Profundidad de bits en audio: ¿Qué significa? ¿Debo elegir 16 o 24 bits?

Has escrito la letra y preparado el arreglo; has montado un mini estudio de grabación casero y descargado un DAW, pero a la hora de grabar, un mundo de informaciones son pedidas. Cuántos bits grabar, cuántos kHz de sample, cuál es el Buffer... ¿Qué es esto? Hoy vamos a explicar la profundidad de bits o, en inglés, el bit depth. Se trata de un parámetro que probablemente vas a encontrar al crear un nuevo proyecto en el DAW. “Bit” es el nombre de la unidad más pequeña de información que los ordenadores consiguen registrar. Así, su profundidad es la precisión de que cualquier matiz consigue ser representado en una señal digital. Utilizando términos técnicos, es su resolución de bits.

¡Solo quiero saber cuál profundidad de bits elegir!

• Consejo nuestro: hoy en día, en grabaciones caseras o profesionales, usa 24 bits sin miedo a equivocarte.
• La primera cosa que se hay que tener en cuenta es que trabajar con profundidad de bits más grande hace que los archivos también se queden mayores.
• La segunda es que convertir de 24 a 16 bits es posible. De 16 a 24, estarás inyectando un ruido en tu grabación para llenar los vacíos de los bits que no existían en la grabación original. ¡Si quieres utilizar 24 bits, entonces graba en 24 desde el principio!
• La tercera cosa es que el número de bits determina el rango dinámico. Cuanto mayor es mi profundidad de bits, más variación dinámica puedo captar o representar.

¡Quédate tranquilo porque vamos a explicar todo con calma!

Digital y análogo: ¿qué significan?

Sin perder mucho tiempo con explicaciones filosóficas, análogo es todo lo que se compara a la naturaleza. Un audio análogo se manifiesta como lo hace en el mundo: a través de ondas que se propagan en el aire. Si antes el sonido era captado de manera análoga, en cintas magnéticas, hoy esto es dentro del ordenador. Al contrario de la captación análoga (por ondas), la captación digital se hace en el famoso estado de “0 o 1”, del mundo digital. Aquella onda análoga, una vez captada por el micrófono, es convertida por un Convertidor A/D (“Análogo para digital”) en la entrada de la interfaz de audio. En este proceso, hay el reto de representar la onda análoga como una serie de números. Por eso se hace todo el esfuerzo en garantizar que el audio digital sea de la misma calidad de antes de su captación. Después de captado, él está limitado a la calidad que has grabado. No hay como “mejorar” la calidad virtualmente, a menos que grabes de nuevo.   Los conceptos de frecuencia de muestreo, profundidad de bits y tasa de bits solo tienen sentido aquí – en el mundo digital.

Entendiendo antes: frecuencia de muestreo

En pocas palabras, sample rate o frecuencia de muestreo es el número de muestras que tienes, por segundo, de tu señal análoga. En una cámara fotográfica análoga, es cuantas “fotos” o “frames” tienes en un segundo de video. Si, por ejemplo, un video de treinta segundos solo tienes tres fotos, su calidad será terrible, ¿verdad? Cuando tratamos de frecuencia de muestreo, estamos hablando acerca exactamente de esto: cuanto más “fotos” tengo de un evento, más bien representado y fluido será mi video. En este caso, mi audio. Números comunes de sample rates son 44.100 Hz, 48.000Hz, 88.200 Hz e 96.000 Hz. Hercio es la unidad que representa repeticiones por segundo. En nuestro caso son las muestras tomadas (fotos sacadas) por segundo. ¿Pero acaso solo esto va a determinar la calidad de la grabación?

La profundidad de bits – la resolución de cada muestra

En el caso de monedas, la menor unidad que existe es la de 1 centavo. Cualquier cantidad de dinero puede ser obtenida con monedas de 1 centavo. En el audio digital, esta unidad es el Bit. Yo puedo conseguir $18 solo con monedas de 1 centavo. Son muchas, pero seguramente puedo. Pero conseguir $18 solo con billetes de $10 es complicado, ¿verdad? ¿Cómo debo hacer? ¿Redondeo hacia abajo o considero el 18 como 20? En esta analogía, si solo tienes billetes de $10 e necesitas de $18, la profundidad de bits que has utilizado es demasiado baja. Si comparáramos de nuevo con un video, la profundidad de bits es la resolución de las fotos que has tomado. Es decir, su calidad. En 44.1 kHz de frecuencia de muestreo, 44.100 “fotos” son sacadas por segundo. ¿Pero, y si fueren fotos malas, de baja calidad? ¿Cómo va a ser nuestro video? Pues, malo. Para conseguir fidelidad al audio captado, tan importante como tener muchas capturas, es tener buenas capturas. Y la profundidad de bits (o bit depth) se refiere exactamente a la calidad de lo que fue captado. Si en cámaras fotográficas la resolución se mide en megapíxeles, en audio se la mide en bits. Hoy en día, los valores de profundidad de bits más comunes son 16 y 24 bits. Ve algunas de las frecuencias de muestreo y profundidad de bits de medias comunes:

• CD: reproduce audio a 44.1 kHz (frecuencia de muestreo) y 16 bits (profundidad de bits);
• DVD: reproduce audio y video a 48 kHz (frecuencia de muestreo) y 16 o 24 bits (profundidad de bits);
• Blu-ray: reproduce audio de 96 a 192 kHz (frecuencia de muestreo) y 24 bits (profundidad de bits);

Sim embargo, esto no quiere decir que para producir un CD, debes captar el audio a 44 kHz y 16 bits. En la etapa de captación del audio, prefiere siempre trabajar con la mejor resolución posible.

16 o 24 bits: ¿cuál elegir?

Conversiones

• 16 bits a 24 bits: convertir de 24 a 16 bits es posible y común.
• 24 bits a 16 bits: ahora, si quieres grabar en 16 y convertir a 24 bits, no tendrás la misma calidad de una grabación hecha originalmente a 24 bits. Al convertir de 16 a 24 bits, el DAW (digital audio workstation) va a poner una serie de informaciones artificiales para llenar los vacíos del audio. Ese proceso se llama upsampling o oversampling. Esas informaciones inyectadas, conocidas como ruido blanco, no mejorarán la calidad de la grabación, sino solamente van a enmascarar sus brechas y carencias.

Rango dinámico

El rango dinámico es la variación de amplitud que su grabación consigue captar. En otras palabras, es la diferencia en volumen entre el sonido más alto y el más bajo. Si tu instrumento (o cualquier otra cosa que estés grabando) tuviere una variación más grande que la que tu profundidad de bits consigue captar, estos extremos no serán captados o serán distorsionados. En primer lugar, debes entender que el bit (el valor binario) es la unidad de medida más pequeña del audio digital. Cada bit corresponde a 6 dB (decibelios). Así, cuando eliges trabajar con muestras de 16 bits, tu rango dinámico es de 96 dB (6 x 16 = 96). Si trabajas con 24 bits, entonces tienes 144 dB (6 x 24 = 144) que pueden ser contemplados en las muestras. La verdad es que, hoy en día, nadie graba a 16 bits. Si lo haces, o tienes una razón muy buena, ¡o probablemente eres novato! Aunque ocupe más espacio, hoy en día 24 bits es visto como lo mínimo viable, de la misma manera que 44.100 lo es para la frecuencia de muestreo: lo mínimo viable. Si más adelante necesitares convertir para un bit depth más pequeña, sin problemas.

Cuantificación - cómo funciona la profundidad de bits

Ya sabes que la profundidad de bits determina la calidad de las muestras captadas. De este modo, sabes que cuanto más grande es la profundidad, mejor es la fidelidad después de la conversión al formato digital. Imagina una rampa. La rampa es la onda análoga. Ahora, piensa que tienes que representarla como una escalera con peldaños. Es el que el ordenador tiene de hacer al convertir la señal para digital. Con 16 bits de profundidad, los dígitos binarios pueden ordenarse en más de 65 mil posibilidades. Con 24 bits, son más de 16 millones de posibilidades. Si aquella rampa fuera representada por una escalera de 16 millones (24 bits) de peldaños microscópicos, esta sería prácticamente una rampa, ¿no? Los peldaños serían tan pequeños que se podrían confundir con una rampa de verdad, un piso recto. Sin embargo, esta misma rampa sería mucho menos suave si fuera representada por 65 mil (16 bits) pequeños peldaños, ¿verdad? Todo este proceso se llama cuantificación. El ordenador consigue leer y grabar solamente “peldaños”, pero la voz o cualquier instrumento es una “rampa”.

¿Y la tasa de bits, es lo mismo que la profundidad de bits?

¿La tasa y la profundidad de bits son lo mismo? ¡Buena pregunta! Y la respuesta es simple: no. Imagínate que tomes 10 fotos (muestras) por segundo para hacer un video. Si cada una de esas fotos tuviere 2 bits, entonces a cada segundo de video hay 20 bits, ¿ verdad? La bitrate o tasa de bits no es más que simplemente la cantidad de bits reproducidos o grabados en un segundo. Para calcular la tasa de bits, la unidad de medida es el bps (bits por segundo). En primer lugar, es necesario saber cuántas muestras se tomaron (frecuencia de muestreo). Después, es necesario multiplicar por la resolución de cada muestra (profundidad de bits). Así, tenemos el valor de tasa de bits, que es total de bits que la grabación reprodujo en un segundo.

Ejemplos de bitrate (o tasa de bits)

No importa si se trata de una grabación o reproducción. La tasa de bits existe en los dos casos.

• Para saber la bitrate de una grabación ya hecha, basta multiplicar la frecuencia de muestreo en la cual fue grabada por su profundidad de bits.
• En una grabación que estoy haciendo en este momento, puedo calcular la bitrate multiplicando su profundidad de bits por la frecuencia de muestreo que estoy utilizando para grabar.
• Para saber la tasa de bits de un archivo de música, basta multiplicar su frecuencia de muestreo por la profundidad de bits. La diferencia es que normalmente estes archivos son estéreos, es decir, tienen dos canales (derecho e izquierdo), como si fueran dos grabaciones reproducidas al mismo tiempo. Así, el resultado de la multiplicación de la frecuencia de muestreo por la bit depth tiene que ser multiplicado por 2 para calcular la tasa de bits de la música.

Recuérdate, para acortar la información, de que 1024 bits son un 1 kb, y 1024 kb son un 1 mb. Así, 1 Mbps quiere decir que 1024 kb fueron grabados en un segundo para producir el archivo de la grabación.

MP3 y rango dinámico: el secreto de la compactación

Al exportar una grabación, además del WAV o AIFF en alta resolución, seguramente vas a hacer una versión en MP3. Aunque los MP3 tengan una frecuencia de muestreo exacta, en general no tienen profundidad de bits constante y eso explica en gran parte porque los archivos son tan pequeños. Los bits no utilizados son retirados y solo se queda el esencial. Así, no tienes necesariamente la máxima resolución en todas tus fotos. Entonces, para simplificar, los archivos mp3 en general son representados directamente en tasa de bits.

Conclusiones

Tendrás que configurar los parámetros de profundidad de bits y frecuencia de muestreo ya en tu grabador. Ellos determinarán todo el proceso. Al ponerlos en tu DAW, todavía tenga en cuenta todo lo que hemos platicado. Así, acuérdate de siempre utilizar las mejores configuraciones desde el comienzo del proceso.  Si has grabado a 48 kHz y 24 bits de bit depth, mantenga de esta manera en la DAW. Y nunca jamás hagas upscale, a menos que la situación te lo obligue. La integridad del audio debe ser prioridad desde la apertura hasta el cierre del proyecto. Ahora...

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