Fuente: STRAUSS, Egon: Equipos de audio modernos. Colección Saber electrónica, 128. Buenos Aires, Quark SRL. Pag 16. (Me olvidé de tomar nota del año).
La base de todo proceso digital, de computación y de otras disciplinas, es el sistema numérico binario, que sólo reconoce dos magnitudes: el “1” y el “0”. El inventor de este sistema numérico fue el científico alemán Gottfired Wilhelm Leibniz (1646-1716), quien lo creó en 1673. Otro matemático que se ocupó de los números binarios fue el científico británico George Boole (1815-1864). El Álgebra de Boole lleva su nombre. También en la aplicación de la técnica digital existen antecedentes, la primera compuerta analógica AND (Y) fue creada por el Mayor Edwin H Amstrong (1890-1954), investigador norteamericano, quien en 1918 desarrolló el superheterodino. Este dispositivo, analizado bajo el punto de vista de la electrónica moderna, posee en la etapa conversoa el primer circuito implícito de la compuerta lógica mencionada.
El científico norteamericano Harry Nyquist creó en 1933 el “criterio de Nyquist” que establece la relación entre una frecuencia de muestreo y la frecuencia a muestrear, al expresar que la primera debe ser igual o mayor que el doble de la segunda (Fs ∆2. Fmáx.).
Se observa que algunos conceptos de las técnicas digitales ya existían y eran conocidos mucho antes de crearse los primeros equipos digitales. Conviene recordar también que la primera computadora electrónica del mundo, ENIAC, se construyó en 1946 con 19000 válvulas electrónicas. El transistor y los demás semiconductores, que son la base de la computación electrónica actual, fueron inventados en 1947 y llegaron a su auge muchos años después.
Con estos antecedentes históricos, no nos debemos sorprender del avance vertiginoso que tuvieron las técnicas digitales con el advenimiento de los circuitos integrados MOS-LSI (Metal Oxide Semiconductor-Large Scale Integration).
El primer paso en los equipos digitales que deben funcionar con señales analógicas, es la conversión analógico-digital. Esta conversión se basa en el muestreo de las señales analógicas par evaluar debidamente su frecuencia, su amplitud y su fase y trasladar esos parámetros al dominio digital. Basándonos en el criterio de Nyquist, vemos cómo cualquier señal de audio puede analizarse por “partes”, cada uno de los cuales constituye una muestra que junto con las demás muestras, permite reconstruir nuevamente la forma de onda original.
El proceso ilustrado se compone de varias etapas. La primera muestra la forma de onda compleja que deseamos muestrear. El segundo paso es la aplicación de pulsos de muestreo con lo cual obtenemos diferentes amplitudes de acuerdo a las características instantáneas de la señal a muestrear en el momento de aplicarse el pulso de muestreo. En el tercer paso retenemos la amplitud de cada pulso de muestra individual hasta la llegada del pulso de muestreo siguiente.
Este proceso se denomina “muestreo y retención”= simple and hold, y su resultado es una serie de valores que corresponden a la frecuencia, fase y amplitud de la señal analógica y los que deben ser transformados en números binarios para poder entrar al procesador digital.
El muestreo debe efectuarse con absoluta regularidad y para ello es necesario que los pulsos del mismo provengan de una fuente con exactitud de cristal. El generador que se usa para este fin se denomina “clock” (reloj). El término clock es inglés pero se ha incorporado también al idioma castellano paa designar el generador de pulsos de todo sistema digital. En la figura vemos el clock utilizado en el circuito del procesador digital.
Para llegar ahora al siguiente paso de la “digitalización” o “cuantificación”, se designa un valor digital a cada muestra, por ejemplo, los valores analógicos decimales 2, 3, 4, etc., se transforman e los valores binarios 0010, 0011, 0100, 00101, etc. Como se sabe, en el sistema binario se usan sólo las potencias de 2. Su posición indica el valor del exponente de potencia, contando de derecha a izquierda y la indicación “0” o “1” indica si está presente o no. En el número binario 0011, marcado recién, tenemos cero 23, cero 22, un 21 y un 20, quiere decir: 2 + 1 = 3. La indicación 1110 en escala binaria significa en escala decimal 1* 23 + 1 * 22 + 1 * 20= 8+4+2+0= 14. 1111 en binario, es 15 en decimal. Cada posición es un dígito binrio, llamado abreviado BIT. En el sistema digital usado en el disco compacto CD, se usan 16 bits, lo que resulta en un valor máximo de 216 = 65536.
Esta es la cantidad de valores que puede adquirir cada bit en una “palabra” digital de 16 bits. El dígito binario que s encuentra a la izquierda de la palabra binaria, es el “bit más significativo” (216 = 65536) y el que se encuentra a la derecha es el “bit menos significativo) (20=1).
Las muestras obtenidas por el muestreo se deben realizar con un clock cuya frecuencia debe ser mayor que el doble de la frecuencia máxima a muestrear, de acuerdo al criterio de Nyquist. En un sistema de 20000 hertz como frecuencia máxima, el valor de 44.1 kHz como frecuencia de muestreo se ajusta a ese criterio y es usado en el CD.
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