Grabación digital

Audio o vídeo representado como un flujo de números discretos.

Visualización de los niveles de audio en una grabadora de audio digital ( Zoom H4n )

En la grabación digital , una señal de audio o vídeo se convierte en un flujo de números discretos que representan los cambios a lo largo del tiempo en la presión del aire para el audio, o los valores de croma y luminancia para el vídeo. Este flujo de números se guarda en un dispositivo de almacenamiento. Para reproducir una grabación digital, los números se recuperan y se convierten nuevamente a sus formas de audio o video analógico originales para que puedan escucharse o verse.

En un par de convertidor analógico a digital (ADC) y convertidor digital a analógico (DAC) correctamente adaptados, la señal analógica se reconstruye con precisión según las restricciones del teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, que dependen de la frecuencia de muestreo y el error de cuantificación que depende de la profundidad de bits de audio o vídeo . Debido a que la señal se almacena digitalmente, suponiendo que se detecten y corrijan errores correctamente , la grabación no se degrada mediante copia, almacenamiento o interferencia.

Línea de tiempo

• 3 de octubre de 1938: el ingeniero telefónico británico Alec Harley Reeves presenta en la Oficina de Patentes francesa la primera patente que describe la técnica conocida hoy como modulación de código de impulsos (PCM). El 22 de noviembre de 1939, Reeves se presenta también en Estados Unidos. ^{[1] [2]} Se propuso por primera vez como tecnología de telefonía . ^[3]
• 1943: Bell Telephone Laboratories desarrolla el primer sistema de transmisión de voz codificada digital basado en PCM, SIGSALY , ^[4] en respuesta a la interceptación alemana del tráfico telefónico militar durante la Segunda Guerra Mundial . Los doce puntos de transmisión fueron retirados después de la guerra.
• Junio ​​de 1950: Modulación diferencial de código de pulso (DPCM) desarrollada por C. Chapin Cutler en Bell Labs. ^[5]
• 1957: Max Mathews de Bell Labs grabó la primera música generada por computadora, una pieza de 17 segundos llamada "The Silver Scale" compuesta por su compañero de trabajo Newman Guttman. ^[6]
• 1967: Las instalaciones de investigación de NHK en Japón desarrollaron el primer codificador PCM comercial ( monoaural ). ^[3] El dispositivo de 30 kHz y 12 bits utilizaba un compresor (similar a DBX Noise Reduction ) para ampliar el rango dinámico y almacenaba las señales en una grabadora de vídeo .
• 1969: NHK amplía las capacidades del codificador PCM a estéreo de dos canales y resolución de 32 kHz y 13 bits. ^[3]
• 1969: El dispositivo de carga acoplada , el primer sensor de imagen utilizado en imágenes digitales, inventado por Willard S. Boyle y George E. Smith en Bell Labs, ^[7] basado en la tecnología de condensadores MOS . ^[8]
• 1970: James Russell patenta el primer sistema de grabación y reproducción de digital a óptico, ^[9] que más tarde daría lugar al disco compacto .
• Enero de 1971: Utilizando el sistema de grabación PCM experimental de NHK, el Dr. Takeaki Anazawa, ingeniero de Denon , graba las primeras grabaciones digitales comerciales del mundo , The World Of Stomu Yamash'ta 1 & 2 de Stomu Yamash'ta (11 de enero de 1971) ^{[ 3]} y Algo de Steve Marcus y Jiro Inagaki (25 de enero de 1971). Ambos tuvieron que ser grabados en vivo, sin ediciones. Marcus se publica primero (en LP, en febrero de 1972), lo que la convierte en la primera grabación digital publicada . El 27 de enero Yamash'ta graba Metempsicosis en el estudio Nippon Columbia, Tokio, con percusión y sección de metales.
• 1972: Utilizando las lecciones aprendidas del codificador NHK, Denon presenta un codificador PCM de 8 canales del tamaño de un escritorio, el DN-023R, que utiliza una resolución PCM de 47,25 kHz y 13 bits y una grabadora de vídeo de transmisión de carrete abierto de 4 cabezales . ^[3] La primera grabación con este nuevo sistema es la del Cuarteto Smetana interpretando los Cuartetos de Cuerda K.458 y K.421 de Mozart , grabado en Tokio del 24 al 26 de abril y lanzado en octubre. En octubre se lanzan al menos otros seis discos LP digitales grabados por Denon, que incluyen jazz, música clásica y tradicional japonesa. ^{[10] [3] [11]}
• 1973: Modulación diferencial adaptativa de código de pulso (ADPCM) desarrollada por P. Cummiskey, Nikil Jayant y James L. Flanagan en Bell Labs. ^[12]
• 2 y 3 de diciembre de 1974: La Paillard Chamber Orchestra graba la primera grabación digital fuera de Japón , en la catedral de Notre Dame de París , utilizando el compacto DN-023RA de segunda generación recientemente desarrollado por Denon. " La Ofrenda Musical " de Bach (BWV 1079) se publica en LP en mayo de 1975. ^[3]
• 12 al 19 de diciembre de 1974: Helmuth Rilling graba tres obras para órgano de Bach dentro de la Gedächtniskirche, Stuttgart , Alemania, utilizando el DN-023RA. ^[13] Entre 1974 y 1977, Denon realizó más de 250 grabaciones PCM, la mayoría grabadas en Japón.
• Mayo de 1975: Thomas Stockham, profesor de la Universidad de Utah , desarrolla una grabadora de audio digital PCM de su propio diseño, utilizando unidades de cinta de computadora como sistema de almacenamiento. Funda la empresa Soundstream para ofrecerlo comercialmente. ^[14] Entre 1977 y 1980 se fabricaron un total de dieciocho unidades de 4 canales, 50 kHz y 16 bits, de las cuales siete se vendieron a unos 150.000 dólares estadounidenses (equivalentes a 815.770 dólares en 2022) cada una. En su equipo se realizaron más de 200 grabaciones, casi tantas como el Denon PCM. ^{[14] [15]}
• 1976: El prototipo de grabadora Soundstream de 37,5 kHz, 16 bits y 2 canales ^[3] se utiliza para grabar la Ópera de Santa Fe interpretando la ópera de Virgil Thomson The Mother of Us All para New World Records , lo que la convierte en la primera grabación digital de EE. UU. . Sin embargo, la grabadora digital es solo una copia de seguridad de la grabadora multipista analógica principal , y la grabación analógica se considera superior y, por lo tanto, se utiliza para el lanzamiento del LP. La cinta digital de respaldo se presentó en la Convención AES de octubre de 1976 en Nueva York, pero nunca se lanzó comercialmente.
• Enero de 1977: Denon desarrolla un sistema de grabación PCM más pequeño y totalmente portátil, el DN-034R. Al igual que el DN-023R y el DN-023RA, graba 8 canales a 47,25 kHz en una grabadora de vídeo (VTR) de 2 pulgadas que funciona a 38,1 cm/s, pero utiliza 14 bits "con énfasis, lo que equivale a 15,5 bits". ", lo que produce una relación señal-ruido de 89 dB . También permitió la sobregrabación por primera vez con el uso de una segunda videograbadora, crucial para la grabación profesional. ^[3]
• Septiembre de 1977: Sony presenta la unidad de audio PCM-1 (precio de venta al público de 4400 dólares equivalente a 6985 dólares en 2019) ^[16] (44,056 kHz, 14 bits), el primer codificador PCM de consumo. Requirió el uso de una grabadora de vídeo doméstica para su almacenamiento. ^[17]
• 4 al 7 de noviembre de 1977: 3M demuestra un prototipo de grabadora digital de 16 bits, 50,4 kHz y 2 canales que funciona en una cinta de 1 pulgada en45 ips en la Convención AES de Nueva York . ^[3] Como no había verdaderos convertidores de 16 bits disponibles, combinó convertidores separados de 12 y 8 bits para crear un rendimiento de 16 bits. ^[18]
• 28 de noviembre de 1977: Denon lleva su DN-034R a los Sound Ideas Studios de la ciudad de Nueva York y graba On Green Dolphin Street de Archie Shepp , convirtiéndose en el primer álbum comercial grabado digitalmente lanzado en Estados Unidos . ^[3] Los dos días siguientes, del 29 al 30 de noviembre, Frank Foster graba Manhattan Fever , que se publica en abril de 1978. ^[3] Se graban otros cinco álbumes de jazz con el DN-034R en Nueva York antes de regresar a Japón en diciembre. ^{[19] [ verificación fallida ]}
• Enero de 1978: aparece el primer lanzamiento comercial de Soundstream, Diahann Carroll con la orquesta de Duke Ellington bajo la dirección de Mercer Ellington - Un tributo a Ethel Waters ^{[ cita necesaria ]}
• Marzo de 1978: Sony presenta el PCM-1600 de calidad profesional a un precio de lista de 40 000 dólares estadounidenses (equivalente a 179 469 dólares en 2022) ^[20] utilizado con una unidad de cinta U-matic externa , lo que hace que la grabación digital esté disponible comercialmente para los estudios de grabación por primera vez. tiempo. Le siguen PCM-1610 y PCM-1630. ^{[21] [22] [23]}
• 4 al 5 de abril de 1978: Telarc utiliza el sistema PCM de Soundstream para grabar a Frederick Fennell y su Eastman Wind Ensemble tocando Suites para banda militar de Gustav Holst y Música para los fuegos artificiales reales de George Frideric Handel . Cuando se lanzó en LP, se convirtió en el primer lanzamiento clásico digital grabado en Estados Unidos . ^[24]
• 2 de junio de 1978: Los estudios Sound 80 en Minneapolis graban a la Orquesta de Cámara de Saint Paul interpretando Appalachian Spring de Aaron Copland . Esta sesión está configurada como una grabación directa en disco , con el prototipo de grabadora digital 3M de 50,4 kHz ejecutándose en segundo plano. Existe cierto desacuerdo, ^{[3] [25]} pero parece que el disco LP resultante (Sound80 Records S80-DLR-101) se tomó de las cintas de respaldo digitales en lugar del acetato directo al disco. ^[26] En 1984 la sesión es reeditada en disco compacto por ProArte. Esta grabación fue nominada a tres premios Grammy , ganando " Mejor interpretación de música de cámara " (1980), ^{[18] [27]} convirtiéndola en la primera grabación digital en ganar un Grammy .
• Principios de junio de 1978: Sound 80 graba el álbum debut homónimo de Flim y BB como otra grabación directa en disco nuevamente con la grabadora experimental 3M de fondo. Nuevamente se considera que el acetato no es tan bueno como la copia de seguridad digital, por lo que se utiliza el master digital para el disco LP (Sound80 Records S80-DLR-102). Esto lo convierte en el primer lanzamiento digital no clásico de EE. UU . Al cabo de seis meses, la grabadora digital 3M construida a mano ("muy voluminosa y delicada") se desmonta, lo que hace que la cinta maestra no estándar no se pueda reproducir. Por lo tanto, no es posible la liberación de discos compactos . El lanzamiento del disco compacto de la Saint Paul Chamber Orchestra, que utilizó la misma máquina, no tiene explicación.
• 8 de marzo de 1979: Philips hace una demostración del primer prototipo de reproductor de discos compactos en Eindhoven , Países Bajos . ^{[28] [29] [30]} Los CD prototipo reproducidos en la unidad eran una edición de Le quattro stagioni de Antonio Vivaldi interpretada por Vittorio Negri y la Kammerorchester Berlin (Philips 9500 100, grabado analógico en 1976) y String de Joseph Haydn. Cuarteto nº 31 (?). ^[30] Se muestra un tercer prototipo de disco, en Archiv Produktion , pero los detalles no son legibles. El texto indica que podría tratarse de la Sinfonía inacabada de Franz Schubert . La grabación de Herbert von Karajan y la Filarmónica de Berlín de Eine Alpensinfonie de Richard Strauss también se menciona como una de las primeras pruebas de impresión de un CD, ^{[ cita necesaria ]} pero no se grabó hasta el 1 y 3 de diciembre de 1980. ^{[31 ]}
• 11 de julio de 1979: Warner Bros. Records lanza el primer LP de música popular grabado digitalmente en Estados Unidos (con voz) , Bop Till You Drop del guitarrista Ry Cooder . El álbum fue grabado en Los Ángeles en una máquina digital de 32 pistas construida por la corporación 3M . ^{[32] [18]}
• 27 de agosto de 1979: Se lanza E=MC² de Giorgio Moroder , el primer LP electrónico en vivo a digital grabado en Soundstream PCM.
• 4 de septiembre de 1979: Comienza la composición de la banda sonora de Star Trek The Motion Picture, grabada en formato analógico multipista , masterizada en cinta estéreo digital para su lanzamiento en LP que coincidirá con el debut cinematográfico el 6 de diciembre de 1979. ^[33]
• 12 de octubre de 1979: Tusk de Fleetwood Mac se lanza en LP. Tanto él como Live , 8 de diciembre de 1980, se masterizaron en Soundstream PCM a partir de multipistas analógicas. ^[14]
• 30 de octubre de 1979: Stevie Wonder lanza su álbum de banda sonora , Journey Through "The Secret Life of Plants", grabado en cintas de vídeo U-matic utilizando un adaptador digital Sony PCM-1600 y ensamblado en forma de álbum con un controlador de edición digital. ^[34]
• 1 de diciembre de 1979: Se lanza el álbum homónimo de Christopher Cross, ganador del premio Grammy. El álbum de Cross se convierte en el primer álbum grabado digitalmente en las listas (grabado en el sistema 3M) de los Estados Unidos y finalmente ganó 5 premios Grammy. La grabación digital ahora es algo común.
• 1980: Se establece el estándar Libro Rojo (44,1 kHz, 16 bits) ^{[35] para} el audio digital de discos compactos .
• 1980: Mitsubishi Electric presenta la cinta de carrete abierto X-80 ProDigi de 1/4"Grabador digital de 15  ips , 50,4 kHz y 16 bits ($5000 equivalente a $17,758 en 2022). Sólo se venden 200 en todo el mundo. ^[36]
• 1980: Soundstream se fusiona con Digital Recording Corporation, convirtiéndose en DRC/Soundstream, para desarrollar y comercializar grabación PCM de 50 kHz en una tarjeta óptica. Posteriormente, esto se vio eclipsado por el auge del disco compacto de 44,1 kHz y la empresa cerró después de 1983. ^[14]
• 1981: Sony lanza el procesador de audio digital PCM-F1 ($1900 equivalente a $6116 en 2022) (44,056 kHz, 16 bits) y el VCR SL-2000 Betamax correspondiente ($700 equivalente a $2253 en 2022) como un portátil completo y asequible (con opción baterías) sistema de grabación digital doméstico ^[37]
• 1981: Technics lanza la grabadora de audio digital SV-P100 adecuada para grabaciones profesionales (masterización digital) y de consumo (uso doméstico). Utilizó grabación PCM de 14 bits en una cinta de casete de formato VHS, lo que resultó en un programa de hasta 3 horas de grabación estéreo de 2 canales.
• 1982: Sony lanza el adaptador PCM PCM-501ES (44,1 kHz, 16 bits) (precio de lista de 895 dólares) que se utiliza con una grabadora de vídeo VHS o Betamax externa. ^{[ cita necesaria ]}
• 17 de agosto de 1982: La grabación analógica de Claudio Arrau de marzo de 1979 de los valses de Frederic Chopin (Philips 400 025) se convierte en el primer disco compacto clásico jamás fabricado comercialmente . ^{[38] [39]} Lo fabrica la planta de Philips en Langenhagen , región de Hannover , Alemania . El propio Arrau fue invitado a pulsar el botón para iniciar la fabricación. En realidad, este CD no se lanzó hasta 1983, por lo que presumiblemente tuvo problemas de fabricación como el lanzamiento de ABBA (abajo).
• 17 de agosto de 1982: En la misma planta se produce el primer disco compacto popular jamás fabricado , el álbum de ABBA de 1981, The Visitantes (seleccionado porque fue "en su mayor parte grabado digitalmente") ^{[40] .} Sin embargo, debido a problemas de producción, la tercera versión no llegó a las tiendas hasta marzo de 1983.
• 5 de septiembre de 1982: Peter Gabriel lanza su cuarto álbum de estudio (titulado Security in North America y Peter Gabriel IV en otros lugares). ^[41] Cuando se lanzó en CD en octubre de 1984, se convirtió en el primer lanzamiento DDD completamente digital . Fue grabado en el estudio digital Mobile One de Sony ^[42] y mezclado en una Sony PCM-1610. ^[43]
• 1 de octubre de 1982: Los primeros reproductores de discos compactos son comercializados por Sony (CDP-101, $900 equivalente a $2.729 en 2022) y Philips (CD-100, $700 equivalente a $2.123 en 2022). ^[44]
• 1 de octubre de 1982: 52nd Street, grabado analógico de Billy Joel , se convierte en el primer CD que llega al mercado en Japón, superando a The Visitants de ABBA y Chopin Waltzes de Claudio Arrau. ^{[45] [46]} Otros cuarenta y nueve CD se lanzan en Japón el mismo día, incluidos Turn Back de Toto , Wish You Were Here de Pink Floyd y Off the Wall de Michael Jackson . ^[39]
• Octubre de 1982: New England Digital ofrece la opción de grabación en disco duro Sample-to-Disk en Synclavier , el primer sistema comercial de grabación en disco duro . ^[47]
• 26 al 28 de noviembre de 1982: Flim & the BB's graban su segundo álbum de estudio, Tricycle . Lanzado a principios de 1983, se convierte en el primer CD no clásico totalmente digital que se publica . (Más tarde se le dio un código SPARS de DD).
• 2 de marzo de 1983: Se introducen en los Estados Unidos reproductores de CD y 16 CD de CBS Records . ^{[ cita necesaria ]}
• Septiembre de 1984: Born in the USA de Bruce Springsteen se convierte en el primer CD fabricado en Estados Unidos que se publica. ^{[ cita necesaria ]}
• 12 de noviembre de 1984: Se lanza el segundo álbum de estudio de la cantante estadounidense Madonna , Like a Virgin . Se convirtió en el primer álbum grabado digitalmente que encabezó la lista Billboard 200 .
• 13 de mayo de 1985: Se lanza el quinto álbum de estudio de la banda de rock inglesa Dire Straits, Brothers in Arms . Se convirtió en el álbum grabado digitalmente más vendido de los años 80 y el primer álbum cuyas ventas de CD superaron a las de LP.
• 1987: Sony desarrolla la cinta de audio digital .
• 1989: Se iniciaron en el Reino Unido las transmisiones de prueba de audio digital estéreo NICAM para transmisiones televisivas.
• 1990 : Comienza la radio digital en Canadá , utilizando la Banda L. ^[48]
• 1991: Alesis Digital Audio Tape ( ADAT ) es un formato de cinta que se utiliza para grabar simultáneamente ocho pistas de audio digital a la vez, en cinta magnética Super VHS , un formato similar al utilizado por las videograbadoras de consumo . El producto fue anunciado en enero de 1991 en la feria NAMM . Las primeras grabadoras ADAT se enviaron más de un año después, en febrero o marzo de 1992. ^[49]
• 1993: La grabadora de audio digital de acceso aleatorio ( RADAR ) es el primer dispositivo de caja única que se utiliza para grabar simultáneamente 24 pistas de audio digital a la vez en unidades de disco duro. El producto, fabricado por Creation Technologies, se anunció en octubre de 1993 en la convención AES en Nueva York. Los primeros registradores RADAR se enviaron en agosto de 1994.
• 1996: Se comienzan a vender discos ópticos y reproductores de DVD en Japón.
• 1999: " Livin' la Vida Loca " de Ricky Martin se convierte en el primer sencillo número uno grabado, editado y mezclado completamente en una estación de trabajo de audio digital . Producido por Charles Dye y Desmond Child usando Pro Tools . ^[50]

Proceso

Grabación

1. La señal analógica se transmite desde el dispositivo de entrada a un convertidor analógico a digital (ADC).
2. El ADC convierte esta señal midiendo repetidamente el nivel momentáneo de la onda analógica (audio) y luego asignando un número binario con una cantidad determinada de bits (longitud de palabra) a cada punto de medición. Cuanto mayor sea la longitud de la palabra, más precisa será la representación del nivel de onda de audio original.
3. La frecuencia a la que el ADC mide el nivel de la onda analógica se llama frecuencia de muestreo o frecuencia de muestreo. Cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, mayor será la frecuencia de audio superior de la señal de audio digitalizada.
4. El ADC genera una secuencia de muestras de audio digital que forman un flujo continuo de 0 y 1.
5. Estos números binarios se almacenan en medios de grabación como una cinta magnética , un disco duro , una unidad óptica o una memoria de estado sólido .

Reproducción

1. La secuencia de números se transmite desde el almacenamiento a un convertidor de digital a analógico (DAC)
2. El DAC vuelve a convertir los números en una señal analógica uniendo la información de nivel almacenada en cada muestra digital, reconstruyendo así la forma de onda analógica original.
3. Esta señal es amplificada y transmitida a los altavoces .

Grabación de bits

Técnicas para grabar en medios comerciales.

Para los casetes digitales , el cabezal de la cinta se mueve tan bien como la cinta, generalmente en una configuración de escaneo helicoidal , para mantener una velocidad lo suficientemente alta como para mantener los bits en un tamaño manejable.

Para las tecnologías de grabación de discos ópticos como CD-R , se utiliza un láser para alterar las propiedades ópticas de la capa de tinte del medio. Se utiliza un láser más débil para leer estos patrones.

Parámetros de rendimiento

Tamaño de la palabra

La cantidad de bits utilizados para representar una señal de audio afecta directamente el ruido o distorsión resultante en una grabación. ^{[a] [51]}

Frecuencia de muestreo

Como lo establece el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon , para evitar el aliasing , la señal de audio debe muestrearse a una velocidad de al menos el doble que la del componente de frecuencia más alta de la señal. Para audio con calidad musical, las frecuencias de muestreo de 44,1 y 48 kHz son las más comunes.

La grabación maestra se puede realizar a una frecuencia de muestreo más alta (es decir, 88,2, 96, 176,4 o 192 kHz). Las grabaciones PCM de alta resolución se han lanzado en DVD-Audio (también conocido como DVD-A), DualDisc (que utiliza la capa DVD-Audio) o High Fidelity Pure Audio en Blu-ray. Además, es posible publicar una grabación de alta resolución como un archivo WAV sin comprimir o un archivo FLAC comprimido sin pérdidas ^[52] (generalmente a 24 bits) sin realizar una conversión descendente . Sigue existiendo controversia sobre si tasas de muestreo más altas proporcionan algún beneficio verificable al producto de consumo. ^[53]

Cuando se va a crear un disco compacto (el estándar del CD Red Book es 44,1 kHz y 16 bits) a partir de una grabación de alta resolución, la grabación debe reducirse a 44,1 kHz. Esto se hace como parte del proceso de masterización .

A partir de la década de 1980, la música grabada, mezclada o masterizada digitalmente a menudo se etiquetaba utilizando el código SPARS para describir qué procesos eran analógicos y cuáles digitales. Dado que la grabación digital se ha vuelto casi omnipresente, los códigos SPARS ahora rara vez se utilizan.

Rectificación de errores

Una de las ventajas de la grabación digital sobre la analógica es su resistencia a los errores. Una vez que la señal está en formato digital, no está sujeta a pérdida de generación por copia. En lugar de la degradación gradual que se experimenta con los medios analógicos, los medios digitales están sujetos a un efecto acantilado .

Ver también

• Vigilancia telefónica

Notas

1. El tramado agregado intencionalmente en el proceso de grabación transforma la distorsión de cuantificación en ruido.

Referencias

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