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Introducción a la música y el sonido

 

El sonido

 

Características de una Onda

El sonido es un fenómeno que implica una propagación de ondas generalmente producidas por un movimiento vibratorio de un cuerpo. La propagación del sonido implica un transporte de energía sin realizar un transporte de materia.

Como el sonido se produce por un movimiento ondulatorio al aplicarle la transformada de Fourier podemos expresarlo por una suma de curvas sinusoidales que corresponden a tonos puros que se pueden caracterizar por las magnitudes de cualquier onda como son:

  • Período Es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de una onda.
  • Longitud de Onda Es la distancia real que recorre una onda desde su punto más alto hasta el siguiente punto equivalente.
  • Frecuencia Es la magnitud que mide el número de repeticiones en un espacio de tiempo.
  • Amplitud Es la distancia entre el punto más alejado de la onda con el punto de equilibrio.

Estas magnitudes otorgan al sonido de una serie de características como pueden ser:

  • Duración: Determina lo largo o corto del sonido debido al tiempo, medido en segundos, que ocupa.
  • Intensidad: Determina lo alto o bajo del sonido debido a lo que en términos relativos conocemos como volumen, que es medido en decibelios (es una escala logarítmica).
  • Timbre: Determina el matiz propio de cada instrumento o fuente de sonido debido a los distintos armónicos que lo componen.
  • Tonalidad: Determina lo agudo o grave del sonido debido a la frecuencia que posee. La frecuencia se mide en hercios (Hz).

El área que estudia el sonido y sus características es la acústica.

La Música

 

Shadow of the Colossus es un ejemplo de como la música puede ser una buena herramienta para lo emocional.

La música (del griego: μουσική [τέχνη] – mousikē [téchnē], «el arte de las musas») es, según la definición tradicional del término, el arte de organizar sensible y lógicamente una combinación coherente de sonidos y silencios.

Dentro del mundo del multimedia se trata de un elemento no siempre tratado con la justicia apropiada. No es raro encontrar obras en las que este aspecto se haya descuidado o se limite a ser usado de forma mínima y básica. Desde tiempos inmemorables se ha empleado la música como elemento para evocar sentimientos y provocar emociones en el espectador, buen ejemplo es todo el extenso y vasto campo de la música clásica.

El audio digital

El audio digital es la codificación digital de una señal eléctrica que representa una onda sonora cualquiera. Esta señal eléctrica es captada por ejemplo por un micrófono, que toma el sonido cuya naturaleza es analógica y lo transforma en electricidad que sigue poseyendo el mismo tipo de naturaleza analógica, luego a través del hardware y software necesario se puede transformar en información binaria, convirtiendo algo continuo en discreto. Este proceso conlleva dos tareas: el muestreo y la cuantificación digital de la señal eléctrica.

Dentro del audio digital hay diferentes tipos de formatos para representar el audio:

  • PCM: Contienen toda la información recibida desde el conversor analógico a digital, sin ninguna omisión de datos. Esto hace que dentro del mundo digital sea el tipo de formatos que tiene mejor calidad. WAV es un ejemplo de este tipo de formato en cuestión.
  • Comprimidos: Es similar al anterior, pero se utilizan técnicas de compresión específicas en las cuales se puede perder información «no esencial» para disminuir el tamaño del fichero final. Por lo general tienen buena calidad en relación al peso del fichero, pero como se ha señalado anteriormente se pierde información, por lo que aquellas personas con los oídos lo suficientemente desarrollados/entrenados podrían percibir que hay algo raro en una canción por ejemplo. Por un lado tenemos formatos como MP3 y OGG que comprimen con pérdida, frente a FLAC que comprime sin pérdida. Obviamente entre un formato y el otro existe una diferencia notable de tamaño del fichero final.
  • Descriptivos: Se utilizan sobre todo para hacer música y contienen principalmente una descripción de lo que sería la «partitura» de la canción. Con esa descripción el algoritmo, que reproduce la canción, podrá coger una fuente de sonido con muestras de los instrumentos que necesita la composición, para sintetizar el sonido final en base a las indicaciones de la «partitura». Ejemplos de este formato son MIDI y los formatos tipo tracker (MOD, XM, IT, etcétera). La diferencia entre MIDI y los formatos tracker es que estos últimos traen incorporados dentro del fichero las fuentes de sonido para usar, por ello pesa más el fichero final que usando MIDI. Sin embargo con MIDI necesitaremos obtener una fuente de sonido por nuestra cuenta o utilizar la que traiga la tarjeta de sonido por defecto (que no suele ser demasiado buena).

Historia del audio digital

El formato PCM

 

Muestreo y cuantificación de una onda senoidal (roja) en código PCM de 4-bits

El audio digital tiene cierta antigüedad. En 1937 el científico Alec Reeves inventó el formato PCM (pulse-code modulation), sin embargo se tardó algunos años en darle uso comercial. Fue una empresa japonesa, conocida como Denon, en los años 60 que empezó a darle uso. Hasta que finalmente la primera grabación digital comercial salió en 1971.

La BBC también estuvo experimentando con el audio digital en la década de los 60, llegando a desarrollar a principio de los 70 una grabadora de 2 canales. En 1972 puso en funcionamiento un sistema de transmisión de audio que conectaba su centro de emisiones con las estaciones de transmisión remotas. Más tarde en EE.UU., en 1976, se lanzó la primera grabadora PCM de 16-bit, fabricada por Thomas Stockham.

Finalmente en los años 80, con la ayuda de Sony y Mitsubishi, la grabación de audio digital se había popularizado entre las compañías de música. Ello llevó a que en 1982 se introdujera el CD como formato físico de almacenamiento de sonido digital.

El formato MIDI

 

Puertos y cable MIDI.

A finales de los años 70 la música electrónica estaba volviéndose barata y extendida en EE.UU., Europa y Japón. Mediante el uso de sintetizadores analógicos se habían fabricado teclados que eran usados como instrumentos musicales, que llegaron a ser iconos muy populares en la escena musical (por ejemplo el sintetizador Moog).

Viendo el avance que la tecnología estaba teniendo, los ingenieros Dave Smith y Chet Wood se pusieron a diseñar una interfaz universal para la síntesis de música. Ello facilitaría la comunicación entre equipos de diferentes compañías. En noviembre de 1981 se lanzó la propuesta en la Audio Engineering Society y durante los siguientes 2 años se discutió y modificó hasta ser anunciado en octubre de 1982. La especificación final fue publicada en agosto de 1983.

La demoscene y los trackers

En 1985 se lanzó una demo para la Commodore 64 por parte de Charles Deenen que contenía una colección de canciones al estilo de las introducciones de los cracks. Durante el siguiente año nació la demoscene en Europa, centrándose en producir demos con gráficos y música original, exprimiendo el potencial de las máquinas de la época.La demoscene fue un movimiento cultural dentro del mundillo de los ordenadores domésticos que comenzó a raíz de los cracks realizados para quitar la protección anti-copia que traía el software de la época. Dichos cracks contenían pantallas de presentación introductorias de quién lo había hecho a modo de «firma». Con el tiempo las presentaciones se les añadió animaciones y luego sonido. Con el tiempo algunos grupos pasaron a desarrollar programas que eran presentaciones independientes, que con el tiempo acabaron denominándose como demos.

Por aquella época, en 1987, se lanzó para Commodore Amiga un software llamado Ultimate Soundtracker que permitía componer música con calidad de audio digital PCM en las limitadísimas máquinas de la época. El truco era que teniendo muestras PCM de 8-bit, podían utilizar hasta 4 canales para modificar el volumen y el pitch del audio, con lo que tomaban las muestras y las alteraban en tiempo de ejecución para generar las notas finales de la composición. El resultado era música de bastante calidad en muy poco espacio de almacenamiento, todo un logro de ingeniería.

 

Impulse Tracker, un tracker para MS-DOS.

Con el tiempo fueron saliendo todo tipo de clones shareware como el NoiseTracker, apareciendo versiones de este tipo de aplicación en las diferentes máquinas de la época, como por ejemplo el Commodore 64. En los 90 con la caída de los ordenadores de 8-bits, el mundo de la música tracker se fue pasando al PC y MS-DOS.

Esta tecnología se ha utilizado en el mundo de la música y también en la industria del videojuego. Un ejemplo destacable es Unreal y Unreal Tournament que utilizaban música tracker como banda sonora para sus niveles. Incluso a día de hoy sigue habiendo una gran variedad de programas para componer música tracker como por ejemplo Modplug Tracker, Scream Tracker, FamiTracker, etcétera.

Conclusiones

  • El mundo del sonido muchas veces es un gran olvidado en las obras multimedia.
  • La historia del audio digital comenzó incluso antes de los primeros ordenadores, sin embargo no fue hasta mucho tiempo después que se pudo comercializar.
  • Existen diversos formatos que nos permiten dependiendo de nuestras necesidades tener sonido o de menor peso o de mayor calidad.
  • Gracias a la tecnología y la programación, comunidades como la demoscene han logrado encontrar los límites del hardware, entre en otros campos en el sonido sintetizado, para realizar sus demos.
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