Discussion - ¿Cual es la mejor frecuencia de muestreo?

Si comparamos el mundo de la imagen con el mundo del sonido, cualquiera puede pensar que para obtener la máxima calidad sonora, lo ideal sería elegir la más alta de las opciones que me ofrezcan mis DAW´s o mis grabadores (ya que en vídeo, cuanto más tamaño, más ppp, más profundidad de bit,... mejor imagen). Sin embargo ésto es absolutamente falso cuando hablamos de sonido, y es lo que pretendo dejar claro en ésta discusión.

Las frecuencias de muestreo más comunes en audio profesional son 44.1Khz, 48Khz, 88.2 Khz, 96Khz y 192Khz.
Pero... ¿Cual es la mejor opción de todas?.

Para responder a ésta pregunta tenemos que conocer la filosofía de funcionamiento del audio digital. Dejemos claro de forma sencilla y comprensible algunos aspectos al respecto.

-¿QUÉ ES FRECUENCIA DE MUESTRÉO?:

Como ya sabemos, la frecuencia de muestreo o sample rate es el número de muestras por unidad de tiempo que se toman de una señal contínua (analógica) para convertirla en una señal discreta (digital). 

Hoy en día nuestros sistemas de grabación y nuestros DAW nos permiten elegir entre múltiples opciones de frecuencias de muestreo a las que grabar. 

-¿POR QUÉ 44.1KHz ó 48KHz?:

Él teorema de Nyquits dice que "Para poder replicar con EXACTITUD una forma de onda es necesario que la frecuencia de muestreo sea superior al doble de la máxima frecuencia sonora que queremos digitalizar". 

Y cuando dice con EXACTITUD no quiere decir otra cosa distinta, si no lo diría. Por lo tanto éste teorema descarta automáticamente el argumento de que a mayor frecuencia de muestreo mayor calidad de audio. Y ésto es así.  Lo único que afirma el teorema es que a mayor frecuencia de muestreo mayor será la frecuencia sonora que podremos grabar con exactitud.

Por otro lado hay que tener en cuenta que el ser humano es capaz de escuchar frecuencias que van desde los 20Hz hasta los 20000Hz. (los hay que más y los hay que menos, pero cojamos éste ancho de banda que suele ser el standard establecido). 
Por lo tanto, según el teorema de Nyquist, si quisiéramos digitalizar frecuencias de hasta 20000Hz (el máximo que el ser humano puede oír), lo ideal sería digitalizar a algo más del doble.

Y en éste punto podemos deducir que 44.1Khz o 48Khz es una frecuencia de muestreo ideal para grabar con exactitud frecuencias sonoras de hasta 20000 Hz. Pero entonces... ¿por qué podemos elegir entre frecuencias de muestreo mayores?

-¿POR QUÉ 88.2KHz ó 96KHz?:

Todos hemos visto alguna vez cómo una rueda de un coche que está en marcha va girando cada vez más y más rápido hasta que llega un punto en el que percibimos que la rueda se va relentizando hasta pararse e incluso hasta ir hacia atrás. No es que la rueda haya dejado de girar, es solamente una percepción. 

Algo parecido ocurre con todas las frecuencias sonoras superiores a la frecuencia máxima que podemos capturar según el teorema de Nyquist. Éstas frecuencias se grabarán dentro del espectro (a modo de espejo o de solapamiento) aunque originalmente no corresponden a dicho espectro, o lo que es lo mismo, se convertirán en distorsión armónica no deseada en absoluto. Es el llamado efecto aliasing.

Para que el conversor A/D no capte las frecuencias por encima del espectro audible, se aplica un filtro pasa bajos llamado filtro antialiasing, pero éste filtro (por la propia naturaleza de los filtros pasa bajos) a su vez atenúa la señal de las frecuencias más agudas que grabamos del espectro audible (a partir de 17 Khz). 

Si cogemos nuestra frecuencia de muestréo de 44.1Khz y la duplicamos a 88.2Khz (oversampling), resolvemos ésta atenuación de las frecuencias agudas porque podemos llevarnos el filtro antialiasing hacia un espectro más agudo fuera del espectro audible.

Pero además, éste oversampling resuelve otro problema llamado "sinc problem" que también crea atenuaciones en las frecuencias agudas y que es generado por el propio proceso de la digitalización. Y como no me quiero meter en demasiado berengenal técnico, para quien quiera más información detallada al respecto y quiera profundizar sobre ésto os dejo un enlace a los "White Papers" de Dan Lavry".

-¿POR QUÉ 192KHz?:

En éste punto, podríamos volver a considerar que a mayor frecuencia de muestreo más calidad de sonido, pero no nos dejemos llevar por las emociones ni por las apariencias, ya que ésto no es así en absoluto.

Debemos considerar que cuanto mayor es la frecuencia de muestreo, mayor es el tamaño de nuestros archivos y por lo tanto mayores serán los recursos que necesitaremos para mover éstos archivos. Pero no es solo éste el problema, sino que  existe un compromiso entre la precisión sonora y la velocidad de muestreo debido a las características de los circuitos, a los condensadores de carga, el amplificador... Y es por ésto que existe una frecuencia de muestreo óptima que resuelve todos los inconvenientes mencionados anteriormente y  por lo que mayor velocidad de muestreo no siempre va a ser mayor precisión sonora.
Curiosamente Dan Lavry sitúa en uno de sus documentos que la frecuencia óptima de muestreo está en 60Khz.

"At 60 KHz sampling rate, the contribution of AD and DA to any attenuation in the audible range is negligible.

Although 60 KHz would be closer to the ideal; given the existing standards, 88.2Khz and 96 KHz are closest to the optimal sample rate."

Así que la primera y rotunda conclusión de todo ésto es que una frecuencia de muestreo de 192Khz es una opción bastante "fuera de lugar" porque no ofrece mayor calidad y porque ocupa muchísimo espacio en nuestro disco duro y consume demasiados recursos. 

Así que de nuevo surge la duda... cual será la mejor frecuencia de muestreo para trabajar?

-SRC O SAMPLE RATE CONVERSION:

Para determinar cual es la mejor frecuencia de muestreo a la que trabajar es imprescindible hacer un análisis de la frecuencia de muestreo a la que se va a distribuir el producto. Ya que si para distribuir nuestro producto tenemos que hacer una conversión a una nueva frecuencia de muestreo, ésto podrá empeorar la calidad sonora notablemente. 
Ésta conversión de frecuencias se denomina SRC (Sample Rate Conversion), y suele ser una opción que nos ofrece nuestras DAW´s cuando exportamos o cuando hacemos bounces. 
Normalmente, cuando se utiliza el SRC, creemos o confiamos en que nuestra DAW va a hacer bien ésta conversión, pero la realidad es que no todos los SRC son buenos.

http://src.infinitewave.ca/ 

Y por otro lado podemos conseguir SRC´s gratuitos de máxima calidad como éste 

http://www.voxengo.com/product/r8brain/

-MIS CONCLUSIONES:

Me resulta muy dificil sacar una conclusión firme, clara y rotunda sobre cual es la mejor frecuencia de muestreo a la hora de grabar, ya que existen muchísimos argumentos válidos que defienden unas u otras frecuencias. 

Siempre y cuando conozcamos las ventajas e inconvenientes de cada una de las frecuencias de muestreo en grabación, podremos elegir la frecuencia que mejor se adapte cada proyecto.
A pesar de todo me mojaré y os contaré mis conclusiones:


- Nunca grabo con frecuencias de muestreo mayores de 96Khz. No ofrece nada más que desventajas.

- Nunca subestimo las frecuencias de muestreo de 44.1Khz o de 48Khz. Son frecuencias de muestreo que ofrecen una calidad sonora absolutamente profesional.

- Decido qué frecuencia de muestreo utilizo en grabación cuando conozco la frecuencia de muestreo de la distribución.

-LINKS DE INTERÉS:

 

http://www.soundonsound.com/sos/jul12/articles/qanda-0712-1.htm

http://www.soundonsound.com/sos/apr14/articles/qa-0414-02.htm

http://www.trustmeimascientist.com/2013/02/04/the-science-of-sample-rates-when-higher-is-better-and-when-it-isnt/

http://www.lavryengineering.com/lavry-white-papers/ 

 

 Es sonido. Es MonsterTracks.