Un Bitcrusher es un efecto de audio que produce distorsión al reducir la resolución o el ancho de banda de los datos de audio digital . El ruido de cuantificación resultante puede producir una impresión de sonido más "cálida" o más áspera, según la cantidad de reducción.
Un bitcrusher típico utiliza dos métodos para reducir la fidelidad del audio: reducción de la frecuencia de muestreo y reducción de la resolución.
El audio digital se compone de una serie rápida de muestras numéricas que codifican la amplitud cambiante de una forma de onda de audio. Para representar con precisión una forma de onda de banda ancha de duración sustancial, el audio digital requiere una gran cantidad de muestras a una frecuencia de muestreo alta. Cuanto mayor sea la frecuencia, más precisa será la forma de onda; una frecuencia menor requiere que la señal analógica de origen se filtre con un filtro de paso bajo para limitar el componente de frecuencia máxima en la señal, o de lo contrario los componentes de alta frecuencia de la señal se verán afectados . Específicamente, la frecuencia de muestreo (también conocida como frecuencia de muestreo) debe ser al menos el doble del componente de frecuencia máxima en la señal; esta frecuencia de señal máxima de la mitad de la frecuencia de muestreo se denomina límite de Nyquist .
Aunque es un error común pensar que la frecuencia de muestreo afecta la "suavidad" de la forma de onda representada digitalmente, esto no es cierto; la teoría de muestreo garantiza que hasta la frecuencia de señal máxima admitida por la frecuencia de muestreo (es decir, el límite de Nyquist), la señal digital (discreta) representará exactamente la fuente analógica (onda continua), excepto por la distorsión del ruido de cuantificación resultante de la precisión finita de las muestras individuales. La señal original se puede reconstruir exactamente simplemente pasando la señal discreta de paso bajo a través de un filtro de paso bajo ideal (con un perfil de corte vertical perfecto). Sin embargo, como es imposible construir un filtro ideal, se debe utilizar un filtro real, con una transición gradual entre la banda de paso y la banda de rechazo, con la consecuencia de que es imposible registrar con precisión todas las frecuencias hasta el límite de Nyquist para una frecuencia de muestreo dada. La solución es aumentar la frecuencia de muestreo en una cantidad que se adapte a las bandas de transición de los filtros utilizados tanto para el muestreo como para la reconstrucción de onda continua; Por eso, por ejemplo, los CD utilizan una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz para grabar audio que rara vez supera los 20 kHz, aunque el límite de Nyquist para esta frecuencia de muestreo es de 22,05 kHz. Otra consideración es que, para una reconstrucción perfecta, las muestras se deben reproducir como impulsos ideales de duración infinitesimal, pero todo el hardware real genera pulsos rectangulares para las muestras; algunos dispositivos de conversión digital a analógico de menor calidad utilizan la conversión de ondas escalonadas, que esencialmente produce las muestras como pulsos rectangulares que tienen una duración igual al período de muestreo. También en este caso, un aumento de la frecuencia de muestreo puede reducir y compensar la distorsión resultante. Aun así, no se puede dejar de enfatizar que, independientemente de su motivación, un margen adicional agregado a la frecuencia de muestreo no hace que la forma de onda reconstruida sea más suave, simplemente evita el aliasing de las frecuencias en la banda de transición a frecuencias más bajas, lo que distorsionaría la señal de manera no lineal.
En la actualidad, las estaciones de trabajo de audio digital suelen utilizar frecuencias de muestreo de 44,1 kHz o superiores. Los primeros equipos digitales utilizaban frecuencias de muestreo mucho más bajas para conservar la memoria del audio almacenado. Un Speak & Spell de 1979, por ejemplo, utilizaba una frecuencia de muestreo de 8 kHz.
La reducción de la frecuencia de muestreo (también llamada down-sampling) reduce intencionalmente la frecuencia de muestreo para degradar la calidad del audio. A medida que se reduce la frecuencia de muestreo, las frecuencias altas se solapan o, si la señal digital se filtra primero con un filtro de paso bajo, se pierden. Si se utiliza un DAC de onda escalonada primitivo, o si la frecuencia de corte del filtro del DAC no se puede ajustar para seguir la frecuencia de muestreo, sino que se fija en la mitad de la frecuencia de Nyquist para la frecuencia de muestreo máxima admitida, las formas de onda también suenan más "gruesas". En reducciones extremas, la forma de onda suena metálica como resultado de un grave solapamiento y quizás una distorsión no lineal debido a una conversión de digital a analógico mal ajustada. (Tenga en cuenta que todos estos efectos se pueden evitar si la señal se filtra con un filtro de paso bajo antes de ser submuestreada y si los parámetros del DAC para la reproducción son adecuados para la frecuencia de muestreo reducida; entonces la forma de onda suena limitada en banda como un teléfono, una radio AM con recepción clara o una grabadora de cinta magnética a una velocidad de cinta lenta).
Las muestras de audio digital se graban como números enteros o de punto flotante almacenados en la memoria digital. Esos números se codifican utilizando una serie de bits de memoria de encendido y apagado. Cuanto mayor sea el número de bits, con mayor precisión una muestra codifica el nivel de volumen instantáneo de una forma de onda de audio muestreada. Las DAW actuales suelen utilizar números de punto flotante de 32 bits, porque son más adecuados para el procesamiento y la mezcla en capas sucesivas, pero la salida maestra final suele constar de muestras enteras de 16 o 24 bits. Los primeros equipos de audio digital y los videojuegos utilizaban muestras enteras de 8 bits o menos. La clásica caja de ritmos TR-909 de Roland utilizaba muestras enteras de 6 bits. La cantidad de bits utilizados en cada muestra afecta directamente la relación señal-ruido y el rango dinámico de la señal digital, específicamente al determinar la amplitud de un tipo de ruido llamado ruido de cuantificación que es similar al ruido blanco filtrado por paso bajo.
La reducción de la resolución reduce intencionalmente la cantidad de bits utilizados para las muestras de audio. A medida que disminuye la profundidad de bits, las formas de onda se vuelven más ruidosas y se pierden variaciones sutiles de volumen, lo que reduce el rango dinámico en el extremo inferior. En una reducción de bits extrema, las formas de onda se reducen a clics y zumbidos ( ondas cuadradas ) a medida que una forma de onda salta abruptamente de bajo a alto y viceversa sin valores intermedios, con muchos picos inferiores aplanados a amplitud cero.
Los efectos Bitcrusher suelen tener al menos dos controles: uno reduce la frecuencia de muestreo, mientras que el otro reduce la resolución.
La perilla o control deslizante para reducir la resolución (también conocida como "profundidad de bits", "profundidad" o "bits") generalmente se ajusta desde 32 bits hasta 1 bit.
El software LossyWAV de David Robinson y Nick Currie calcula la profundidad de bits mínima para representar cada segmento de una forma de onda PCM sin distorsión audible. Aunque está pensado como un preprocesador para reducir las tasas de bits en la compresión de audio , reducir la configuración de calidad produce distorsión por aplastamiento de bits. [1]
El control de reducción de la frecuencia de muestreo (también conocido como "submuestreo" o "promedio") a veces se muestra en Hz para una nueva frecuencia de muestreo o como un factor de reducción. La reducción de la frecuencia de muestreo a veces se muestra como la cantidad de muestras consecutivas que se deben promediar para crear una nueva muestra. Un valor de 20 reduce la frecuencia de muestreo a 1/20 de su frecuencia original.
