Introducción

Entrar en el mundo del audio profesional y la producción musical es relativamente fácil hoy en día. Todo lo que necesitas es descargar una estación de trabajo de audio digital (DAW) y empezar a trabajar en tu nuevo proyecto. A menudo, estas DAW hacen la mayor parte del trabajo por sí mismas, creando el entorno creativo perfecto para tu proyecto de audio.

Sin embargo, cuando empieces a profundizar en el potencial de tu software, te darás cuenta de que hay ajustes de audio que puedes modificar para mejorar la calidad de tus contenidos. Uno de esos ajustes es, sin duda, la frecuencia de muestreo.

Saber qué son las frecuencias de muestreo y cuál es la mejor para tu proyecto es un aspecto fundamental de la producción de audio, que puede cambiar drásticamente la calidad de tus creaciones. No existe una respuesta única en lo que respecta a la frecuencia de muestreo. Dependiendo del contenido al que estés dando vida, tendrás que elegir los ajustes adecuados para garantizar unos resultados óptimos.

En este artículo te explicaré qué es la frecuencia de muestreo, por qué es esencial y qué frecuencia de muestreo debes utilizar en función de si eres productor musical, ingeniero de sonido de vídeo o actor de doblaje.

Sería imposible explicar la importancia de la frecuencia de muestreo sin dar una visión general del oído humano y de cómo se convierte el audio de analógico a digital, así que empezaré el artículo con una breve introducción a estos temas.

Este es un tema complejo y bastante técnico. Intentaré que sea lo más sencillo posible. Sin embargo, una comprensión básica de las frecuencias de audio y de cómo viaja el sonido a través del espacio sería de gran ayuda. Este artículo también puede ayudar a los principiantes a elegir la configuración óptima para sus sesiones de grabación.

Sumerjámonos.

Algunas cosas sobre la audición humana

Antes de adentrarnos en los entresijos de las frecuencias de muestreo, quiero aclarar algunas cosas sobre cómo oímos e interpretamos los sonidos. Esto nos ayudará a comprender cómo se graban y reproducen los sonidos. Así dispondremos de la información necesaria para destacar la importancia de la frecuencia de muestreo.

El sonido viaja por el aire en ondas. Cuando una onda sonora entra en el conducto auditivo y llega al tímpano, éste vibra y envía esas vibraciones a tres huesecillos llamados martillo, yunque y estribo.

El oído interno transforma las vibraciones en energía eléctrica. A continuación, el cerebro interpreta la señal. Cada sonido vibra a una frecuencia sinusoidal específica, lo que lo hace único, como si fuera una huella dactilar sónica. La frecuencia de una onda sonora determina su tono.

Los humanos percibimos la frecuencia de las ondas sonoras como tono. Podemos oír sonidos entre 20 y 20.000 Hz y somos más sensibles a las frecuencias entre 2.000 y 5.000 Hz. A medida que envejecemos, perdemos la capacidad de escuchar frecuencias más altas. Algunos animales, como los delfines, pueden oír frecuencias de hasta 100.000 Hz; otros, como las ballenas, pueden oír sonidos infrasónicos de hasta 7 Hz.

Cuanto mayor es la longitud de onda del sonido audible, menor es la frecuencia. Por ejemplo, una onda de baja frecuencia con una longitud de onda de hasta 17 metros puede corresponder a 20 Hz. Por el contrario, las ondas de frecuencia más alta, de hasta 20.000 Hz, pueden ser tan pequeñas como 1,7 centímetros.

La gama de frecuencias audibles por los humanos es limitada y está claramente definida. Por eso, los dispositivos de grabación y reproducción de audio se centran en captar los sonidos que pueden oír los oídos humanos. Todos los sonidos grabados que escuchas, desde tus CD favoritos hasta las grabaciones de campo de los documentales, se realizan con dispositivos que captan y reproducen con precisión los sonidos que pueden oír los humanos.

La tecnología ha evolucionado en función de nuestras capacidades y necesidades auditivas. Existe una amplia gama de frecuencias que nuestros oídos y cerebros no registran, ya que la evolución decretó que no eran necesarias para nuestra supervivencia. Sin embargo, hoy disponemos de herramientas de grabación de audio que permiten captar sonidos que ni siquiera el oído humano más entrenado sería capaz de reconocer.

Como veremos a continuación, resulta que las frecuencias que no oímos pueden afectar a las que están dentro de nuestro espectro audible, por lo que, en cierto modo, es esencial tenerlas en cuenta a la hora de grabar audio. Por otro lado, si grabar frecuencias fuera de nuestro espectro audible tiene algún impacto en la calidad del audio es todavía objeto de debate.

La frecuencia de muestreo entra en juego cuando convertimos una señal analógica (natural) de audio en datos digitales para que nuestros dispositivos electrónicos puedan procesarla y reproducirla.

Conversión de audio analógico a digital

Convertir una onda sonora de analógica a digital requiere una grabadora que pueda traducir los sonidos naturales en datos. Por lo tanto, la transición entre formas de onda analógicas a información digital es un paso necesario cuando grabas audio en tu PC a través de una estación de trabajo de audio digital.

Al grabar, los rasgos específicos de una onda sonora, como su rango dinámico y su frecuencia, se traducen en piezas digitales de información: algo que nuestro ordenador puede entender e interpretar. Para transformar una forma de onda original en una señal digital, necesitamos describir matemáticamente la forma de onda capturando una gran cantidad de "instantáneas" de esta forma de onda hasta que podamos describir completamente su amplitud.

Estas instantáneas se denominan frecuencias de muestreo y nos ayudan a identificar las características que definen la forma de onda para que el ordenador pueda recrear una versión digital de la onda sonora que suene exactamente (o casi) como la original.

Este proceso de conversión de la señal de audio analógica a digital puede realizarse mediante una interfaz de audio, que conecta los instrumentos musicales al PC y a la DAW, recreando el audio analógico como una forma de onda digital.

Al igual que ocurre con la frecuencia de imagen en los vídeos, cuanta más información tengamos, mejor. En este caso, cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, más información tendremos sobre un contenido de frecuencia específico, que se puede convertir perfectamente en bits de información.

Ahora que ya sabemos cómo utilizar nuestras estaciones de trabajo de audio digital para grabar y editar sonidos, es hora de analizar la importancia de la frecuencia de muestreo y ver cómo afecta a la calidad del audio.

Frecuencia de muestreo: definición

Por ejemplo, a una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz, la forma de onda se captura 44.100 veces por segundo.

Según el teorema de Nyquist-Shannon, la frecuencia de muestreo debe ser al menos dos veces la frecuencia más alta que se pretende capturar para representar con precisión una señal de audio. Espera, ¿qué?

En pocas palabras, si quieres medir la frecuencia de una onda sonora, primero debes identificar su ciclo completo, que consta de una etapa positiva y otra negativa. Ambas etapas deben detectarse y muestrearse si quieres captar y recrear la frecuencia con precisión.

Si utilizas la frecuencia de muestreo estándar de 44,1 kHz, grabarás perfectamente frecuencias ligeramente superiores a 20.000 Hz, que es el nivel de frecuencia más alto que puede oír el ser humano. Por eso también se sigue considerando que 44,1 kHz es la calidad estándar de los CD. Toda la música que escuchas en CD tiene esta frecuencia de muestreo estándar.

¿Por qué 44,1 kHz y no 40 kHz? Porque, al convertir la señal a digital, las frecuencias por encima de las audibles por el ser humano se filtran a través de un filtro de paso bajo. Los 4,1 kHz adicionales dan al filtro de paso bajo espacio suficiente, por lo que no afectarán al contenido de alta frecuencia.

Utilizar una frecuencia de muestreo mayor, de 96.000 Hz, te proporcionará una gama de frecuencias de hasta 48.000 Hz, muy por encima del espectro auditivo humano. Hoy en día, los equipos de grabación musical de buena calidad permiten grabar a una frecuencia de muestreo aún mayor, de 192.000 Hz, con lo que se capturan frecuencias de audio de hasta 96.000 Hz.

¿Por qué tenemos la posibilidad de grabar frecuencias tan altas si, en primer lugar, no podemos oírlas? Muchos profesionales e ingenieros de sonido coinciden en que las frecuencias por encima del espectro audible aún pueden repercutir en la calidad general del sonido de una grabación. La sutil interferencia de estos sonidos ultrasónicos, si no se captan correctamente, puede crear una distorsión que interfiera con las frecuenciasdentro del espectro de 20 Hz - 20.000 Hz.

En mi opinión, el impacto negativo de estas frecuencias ultrasónicas en la calidad general del sonido es insignificante. No obstante, merece la pena analizar el problema más común que te puedes encontrar al grabar sonidos. Te ayudará a decidir si aumentar la frecuencia de muestreo mejoraría la calidad de tus grabaciones.

Aliasing

El aliasing es un fenómeno que se produce cuando el audio no se reinterpreta correctamente con la frecuencia de muestreo que se está utilizando. Es una preocupación importante para los diseñadores de sonido y los ingenieros de audio. Es la razón por la que muchos de ellos optan por una frecuencia de muestreo más alta para evitar el problema.

Cuando las frecuencias más altas son demasiado altas para ser capturadas por la frecuencia de muestreo, pueden reproducirse como frecuencias más bajas. Esto se debe a que cada frecuencia por encima del límite de frecuencia de Nyquist (que, si estás grabando a 44,1 kHz, sería de 2.050 Hz), el audio se reflejará hacia atrás, convirtiéndose en un "alias" de frecuencias más bajas.

Un ejemplo ayudará a aclarar este fenómeno. Si grabas audio utilizando una frecuencia de muestreo de 44.100 Hz y durante la fase de mezcla añades algunos efectos que empujan las frecuencias más altas hasta los 26.000 Hz, los 3.950 Hz adicionales rebotarían y crearían una señal de audio de 18.100 Hz que interferiría con las frecuencias naturales.

La mejor forma de evitar este problema es utilizar frecuencias de muestreo más altas en tu estación de trabajo de audio digital. De esta forma, te asegurarás de que las frecuencias superiores a 20.000 Hz se capturan correctamente y podrás utilizarlas en caso necesario.

También existen filtros de paso bajo que descartan las frecuencias por encima del límite de frecuencia de Nyquist y evitan así que se produzca el aliasing. Por último, el upsampling mediante plug-ins dedicados también es una opción válida. El uso de la CPU será mucho mayor que antes, pero será menos probable que se produzca el aliasing.

Las frecuencias de muestreo más comunes

Cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, más precisa será la representación de la onda sonora. Las frecuencias de muestreo más bajas implican menos muestras por segundo. Con menos datos de audio, la representación sonora será aproximada, hasta cierto punto.

Las frecuencias de muestreo más habituales son 44,1 kHz y 48 kHz. 44,1 kHz es la frecuencia estándar de los CD de audio. En general, las películas utilizan audio de 48 kHz. Aunque ambas frecuencias de muestreo pueden capturar con precisión todo el espectro de frecuencias del oído humano, los productores e ingenieros musicales suelen optar por utilizar frecuencias de muestreo más altas para crear grabaciones de alta resolución.

Cuando se trata de mezclar y masterizar música, por ejemplo, es esencial disponer de la mayor cantidad de datos posible y capturar todas las frecuencias, que los ingenieros pueden utilizar para ofrecer el sonido perfecto. Aunque estas frecuencias ultrasónicas no se oyen, interactúan y crean una distorsión de intermodulación claramente audible.

Estas son las opciones si quieres explorar altas frecuencias de muestreo:

• 88,2 kHz

  Como he mencionado antes, las frecuencias que los humanos no pueden oír siguen manipulando y afectando a las audibles. Esta frecuencia de muestreo es una opción excelente para mezclar y masterizar música, ya que produce menos aliasing (sonidos que no pueden representarse correctamente dentro de la frecuencia de muestreo utilizada) al convertir de digital a analógico.

• 96 kHz

  Al igual que a 88,2 kHz, grabar música a 96 kHz es ideal para mezclar y masterizar. Sin embargo, asegúrate de que tu ordenador puede soportarlo, ya que cada grabación requerirá más potencia de procesamiento y espacio de almacenamiento.

• 192 kHz

  Las interfaces de audio modernas con calidad de estudio admiten frecuencias de muestreo de hasta 192 kHz, es decir, cuatro veces la calidad estándar de un CD, lo que puede parecer un poco exagerado. Sin embargo, utilizar esta frecuencia de muestreo puede ser útil si piensas ralentizar mucho tus grabaciones, ya que mantendrán una calidad de audio de alta resolución incluso a media velocidad.

Una vez más, la diferencia entre estas frecuencias de muestreo puede ser muy sutil, aunque muchos ingenieros de audio creen que es fundamental obtener toda la información posible de la grabación original para recrear un audio que sea realmente auténtico.

Este enfoque también es posible gracias a la enorme mejora de la tecnología que hemos experimentado en la última década. El espacio de almacenamiento y la capacidad de procesamiento de los ordenadores domésticos han aumentado espectacularmente el potencial de lo que podemos hacer con ellos. Así que, ¿por qué no aprovechar al máximo lo que tenemos a nuestra disposición?

Por lo tanto, a menos que percibas claramente una diferencia en la calidad de tus grabaciones, te recomiendo que optes por las frecuencias de muestreo estándar, que se utilizan desde hace años y ofrecen resultados impecables.

¿Qué frecuencia de muestreo usar para grabar?

Hay dos respuestas a esta pregunta, una sencilla y otra más complicada. Empecemos por la primera.

En general, grabar a 44,1 kHz es una opción segura que te proporcionará grabaciones de alta calidad, independientemente del tipo de proyecto de audio en el que estés trabajando. 44,1 kHz es la frecuencia de muestreo más habitual en los CD de música y captura con precisión todo el espectro de frecuencias audibles.

Esta frecuencia de muestreo es ideal porque no ocupa mucho espacio en disco ni consume más potencia de CPU, pero sigue ofreciendo el sonido auténtico que necesitas para tus grabaciones profesionales.

Si trabajas en la industria cinematográfica, la mejor frecuencia de muestreo es 48 kHz, ya que es el estándar del sector. En términos de calidad de audio, no hay diferencia entre estas dos frecuencias de muestreo.

Ahora viene la respuesta más complicada. Al capturar cada detalle de una grabación, te asegurarás de que el audio sea idéntico al sonido original. Si estás grabando un disco, las frecuencias de audio pueden modularse y ajustarse hasta el punto de que las frecuencias ultrasónicas pueden afectar sutilmente a las audibles.

Si tienes suficiente experiencia y tu equipo te permite grabar a una frecuencia de muestreo alta sin problemas, deberías intentarlo. La cuestión de si la calidad de audio mejora con frecuencias de muestreo más altas sigue siendo discutible. Puede que no oigas ninguna diferencia, o que te des cuenta de que tu música es ahora más profunda y rica. Te sugiero que pruebes todas las frecuencias de muestreo y escuches por ti mismo si algo cambia.

Si piensas ralentizar mucho tus grabaciones, no dudes en probar con frecuencias de muestreo más altas. Algunos ingenieros afirman oír la diferencia entre las frecuencias de muestreo estándar y las más altas, pero aunque así fuera, la diferencia de calidad es tan insignificante que el 99,9% de los oyentes no la notarán.

Cómo ajustar la frecuencia de muestreo en tu DAW

Cada DAW es diferente, pero los que ofrecen la posibilidad de cambiar la frecuencia de muestreo lo hacen de forma algo similar. Que yo sepa, se puede cambiar la frecuencia de muestreo en todas las estaciones de trabajo de audio digital más populares, como Ableton, FL Studio, Studio One, Cubase, Pro Tools y Reaper. Incluso el software gratuito Audacity permite cambiar la frecuencia de muestreo.

En la mayoría de los casos, podrás ajustar la frecuencia de muestreo de tu DAW en las preferencias de audio. Desde ahí, puedes cambiar manualmente la frecuencia de muestreo y guardar los ajustes actualizados. Algunos DAW detectan automáticamente la frecuencia de muestreo óptima, normalmente 44,1 kHz o 96 kHz.

Te recomiendo que hagas algunas pruebas antes de empezar a grabar. Aumentar la frecuencia de muestreo reducirá sin duda la latencia y las posibilidades de aliasing. Pero también supondrá un esfuerzo adicional para la CPU. Además, el tamaño de los archivos será mucho mayor, lo que a la larga puede afectar al rendimiento del ordenador al reducir el espacio en disco.

Si quieres reducir la frecuencia de muestreo, asegúrate de no bajar de 44,1 kHz, según el teorema de la frecuencia de Nyquist descrito anteriormente.

Hagas lo que hagas, tienes que asegurarte de que todas las frecuencias audibles se capturan con precisión. Todo lo demás tiene un impacto mínimo en el audio o puede arreglarse durante la postproducción.

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Reflexiones finales

Si tienes un estudio de grabación casero, elegir la frecuencia de muestreo es una de las primeras decisiones que tendrás que tomar antes de grabar sonidos.

Como músico que soy, sugiero empezar con la frecuencia más fácil y común: 44,1 kHz. Esta frecuencia de muestreo captura la totalidad del espectro auditivo humano, no ocupa mucho espacio en disco y no sobrecargará la potencia de tu CPU. Pero, por otro lado, grabar a 192 kHz y que tu portátil se congele cada dos minutos no tiene sentido, ¿verdad?

Los estudios de grabación profesionales pueden grabar a 96 kHz o incluso a 192 kHz y remuestrear posteriormente a 44,1 kHz para cumplir con los estándares de la industria. Incluso las interfaces de audio utilizadas para grabación doméstica permiten frecuencias de muestreo de hasta 192 kHz. Además, la mayoría de las DAW ofrecen la posibilidad de ajustar la frecuencia de muestreo en consecuencia antes de empezar a grabar.

A medida que avanza la tecnología, es posible que se popularicen las frecuencias de muestreo de mayor resolución. Sin embargo, la mejora general en términos de calidad de audio sigue siendo discutible. Básicamente, mientras no bajes de 44,1 kHz, no tendrás ningún problema.

Si acabas de empezar a trabajar con audio, te recomiendo que te limites a las frecuencias de muestreo más comunes. Después, a medida que vayas progresando y te sientas más seguro con tu equipo, prueba con frecuencias de muestreo más altas. Comprueba si su uso tiene un impacto real y cuantificable en la calidad del audio.

Si no es así, ahórrate la molestia y opta por 44,1 kHz. Si cambian los estándares de calidad de audio, siempre puedes aumentar la frecuencia de muestreo de tu material de audio en el futuro. El aumento de la frecuencia de muestreo es un proceso automatizado que no tiene un impacto negativo en la calidad general del sonido.

¡Buena suerte!