En esta ocasión hablaremos principalmente de la frecuencia de muestreo explicando su significado, veremos también si es conveniente trabajar a sample rates mayores a 44.1 Khz. Abarcaremos temas secundarios como el aliasing (inarmónicos), Nyquist, algo de la fase, etc.
En el mundo digital la frecuencia de muestreo (sample rate en ingles) es la cantidad de veces que se captura una muestra de audio por segundo. La unidad Hertz es la cantidad de muestras por segundo.
Según el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon, para poder replicar con exactitud la forma de una onda es necesario que la frecuencia de muestreo sea superior al doble de la máxima frecuencia a muestrear.
Esto quiere decir que si queremos representar una forma de onda con un máximo de 22.05 Khz necesitaremos una frecuencia de muestreo de 44.1 Khz, osea que debemos capturar 44100 muestras en un segundo para poder representar una frecuencia máxima de 22 Khz.
También se suele nombrar Frecuencia Nyquist a la máxima frecuencia representable. Por ejemplo si usamos una frecuencia de muestreo de 44.1 Khz la frecuencia nyquist es 22.05 Khz.
El oído humano es capaz de escuchar un rango de 20 Hz hasta 20 Khz, Entonces está de más decir que con una frecuencia de muestreo de 44.1 Khz (que es capaz de representar hasta una frecuencia de 22.05 Khz) estamos mas que de sobra, pero... (es que en este mundo siempre hay un "pero")
Como ya hemos visto en otro artículo, los ecualizadores digitales tienden a deformar sus campanas cercanas a la frecuencia nyquist. Lo mismo pasa con los filtros Low Pass o corta agudos.
Miremos un ejemplo de un ecualizador típico digital a una frecuencia de muestreo de 44.1 Khz y luego a 192 Khz:
La campana del primer gráfico se ve deformada y la segunda se ve bien formada. Esto pasa porque la frecuencia de muestreo de la primera es de 44.1 Khz y su máximo valor es de 22.05 khz, entonces la campana no tiene mas "lugar" para poder desarrollarse por lo que cae repentinamente en la frecuencia de tope (o nyquist) y de esta manera deformando la caída de la misma.
En el segundo gráfico, al tener una frecuencia de muestreo de 192 khz, la frecuencia nyquist (o tope) es de 96 Khz. Por esta razón la campana tiene "lugar" para poder desarrollarse completamente.
Si bien el oido humano no escucha mas allá de 20 Khz, se necesita mas para que plugins o programas informáticos puedan desarrollar por completo las curvas ya sea de campanas, filtros, etc.
Al igual que las campanas de los gráficos anteriores, para que se desarrolle la fase del audio necesitaremos de mas frecuencia de muestreo para que esta tenga "lugar" y pueda formarse. Para mas detalles y gráficos visitar este artículo.
Como ya sabemos (si no leer este artículo) el aliasing (o inarmónicos) son armónicos fallidos, que están en donde no deberían estar y es una de las causas principales de porque los dispositivos analógicos suenan mejor que los digitales.
¿Que tiene que ver la frecuencia de muestreo con el aliasing? Mucho. En los equipos analógicos, la distorsión armónica producida siempre es múltiplo de la fundamental. Ejemplo: fundamental 1khz, armónicos: 2k, 3k, 4k, 5k, 6k, 7k, 8k, 9k, 10k, etc..
¿Que pasa cuando trabajamos con un samplerate de 44.1 Khz? Como sabemos la frecuencia tope es 22.05 Khz. entonces si tenemos una fundamental de 10 khz el primer armónico aparece en 20 khz, el tercer armónico debería ser en 30 khz, pero como nuestra frecuencia tope es de 22.05 Khz no tenemos lugar para representarlo. Entonces en este caso aparece un inarmónico.
Para eliminar el aliasing necesitaríamos frecuencias de muestreo muy altas de 1 Mhz o más (un MEGA HERTZ son 1000 Khz) pero como en la actualidad se nos hace imposible trabajar a estas frecuencias se han creado otros métodos, y lo mismo para la fase y las campanas y filtros.
Es imposible tener una respuesta certera. Deberíamos poner todo en una balanza y evaluar que es lo que mas nos conviene. Trabajando con frecuencias de muestreo altas obtendríamos estas ventajas:
Podemos obtener las ventajas mencionadas anteriormente (o casi) trabajando a frecuencias de muestreo (o samplerates) bajos (44.1 o 48 khz).
Algunos desarrolladores de plugins usan distintos métodos para reducir los problemas relacionados con frecuencias nyquist bajas, Algunos utilizan Oversample, filtros anti-alias, algoritmos avanzados, y otros métodos.
Un plugin que proporcione oversampling obtiene su ventaja ya que internamente incrementa la frecuencia de muestreo. Por ejemplo si estamos trabajando a 44.1 Khz, al hacer un oversampling X2 internamente trabajará a 88.2 Khz, si hace un oversampling X4 a 192 Khz y de esta manera reducir las "molestias" de trabajar a Frecuencias de muestreo bajas.
Otros plugins utilizan otros métodos como los filtros anti-alias que generalmente requieren de oversample y luego aplican un filtro low pass en frecuencias por arriba de los 20 khz.
Entonces cada uno trabajará a la frecuencia de muestreo que mas le convenga. Otra opción (la mas importante desde mi punto de vista) es saber elegir bien nuestros plugins.
