenda, auque la foto sea chunga.

¡¡¡Larga vida a nuestra señal de 20KHz!!!

Haciendo algunas medidas de distorsión armónica, es cierto que a medida que nos vamos acercando a la frecuencia comentada, el distorsimetro va aumentando el valor de la medida, pero sin llegar nunca al 0'5%, pero si tenemos en cuenta lo que comenta nuestro amigo edding, esto tiene una importancia relativa, ¿no?

Pues nada, reconozco que no fue buena idea la de poner los anteriores dibujos, puede que a más de uno lo haya llevado al despiste, suerte que algunos de los compañeros nos han hecho ver las cosas de otra forma.

Una vez hechos los deberes, ahora que siga otro... solo comentar que yo siempre trabajo a 44'1KHz o a 48KHz dependiendo si el resultado final será un CD o un DVD respectivamente.

Un saludo,

Pep

Koitz_roller escribió:

nos comentaron distintos tipos y la mayoria trabajaban por encima del megahercio y por debajo de 10 bits, con lo cual me queda la duda del tipo mas idoneo para casos de audio.
.

Hola Koitz_roller,
la tendencia siempre es la misma: abaratar el coste. La fidelidad en si no es tan importante en la electrónica de consumo, lo que manda es lo de siempre: la pela. La fidelidad se puede conseguir subjetivamente endiñando pelas con una buena campaña de publicidad, somos mas influenciables psicoacústicamente de lo que creemos. (googlear loudness racing)
De todas formas el avance de esta tecnología (aunque esté guiada siempre por lo barato que puedan fabricar los chinos) se suele acompañar de mejora de la fidelidad de forma residual, aunque no se haya perseguido en un diseño.

Asi que los conversores, tanto DAC como ADC han evolucionado para ser cada vez mas baratos de fabricar y esto ha sido posible eliminando todo lo posible cualquier elemento analógico del circuito que no sea barato de integrar en un chip, hasta el punto de no dejar ni una puta resistencia en el diseño y utilizar capacidades integrables de unos pocos picofaradios utilizando transistores NMOS. El mas usado es el sigma-delta de 1 bit. Este conversor lo han abrazado todas las compañias que hacen cacharros de audio profesionales y no profesionales. ¿por que? ..porque el DAC se puede conseguir por debajo de los 5$

El truco del almendruco para poder tratar con señales de 24 o 32 bits utilizando un conversor de 1 solo bit consiste en serializar la señal. Se sobremuestrea la señal incluso por un factor de 128 llegando a funcionar internamente a velocidades de megahertzios y se hace pasar por el decisor barato de 1 bit, de forma que en cada ciclo se va afinando más el valor de la muestra. Una obra de arte de inversión en sesera para afinar el coste, ya que en realidad es un proceso realimentado bastante complejo donde se usan filtros digitales, interpoladores y modulación PWM (pulse Width Modulation), en fin, todo digital.

Gracias a esto técnicamente el DAC de una soundblaster perra podría equipararse al de un equipo MOTU, pero para evitar tal atropello de cara a los consumidores, lo que hacen los fabricantes "serios" es acompañarse de una estructura PLL (que como sabrás es un sincronizador que se usa mucho en comunicaciones: Phase Locked Loop) para excusarse en su precio y decir que ellos no tienen tanto jitter.

Evidentemente estoy en tono jocoso, la diferencia de MOTU y soundblaster estará siempre en los elementos no digitales que por ahora siguen siendo imprescindibles tales como los filtros analogicos de salida o amplificadores de tensión.

Perdona el ladrillo, pero hoy estaba inspirado y aburrido. Tu pregunta se contesta con pocas palabras:
-Algunos Megahertzios y 1bit

Saludos.

solo para no perderme la conversación ...

Aja, gracias mil por la aclaracion, porque mi profesor en aquellos tiempos andaba un poco extrañado cuando le dije que en la mayoria de reproductores de cd ponia "D/A 1Bit", jeje. Luego me entere un poco de que iban los sigma-delta y tal.

La duda que me queda ahora es, si basicamente tienen los mismos conversores, en que fase de la tarjeta es donde se producen las distorsiones armonicas y distintos parametros que muchas veces nos ponen en las caracteristicas de las tarjetas y otros cacharros?? De la calidad en la construccion, el acondicionamiento?? Se que depende de la distribucion de los elementos en los integrados se consigue mas o menos calidad (o menos casos "extraños"), pero tambien tengo comprobado que luego los cacharros en su interior tienen las mismas marcas y modelos de componentes electronicos asi que la unica salida es la calidad del resto de componentes. O hay otra???

Salu2 a to2

Alguien escribió:

pero tambien tengo comprobado que luego los cacharros en su interior tienen las mismas marcas y modelos de componentes electronicos asi que la unica salida es la calidad del resto de componentes. O hay otra???

En mi hunilde opinion creo q la calidad de la circuiteria analogica, la fuente de alimentacion y la precisison del reloj de muestreo influyen bastante mas q el chip de conversion q se use.

slds

edding escribió:

hay que sacrificar un poco la materia para que la gente la compre. Para que el saber llegue al pueblo

si edding, te doy la razón, creo que de eso iva este hilo, de sacrificar un poco la materia para que el saber llegue al pueblo.

como dijo Robakun...

Robakun escribió:

pido a los contestones, que busquen respuestas fáciles.

me gustaba esa idea original, creo que era muy constructiva, ¿por que no volvemos a ella?.

Lo digo, porque tengo la sensación de que el hilo a tomado un tono mucho mas avanzado del que se pretendía y del que quizá sea necesario para que puedan seguir la conversación aquellos con escasos o nulos conocimientos sobre el tema.


Saludos a todos.

edding escribió:

Señalar unicamente una autentica barbaridad como la que leí antes de comparar los 120 db del limite del dolor del oido (referidos a 20 micropascales) con los db de ruido eficaz de un cuantificador (hayados mediante la integración de la función densidad de probabilidad del error de cuantificación). La famosa función del diente de sierra que tienen en cuenta los que se dedican a esto de diseñar decos y que miserablemente luego la gente reduce en la funcion lineal SNR=6*bits.

Vaya, creía que esa función era valida, pues lo siento, gracias edding por corregirme. Por cierto, eso de la integración de la función densidad de probabilidad del error de cuantificación y lo de la función del diente de sierra suena muy interesante, cuando tengas un momento te agradecería que me contaras algo mas sobre ello.


Por otra parte si no me equivoco...

20 micropascales = 0dB

20 pascales = 120 dB


quizá estaría interesante una [entrevista] de acustica.

Robakun?

Chus escribió:

Alguien escribió:

¿alguna reflexion o link de la tan traida y llevada guerra entre 32bit floating y 48bit? ultimamente he leido algo y ando mosca. Si esq aunq uno prefiera el summing analogico por su coloracion, al final casi siempre acaba usando el digital por su precio.
slds

Hola chus,
la respuesta es : TE DA IGUAL.

¿por que?
Fácil, yo parto de la base de que da igual cual sea mejor que la otra ya que no vamos a ser nostros (consumidores) los que elijamos la plataforma. Van a ser las empresas, en concreto los proyect manager a traves del coste los que elijan por vosotros y luego se encargarán de haceros ver de que su plataforma es la mejor a través de publicidad.

Mi opinion como ingeniero: 48 bits, por supuesto. Aunque es un coñazo diseñar con 48 bits porque a la primera de cambio tienes overflow con un par de multiplicaciones si no desplazas resultados,a no ser que el DSP disponga de desplazadores automaticos como Texas Instruments o Motorola, pero teoricamente se consigue mayor resolución ya que dispones de 48 bits de resolución real en vez de 32.

Ahora aclaro: ¿Algun humano con audicion de humano puede notar la diferencia?. Respuesta: Me gustaría cruzarme con alguno.
Además, la precisión en enteros es uniforme y la de flotantes es dispersa.. asi que siendo asquerosamente puristas podríamos decir que con enteros tenemos menor error de dispersión con efectos donde la dinámica sea importante: compresores, limitadores, etc. Pero son minucias, cuya justificación podría ser unicamente para publicitar determinada plataforma.


Por otro lado diseñar el software con flotantes de 32 bits es mucho más comodo, todos los plugins VST lo hacen, por definicion el SDK de steinberg define una muestra como un flotante de 32 bits, aunque algunos hacen calculos internos en flotantes de 64 bits. Creo que se pierde mucha velocidad en esto y no merece la pena a no ser que sea un efecto que se presta a error de precisión tal como las colas de los reverbs.

¿por que se usa 48 bits entonces? Fácil, el hardware para multiplicar enteros es mas barato que multiplicar flotantes para cualquier CPU.

¿que se acabará usando? NPI

-enteros de 48 bits tiene un coste de desarrollo software mayor y hardware menor.
-flotantes de 32 bits tiene un coste de hardware mayor y software mayor.

La tendencia es la siguiente: se programa un algoritmo en C, donde te importa bien poco usar flotantes o enteros ya que la muestra se define con una macro del tipo:
//////////48 BITS ENTEROS//////////////////////
typedef signed double sample;
#define sizeInSamples( bufsizeInWords ) \
( (bufsizeInWords) * sizeof( double ) / sizeof( sample ) )
//////////32 BITS FLOTANTES/////////////////////
typedef float sample;
#define sizeInSamples( bufsizeInWords ) \
( (bufsizeInWords) * sizeof( float ) / sizeof( sample ) )
////////////////////////////////////////////

Se prueba el algoritmo y se comprueba lo siguiente: ¿peta la cpu o no?
Si no peta se dejá así aunque el algoritmo sea lo mas ineficiente del planeta, ya que a veces es mejor hacer las cosas antes que tu competidor, que hacerlas bien.
Si peta hay que estirar los plazos de entrega, bajar a ensamblador y rezar porque tu jefe haya elegido una plataforma de flotantes.
Normalmente al traducir al ensamblador se consigue mejorar hasta el 75% la velocidad.


Asi que todo depende de lo que elijan los proyect manager de I+D de las empresas que manejan el cotarro en audio, se acabará usando uno u otro y tu te verás obligado a seguirles te guste o no.
¿48 vs 32? ¿Mac vs PC? ¿El campo vs la playa? ¿motorola con enteros de 56 bits vs SHARC de analog devices con flotantes de 40 bits? Da igual, la guerra no es vuestra ni nuestra, está mas arriba.

PD: Con todos los respetos y sin que nadie se sienta ofendido, para mi el summing analógico es una tontería retro si estás editando en digital.

saludos.

Koitz_roller escribió:

en que fase de la tarjeta es donde se producen las distorsiones armonicas
Salu2 a to2

Siempre importa más lo que más cerca esté de la fuente, porque es el que marca la mayoría de las veces el ruido y la distorsión (formula de friis).
En el caso de las tarjetas de sonido es el previo, acoplador al conversor y el propio conversor, en este orden. Pero siempre teniendo en cuenta que van decreciendo en importancia y que siempre hay que equilibrar respecto al coste, porque si uno falla, ensucia toda la cadena.
Asi que lo que se hace es asumir un cierto ruido respecto al precio que se quiere alcanzar y elegir componentes mejores o peores. El diseño de las pistas tampoco es muy crítico porque en eso, el audio está superado de hace tiempo, la banda de 50-20khz es una banda muy estrecha y muy baja para radiar o recibir ruidos. Lo que si se intenta es reducir el propio ruido térmico y algunos utilizan condensadores cerámicos más caros y un poco mejores. Resumiendo: hoy en día la THD y el ruido viene determinado por todo lo analógico que rodee a la tarjeta, o los elementos analógicos del conversor.
No obstante para las grabaciones caseras no nos debería preocupar esto mucho, lo digo por la gente que graba en el cuarto con -40dB estando en silencio (lo cual es dificil en españa), porque ahí te has cepillado y superado todo el ruido que pueda tener tu tarjeta.
Los estudios es otro cantar.

saludos.

BAC escribió:

edding escribió:

Por otra parte si no me equivoco...
20 micropascales = 0dB
20 pascales = 120 dB

Hola BAC, supongo que puede ser un tema que se presta a confusión.

El decibelio es una medida relativa. Cuando dices "dB" estás diciendo "x veces mayor que y". El problema está cuando no se sabe que es "y"
Para eso muchas veces se incluyen letritas para dar pistas, por ejemplo dBm, dBu.
dBm es cuando "y"=1 miliwatio. Así que cuando dices 2dBm estas diciendo "100 veces mayor que 1 miliwatio" o sea 100 miliwatios

dBu es cuando "y" habla de tensiones.

Ahora bien, tu problema está cuando no se incluyen letritas. has confundido dB acústico referidos a 20 micropascales con los decibelios de los que dan las especificaciones de los conversores.
los dB acústicos miden lo fuerte que suena un sonido respecto al límite de audicion humana que se supone que es 20 micropascales (desde luego no el mio, yo estoy sordo)
así cuando dices que un sonido tiene 30dB estas diciendo "ese sonido es 2000 veces mayor que 20 micropascales", o lo que es lo mismo 40 milipascales.

Los decibelios que dan los conversores es otro cantar. la letrita "y" se refieren a unos valores un poco complejos, son incluso ajustables con lo que se llama factor de cresta. Pero quedate con el cante que lo que miden es cantidad de error. Es decir, yo tenía que muestrear este valor.. pero he tenido un error x veces mas grande que y.

Un saludo.

Hola,

Referente a los dB acústicos, cuando la referencia son los 20 micropascales, lo encontraríamos expresados en dBSPL, así pues:
0dBSPL son 20 micropascales, el teórico limite inferior de audición.
120dBSPL correspondería a 20Pa.

Un saludo,

Pep