NOTA DE TAPA:

Los sistemas de grabación de los sonidos 

Damián Valls- Colectivo La Tribu

3 de enero de 2007

Hay dos grandes sistemas de grabación de sonidos: el sistema analógico y el sistema digital. Cada uno de ellos tiene características y formas de funcionamiento diferentes y nos brindan distintas posibilidades. Al mismo tiempo, cada uno nos presenta sus propias dificultades.

A pesar del gran desarrollo de la digitalización, todos los sistemas de grabación necesitan en sus extremos elementos que funcionan analógicamente. Puedes utilizar un método de almacenamiento o de edición digital, pero no existen elementos digitales para tomar sonido. A tal efecto, seguimos utilizando los micrófonos. Y al final de cualquier cadena de audio te encontrarás con otro elemento analógico que será difícilmente sustituible: los altavoces o parlantes. Los micrófonos transforman la presión sonora en corriente eléctrica y los altavoces convierten la corriente eléctrica en presión sonora.

Los sistemas de registro analógicos mantienen una similitud entre la huella que queda registrada y la tensión eléctrica que le dio origen.

El uso de la palabra "huella" no es casual. Si vas por un camino embarrado y ves la huella de una pisada muy profunda, podrías inferir el peso de quién dejó esa huella. Cuanto más pesado sea el cuerpo que pasó por ese camino, más profunda será la huella.

El principio de la analogía indica que hay una relación de causa y consecuencia. En el caso del registro analógico de los sonidos, las causas son las variaciones de la tensión eléctrica y las consecuencias son las variaciones similares en las paredes de un surco de un disco o los grados de magnetización en una cinta.

En los sistemas digitales no hay analogía, es decir que la manera en la que el sonido se registra no guarda una relación de similitud con el sonido original. La digitalización implica asignar un valor numérico a un fenómeno eléctrico

De algún modo, el lenguaje humano supone un grado de digitalización. Si estás conversando con un amigo y le dices que estuviste corriendo, la palabra "correr" no guarda ninguna analogía con la acción que describe. Si en vez de hablar, gesticulas representando el movimiento de tu cuerpo al correr, verás que tus gestos sí tienen analogía con la acción de "correr". Si te encuentras con un extranjero y no conoces su idioma y él no conoce el tuyo, lo más probable, si quieren comunicarse, es que ambos intenten hacer lo más análoga posible la comunicación.

Por ejemplo, la fotografía es una técnica analógica. Una foto es análoga a la incidencia de la luz en cada punto del objeto fotografiado. Si digitalizamos una fotografía lo que estamos haciendo es tomar punto por punto y asignarle un valor numérico. Esos valores numéricos permiten reconstruir la imagen. 

Los sistemas analógicos 

Los primeros sistemas de registro de sonidos que surgieron a fines del siglo XIX fueron analógicos y muchos de los equipos que nosotros utilizamos habitualmente siguen siéndolo. Por ejemplo, las cintas magnetofónicas y los discos de vinilo son sistemas analógicos.

Dentro de este tipo de sistemas podemos encontrar a la vez dos grandes grupos: los sistemas mecánicos y los sistemas magnéticos. 

Los sistemas mecánicos de grabación 

Piensa por ejemplo en una "cajita de música" que es prácticamente una mezcla entre un sistema de grabación y un instrumento musical. Una cajita de música tiene un cilindro que gira por un mecanismo de relojería, al que se le da cuerda. Este cilindro tiene unas marcas o puntitas que actúan, como los dedos de quien toca el arpa, sobre chapitas con distinta sonoridad. Cuando está en funcionamiento, esas marcas van haciendo sonar las planchuelas a medida que la melodía lo requiera.

En estos "protograbadores" las únicas variables que se atienden para efectuar la producción y la reproducción son las de tiempo y espacio. Lógicamente, la grabación en una cajita de música no provenía de ningún evento sonoro previo. Esta lógica volverá en nuestros días con los sonidos sintetizados y con el sistema midi.

Lo importante es que la mecánica dominó una época pre-electrónica y los sistemas de grabación no quedaron afuera.

El primer intento de registro de sonidos basado en la mecánica consistió en un largo alambre que era tallado con una forma más o menos parecida a la presión sonora que lo había generado. Pero el ejemplo más paradigmático de los sistemas analógicos y mecánicos es el disco de vinilo.

Un disco de vinilo tiene una talladura, el surco. En el momento de la reproducción, la púa pasa por esa talladura y genera un movimiento en una bobina que se encuentra dentro de la cápsula. La bobina, a través de un proceso electromagnético similar al de un electroimán, vuelve a generar una corriente eléctrica similar a la talladura.

Esta corriente es la señal que el parlante traduce en un sonido muy similar al sonido que originó la grabación.

En las paredes laterales del surco se encuentra almacenada la información. La púa vibra según el dictado de esta talladura y hace mover el electroimán que existe en el interior de la cápsula. El resultado es una pequeñísima tensión eléctrica variable a la salida de la cápsula.

Al ser este un sistema mecánico, son también mecánicos los mayores problemas que lo afectan. Las siguientes son las principales dificultades que se nos presentan cuando trabajamos con sistemas mecánicos: 

  1. El depósito de polvo afecta la lectura.
  2. Los rayones y arañazos en la superficie del disco.
  3. El desgaste de la púa hace también que parte de la información no pueda ser leída correctamente. 

En los sistemas mecánicos existe un movimiento físico concreto que se traduce en una corriente eléctrica que será procesada para su reproducción. 

Los sistemas magnéticos de grabación 

Las primeras cintas de grabación comenzaron a utilizarse en 1938. Estas cintas estaban construidas en base a una cinta plástica recubierta por una emulsión magnética (óxido de hierro).

En la historia de la radio, este sistema es el más utilizado para realizar grabaciones de programas y luego difundirlos. También fue y es usado para la grabación de producciones musicales. A pesar de que en la actualidad vayan ganando terreno las grabaciones digitales, este sistema goza aún de buena salud y probablemente esto sea así por unos cuantos años más.

La grabación magnética es un sistema que representa las variaciones de la presión del aire (el sonido) en un tiempo determinado.

Las variaciones de presión de aire se transforman en variaciones eléctricas a través del micrófono. La grabadora se encarga de transformar esta señal eléctrica en una intensidad de campo magnético en la cabeza de grabación. Esta intensidad de campo genera en la cinta un flujo residual proporcional. Durante la reproducción procederemos a efectuar un proceso inverso.

¿Cómo funciona la grabación en cintas magnéticas?

Durante el proceso la cinta se desplaza a una velocidad constante por delante de la cabeza de grabación. Esta cabeza consiste en una bobina con un núcleo. El núcleo en las bobinas "canaliza" la mayor parte del flujo magnético. Este núcleo tiene un entrehierro de aire en el frente, una abertura. Cuando una corriente eléctrica circula en la bobina se produce un flujo magnético en el núcleo. En el entrehierro el flujo se ve forzado a salir. Gran parte de este flujo magnético lo hace por el único lugar que tiene a tal efecto: la cinta.

La capa magnética de la cinta tiene la propiedad de tener una remanencia relativamente alta para almacenar el máximo de magnetismo posible. Esto quiere decir que durante la grabación, el cabezal ordena o polariza las partículas que conforman la capa magnética. Cuando la grabación concluye este ordenamiento queda "grabado" con lo cual el sonido puede ser reproducido a través de la realización de un proceso inverso.

Las cintas que más se utilizan en procesos de grabación tienen ¼" de ancho y un espesor de aproximadamente 50mm (micrómetros) o 50 milésimas de milímetro. De todos modos existen cintas que tienen otras dimensiones. Las cintas utilizadas para grabaciones multipista pueden tener anchos de ¼ ,1 y 2 pulgadas. Las cintas de larga duración pueden tener espesores de 25 mm o 35 mm. En tanto que los casetes compactos, que son los casetes que nosotros más conocemos, tienen un ancho de 3,81 mm lo que es aproximadamente 0,15 pulgadas.

La emulsión en una cinta tiene generalmente un espesor de 15 mm aunque en algunas cintas especiales de gran calidad puede alcanzar los 25mm.

Actualmente se utilizan diversos materiales para la fabricación de la emulsión magnética de la cinta además del oxido de hierro. Algunos de ellos son el bióxido de cromo o el metal puro. Estos materiales se utilizan esencialmente para grabaciones caseras, digitales e incluso en cintas para grabaciones de video. El reverso de las cintas de audio profesionales tiene una superficie rugosa lo cual evita el deslizamiento de la cinta.

El ruido es uno de los más grandes problemas que posee la grabación magnética de sonido. Por lo tanto, uno de nuestros objetivos cuando trabajamos con ellas es reducirlo al mínimo posible.

El ruido es uno los grandes problemas de esos sistemas porque radica en la cinta misma. En una cinta totalmente borrada, los imanes elementales de las partículas magnéticas que contiene la cinta están orientados aleatoriamente.

Este ordenamiento produce el ruido "blanco" característico que podemos escuchar cuando reproducimos un casete virgen. 

Los sistemas digitales de grabación 

La evolución tecnológica nos ha permitido conseguir un grado mayor de perfección en el almacenamiento y reproducción del sonido. Los sistemas analógicos, si bien lograron altos índices de calidad, se toparon con límites que son de muy difícil resolución. Los problemas más evidentes de estos sistemas son el desgaste del material fonográfico; el dañado de los discos; las limitaciones en la relación señal - ruido; el rango dinámico; la separación entre los canales; el gimoteo y la titilación (la no reproducción del material grabado a una velocidad perfectamente uniforme). Los sistemas digitales aparecieron para resolver estos problemas. En estos sistemas los sonidos no quedan grabados en una huella mecánica o magnética similar a una corriente eléctrica. En un sentido bien general, podríamos decir que en los sistemas digitales se almacenan números.

En los sistemas de registro y reproducción digitales no hay analogía entre las variaciones eléctricas y el sonido original, como sucede entre las señales grabadas a través de sistemas analógicos. Los equipos digitales poseen conversores denominados analógico-digital y digital-analógico. En un primer momento, el conversor analógico- digital se encarga de "convertir" en datos la señal analógica que ingresa en el equipo. El conversor digital- analógico se encarga de la tarea inversa: "recupera" la señal analógica desde su almacenamiento en datos para ser amplificada y escuchada. Un sistema analógico toma muestras de la señal sonora y les asigna un valor numérico. Estas muestras se toman cada una en determinada unidad de tiempo.

Podríamos hacer una analogía para comprender mejor este proceso. Imagina que te paras al costado de las vías de un tren con una cámara de fotos en tus manos dispuesto a tomar información visual del tren que está por pasar. El tren tiene ocho vagones y cincuenta ventanillas por vagón.

Imagina que le sacas una foto. Si luego miras la foto que tomaste dirás "Está bien, es un tren". Pero, puede ocurrir que con esa información no te alcance. Ante la misma situación sacas dos, tres, diez fotos.

¿En qué caso obtendrás más cantidad de información? Lógicamente, en el segundo y en el tercer caso.

Imagina que ahora, en lugar de una cámara fotográfica, tienes una filmadora. Te colocas en la misma posición y tomas el paso del tren. De este modo obtendrás 25 cuadros por segundo. Así obtendrás mas información aún. Cuando reproduzcas tu filmación, podrás "ver" un tren, ocho vagones y cada una de las ventanillas del lado donde pusiste la cámara. Es decir cuanto más cantidad de fotos saques, mayor será la información que sobre el objeto tendrás.

La analogía se completaría diciendo que el tren es como un sonido de baja frecuencia, uno por unidad de tiempo, en esa misma unidad de tiempo tienes 8 vagones y 400 ventanillas.

Volvamos a los sistemas digitales.

Durante la grabación, el conversor analógico-digital "mira" la señal de audio eléctrica que ingresa y le "saca fotos" y a cada una de esas "fotos" o "muestras" le asigna un valor numérico. Luego conserva el valor numérico que le ha asignado. 

La frecuencia de muestreo 

Cuando se efectúa la lectura, el sistema lee los valores asignados a la señal y el conversor digital- analógico se encarga de unir los puntos dándole linealidad a la señal sonora. Es decir, vuelve a convertirla en una señal analógica. Como esta unión de los puntos genera cierta alteración de la señal original, se trabaja con una gran cantidad de puntos o de muestras.

A este número de muestras que se toman por segundo se lo denomina frecuencia de muestreo o en inglés "sample rate".

El estándar en grabaciones para discos compactos es de 44.100 muestras en un segundo.

El número no es caprichoso sino que es la cantidad que garantiza que los sonidos más agudos, de frecuencias más altas, salgan en la "foto".

El sistema de registro en los discos compactos tiene una respuesta en frecuencia de entre 20 hz. y 20 Khz. Si reducimos la frecuencia de muestreo, esta respuesta en frecuencia disminuirá.

En síntesis el "sample rate" es una medida de gran importancia a la hora de efectuar registros. 

La cuantificación 

Además de la frecuencia de muestreo, existe otra variable muy importante a la hora de realizar un registro digital.

El segundo elemento a tener en cuenta son los valores que se le otorgan a las muestras. El sistema le otorga un valor a cada muestra, este proceso se llama cuantificación.

Si continuamos con el ejemplo del tren, la cuantificación se refiere a la calidad del material fotográfico y al foco con el que estamos tomando esas fotos.

No es lo mismo una película blanco y negro que una color y no es lo mismo una fotografía en foco que otra fuera de foco. La cantidad de información en ambos casos estará diferenciada.

La cuantificación se refiere a la cantidad de valores diferentes que podemos otorgarle a cada una de las muestras.

Lógicamente, cuantos más valores tengamos disponibles para otorgarle un valor a la señal muestreada, con más exactitud podremos tomar la muestra. La cantidad de bits en un sistema de grabación digital nos habla del nivel de "foco" que tiene la muestra.

La unidad de medida de la cuantificación es el bit. El estándar en discos compactos es 16 bits. 

Los discos compactos 

El disco compacto es uno de los sistemas de almacenaje de sonidos más popular de la actualidad.

En sus comienzos se intentó construir la idea de que era un sistema perfecto y eterno. Pero sabemos que eso no es cierto y que debemos tener mucho cuidado durante su manipulación para que no comience a mostrarnos sus defectos.

Su característica distintiva es que la información que está contenida en un disco reflectante se lee mediante un sistema óptico. Dicha información está presente en forma digital, lo que implica que contiene únicamente dos niveles eléctricos: 0 voltios y 5 voltios.

En el interior del reproductor se demodula la información y se corrigen, hasta donde es posible, los errores existentes antes de que el convertidor digital- analógico reconvierta la señal digital en la señal de audio analógica original.

El CD es un sistema de almacenamiento óptico. Mientras que en los sistemas mecánicos y magnéticos existe un elemento "lector" que descifra el contenido de una grabación a partir del contacto físico entre el lector y el material grabado (púa, cabezal), los mecanismos ópticos tienen la particularidad de no establecer contacto físico entre estos dos componentes.

Esto es un elemento muy importante porque implica que el desgaste no se da durante la reproducción.

La óptica del reproductor de discos compactos emite una luz que será reflejada en la capa de aluminio de acuerdo a la información que este contenga.

El disco, a su vez funciona como un espejo que refleja la luz de dos modos posibles, esto dará como resultado la lectura de "ceros" o "unos".

Para lograr este efecto, durante la impresión de los discos se establecen en su material "talladuras" que representarán a cada uno de los bits de información. En el disco a cada una de estas talladuras se denomina "pit" y representa físicamente lo que eléctricamente denominamos "bit".

Por último, cuando el haz de luz pasa por esta talladura se refleja de un modo distinto que cuando la talladura o pit está ausente. Esto conforma los dos valores que deberá "interpretar" la óptica.

El proceso de fabricación de CD requiere una tecnología y una precisión bastante avanzada. Básicamente, se fabrican mediante un proceso de moldeo por inyección bastante similar al utilizado en la producción de discos convencionales.

Se inyecta policarbonato transparente a alta presión en una máquina estampadora, se comprime y se deja enfriar. El proceso dura entre 10 y 15 segundos. Luego del estampado, se recubre el disco con una capa de aluminio de entre 50 a 100 nm (nanómetros) que es de 50 a 100 millonésimas de milímetro. Luego se protege esta capa frágil con una capa de resina de acrílico de 30 mm de espesor. Luego el disco es curado con luz ultravioleta. Luego se imprime la etiqueta y se vuelve a curar con luz ultravioleta.

El proceso de fabricación ha concluido. 

¿Cómo funciona un sistema óptico? 

Decíamos que los discos compactos son sistemas ópticos. Un sistema óptico está compuesto por un láser, un conjunto de lentes y unos diodos sensibles a la luz (fotodiodos).

El sistema de lentes asegura el enfoque correcto de la luz del láser sobre la superficie del disco, mientras que los fotodiodos convierten la luz reflejada en señales eléctricas.

La información está presente en el disco en forma de depresiones diminutas ("pits") impresas en la superficie reflectora. La luz que alcanza estos "pits" se dispersa de tal manera que la intensidad reflejada sobre los fotodiodos es mucho menor que la reflejada en los espacios de superficie reflectora entre "pits". Esto da como resultado variaciones de la señal eléctrica entregada por los fotodiodos.

Durante la lectura del disco, la unidad captadora, constituida por un láser y un conjunto de lentes, tiene que seguir la pista con gran precisión. Sin embargo, no existe contacto mecánico entre la unidad captadora y el disco que pudiera corregir su mutuo posicionamiento.

Pero utilizando mas de un fotodiodo se crea la posibilidad de medir desviaciones eventuales y, con ello, corregir la posición del brazo soporte de la unidad captadora.

La velocidad a la que gira el disco también necesita de ajustes regulares a fin de asegurar la recepción de un fluido constante de información. Si es demasiado alta se frena el motor del giradiscos. Si es demasiado baja se corrige incrementando la velocidad rotacional del plato.

Un requisito esencial para el buen funcionamiento del sistema es tener la luz láser perfectamente enfocada sobre la pista de información del disco. La precisión del enfoque puede determinarse mediante la luz reflejada y, en caso de existir desenfoque, se corrige actuando sobre el objetivo, para lo cual su posición es variable en dirección vertical, pudiéndose controlar eléctricamente. Un microcomputador controla el funcionamiento del reproductor y lee el teclado que integra todas las funciones. •