PCM (Modulación por Código de Pulsos): Formato estándar de audio digital

PCM (Pulse Code Modulation) es la representación digital canónica de una onda analógica: muestreo periódico + cuantización de amplitud + codificación binaria. Es el formato nativo de CD (Red Book), DVD-Video, Blu-ray, broadcast profesional (AES3, MADI), interfaces de audio (USB Audio Class, Thunderbolt, PCIe) y la base sobre la que se construyen codecs con pérdida (MP3, AAC, Opus) y sin pérdida (FLAC, ALAC, DSD/DST).

Cadena PCM: Teoría de muestreo (Nyquist-Shannon)

• Muestreo (Sampling): Señal analógica continua x(t) → muestras discretas x[n] = x(n·Ts). Frecuencia muestreo fs = 1/Ts.
• Teorema Nyquist: fs > 2·fmax (frecuencia máxima señal). Para audio audible (20 Hz - 20 kHz) → fs > 40 kHz. Estándares: 44.1 kHz (CD), 48 kHz (video/pro), 88.2/96/176.4/192 kHz (hi-res).
• Filtro anti-aliasing (analógico, antes ADC): Elimina f > fs/2 para evitar plegado espectral (aliasing). Pendiente suave (analógico) → requiere fs > 2·fmax (margen transición).
• Cuantización (Quantization): Amplitud continua → niveles discretos. Profundidad bits (bit depth) = N bits → 2^N niveles. 16 bits = 65,536 niveles. 24 bits = 16.7 M niveles.
• Ruido de cuantización: Error = señal - cuantizada. Modelo: ruido blanco uniforme ±0.5 LSB. SNR teórico = 6.02·N + 1.76 dB. 16 bits → 98 dB. 24 bits → 146 dB (limitado por ruido térmico real ~120-130 dB).
• Dithering (Matizado): Ruido bajo nivel añadido ANTES de cuantizar (reducir bits) → linealiza error, elimina distorsión armónica correlacionada, decorrelaciona ruido. TPDF (Triangular PDF) óptimo. Noise shaping mueve ruido a frecuencias inaudibles (> 16 kHz).
• Codificación: Binario complemento a 2 (signed integer) o punto flotante 32-bit float (DAW interno). Endianness: Little-endian (Intel, WAV, AIFF-C) / Big-endian (AIFF clásico, AES3).

Formatos contenedores PCM comunes

Transporte PCM en interfaces digitales

PCM en formatos físicos de consumo

• CD-DA (Red Book): 16 bits / 44.1 kHz / 2 ch / LPCM sin comprimir. Capacidad 74-80 min / 650-700 MB.
• DVD-Audio: LPCM hasta 24/192 (estéreo) / 24/96 (5.1). Compresión opcional MLP (Meridian Lossless Packing).
• Blu-ray Audio / Pure Audio: LPCM 24/192 (7.1), DTS-HD MA, Dolby TrueHD (ambos lossless, basados en PCM).
• SACD (Scarlet Book): DSD64 (1-bit 2.8224 MHz). NO PCM. Requiere DAC DSD o conversión PCM (DSD → PCM en reproductor).

Profundidad de bits y Frecuencia de muestreo: ¿Cuánto es suficiente?

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