Preguntas sobre compresión de audio digital, reducción de datos y conversión A/D

Tres preguntas técnicas:

1. ¿Por qué es necesaria la compresión de audio digital?
2. ¿Por qué métodos básicos de reducción de datos no sirven para audio TV digital?
3. ¿Qué pasa antes de que señal analógica entre al ADC? ¿Por qué se necesita? ¿Consecuencias?

Respuesta estructurada

1. Compresión digital

No es estrictamente necesaria (existe WAV/PCM sin compresión: 16 bit/44.1 kHz). Pero 16/44.1 es un compromiso histórico (CD). Compresión (MP3, AAC, FLAC, ALAC) sirve para ahorrar espacio y ancho de banda. Lossless (FLAC/ALAC) = calidad idéntica a WAV, ~50 % tamaño. Lossy (MP3 320 kbps) = transparente para casi todos, ~10 % tamaño. SACD (DSD) y DVD-Audio (24/192) buscan mayor fidelidad.

2. Reducción de datos en TV digital

TV digital (DVB, ATSC) usa MPEG-1 Layer II / AC-3 / AAC. Métodos básicos (submuestreo, cuantificación simple) introducen artefactos audibles (pre-echo, birdies) inaceptables en broadcast. Se necesitan codecs perceptuales (psicoacústica) que eliminen información inaudible.

3. Antes del ADC (Analógico → Digital)

• Filtro anti-aliasing (pasa-bajos): Elimina frecuencias > fs/2 (ej. >22.05 kHz para 44.1 kHz). Sin él, frecuencias altas se «pliegan» (aliasing) creando armónicos espurios irreparables.
• Acondicionamiento: ganancia, offset DC, impedancia.
• Dither (aleatorización): Ruido de bajo nivel añadido antes de cuantificar para decorrelacionar error de cuantificación → reduce distorsión armónica a bajo nivel.

Consecuencias de omitir filtro anti-aliasing: aliasing audible, distorsión no armónica, pérdida de fidelidad irreversible. Consecuencias de mal dither: granulosidad, distorsión en señales bajas.

Referencias clave

• Frecuencia de muestreo (fs): 44.1 kHz (CD), 48 kHz (DAT/TV), 96/192 kHz (pro).
• Profundidad de bits: 16 bit (CD), 24 bit (pro), 32 bit float (DAW).
• Rango dinámico teórico: 6.02·N + 1.76 dB (16 bit ≈ 98 dB).
• DAC moderno: sobremuestreo (oversampling) + filtros digitales + analógicos para reconstrucción suave.

Libros recomendados: «Principles of Digital Audio» (Pohlmann), «The Art of Digital Audio» (Watkinson).