Conceptos básicos de la compresión de audio digital

Recientemente hablamos sobre cómo funciona la conversión de analógico a digital y explicamos parte de la terminología básica asociada con los archivos de audio digital. En este artículo, veremos cómo funcionan los diferentes algoritmos de compresión de audio digital para reducir el tamaño de los archivos y poder compartirlos más fácilmente.

Los fundamentos del audio digital

Como explicamos anteriormente, muestrear una forma de onda de audio analógico con una resolución de calidad de CD requiere 44 100 muestras por segundo con una resolución de 16 bits para un par de canales estéreo. Esto da como resultado un flujo de datos de 1.411 kilobits por segundo. Para una canción de un minuto de duración, debe almacenar 84 672 000 bits de información. Eso es alrededor de 50 megabytes para una canción de cinco minutos.

Cuando almacenamos audio en un formato sin comprimir, la información del archivo no afecta el tamaño del archivo. Podríamos tener una pista que contenga una grabación de una orquesta sinfónica, una pista de prueba de audio o la última, última, última actuación de los Rolling Stones. El tamaño del archivo será el mismo si la longitud de la pista es la misma.

Compresión de audio sin pérdidas

Reducir el tamaño del archivo siempre ha sido una preocupación cuando se trata de transmitir un archivo. Antes, cuando teníamos el servicio de acceso telefónico a Internet, tomaba horas descargar una canción completa en un formato sin comprimir. Los módems acústicos tenían una velocidad de transferencia óptima de unos 300 bits por segundo. Los módems analógicos de alta velocidad alcanzaron un pico de 48 kilobits por segundo utilizando algoritmos de compresión de datos. Para transferir audio de alta calidad, se necesitarían unos 30 segundos por cada segundo de música. ¿Ves el problema?

Uno de los métodos de compresión de archivos más populares y conocidos es comprimir un archivo. Al comprimir un archivo, se analiza el contenido del archivo y se reemplazan las cadenas repetidas de datos con un acceso directo a información idéntica. Cuando descomprimes el archivo, recuperas el original sin ninguna modificación.

En términos de formatos de compresión de audio, los formatos sin pérdida más populares son el códec de audio sin pérdida gratuito (FLAC), el códec de audio sin pérdida de Apple (ALAC) y el formato Monkey's Audio (APE) en un distante tercer lugar.

En términos de compresión, convertir nuestro archivo de audio de 70,69 megabytes a FLAC da como resultado un tamaño de archivo de 37,5 megabytes. Esta es una reducción de alrededor del 50 por ciento sin pérdida de calidad de sonido, precisión o detalle.

Compresión de audio con pérdida

Ya sea que intente reducir un archivo de audio o una fotografía, una de las maneras más fáciles de reducir el tamaño del archivo es deseche algunos de los detalles del archivo original. Para los archivos de audio, esto a menudo significa limitar la información de alta frecuencia y reducir los detalles o eliminar las señales de bajo nivel.

Si convertimos nuestro archivo de audio original a un archivo MP3 de 320 kbps, el archivo se reduce a unos sorprendentes 16,0 megabytes. Lo hacemos descartando información de audio que es difícil de escuchar. Por ejemplo, si hay un riff de guitarra fuerte en un canal, el algoritmo de compresión puede reducir drásticamente el detalle de la información de audio de nivel relativamente bajo en el otro canal sin cambiar mucho la calidad percibida de la reproducción. Esto se llama codificación de audio perceptual porque el algoritmo afecta específicamente la información que es más difícil de escuchar (o percibir).

Con una tasa de compresión de 320 kbps, la mayoría de los oyentes no pueden notar la diferencia entre el archivo original y la versión comprimida. A medida que aumenta la compresión, las diferencias se vuelven mucho más evidentes. Empezamos a perder información y detalles de alta frecuencia.

Si queremos reducir aún más el archivo, podemos convertirlo a un archivo MP3 de 128 kbps. El beneficio de la compresión de datos extrema es que nuestro archivo de audio ahora tiene un tamaño de 6,59 megabytes. Con este tamaño, la canción se puede adjuntar a un correo electrónico sin preocuparse demasiado por el ancho de banda o el tiempo de descarga en una conexión a Internet de banda ancha moderna.

Los formatos de compresión de archivos con pérdida más populares son MP3 (anteriormente MPEG-1 Audio Layer III o MPEG-2 Audio Layer III), Adaptive Transform Acoustic Coding (ATRAC), Advanced Audio Coding (AAC) y Windows Media Audio (WMA).

¿Importa el tamaño del archivo?

Como se mencionó, los algoritmos de compresión de audio se crearon para permitirnos transmitir audio a través de conexiones de ancho de banda limitado. Hoy en día, el almacenamiento de datos es increíblemente económico. Puede comprar una memoria USB de 128 GB por menos de $25. Puede almacenar alrededor de 400 horas de audio FLAC de alta calidad en una tarjeta de memoria de 128 GB. Al mismo tiempo, la velocidad del ancho de banda de Internet está en su punto más alto. La mayoría de los teléfonos inteligentes con LTE pueden descargar datos a 150 mpbs. Eso es más rápido que el Internet de alta velocidad de la mayoría de las personas en el hogar. Descargar un archivo de 37 megabytes a través de una conexión como esa toma alrededor de cinco segundos.

A menos que tenga un ancho de banda limitado, también puede descargar su música al menos en formato FLAC con calidad de CD o WAV sin comprimir. De esa manera, obtendrá la mejor calidad de sonido posible de su sistema de audio. Si tiene preguntas sobre cuántas pistas puede almacenar en una tarjeta de memoria o qué formatos de archivo de medios digitales son compatibles con la radio de su automóvil, visite a su distribuidor local de accesorios móviles. Deberían poder responder cualquier pregunta que pueda tener.