¿Cuál es el límite físico / eléctrico de la calidad de audio?

  

¿Cuál es el tamaño máximo de bits físico / real / electrónico en el que se puede almacenar una pieza de audio?

Como comenta Dzarda, esta no es una pregunta sensata, y no está claro a qué te refieres con 'pieza'. Si te refieres a muestra, puedes almacenarla en tantos bits como puedas almacenar. Los HD típicos contienen 1 TB y más, por lo que 8 Tera Bits estarían al alcance.

  

¿el audio de 32 bits será excesivo / contendrá demasiado ruido?

Es excesivo de la misma manera que no tiene sentido proteger su bicicleta con una cadena muy pesada que se cierra con un candado de plástico blando. Será mejor que gastes menos dinero en la cadena y lo uses para comprar un mejor candado.

En aras del argumento, digamos que la relación señal / ruido de las partes analógicas de su sistema de audio corresponde a 16 bits. Si reproduce el sonido digital almacenado en 18 bits, se agrega un 25% de ese nivel de ruido: aumentó el ruido en un 25%. (de 100 a 125, en unidades arbitrarias). 20 bits lo incrementarán en un 6.25%. 32 bits por 0.0015%. Es decir: suponiendo que tiene una traducción perfecta de digital a analógica.

El costo de almacenamiento aumenta linealmente con el tamaño de bit, el costo de un convertidor D / A con rango completo aumenta casi exponencialmente cuando se aproxima un cierto número de bits (~ 22?) Por lo tanto, usar más bits que la calidad equivalente en las piezas analógicas cuesta más, pero la ganancia en calidad disminuye. Por lo tanto, simplemente no es económico usar más bits: si desea gastar más dinero para obtener una mejor calidad, debe gastarlo en las partes analógicas. (No soy un audiófilo, pero AFAIK el hablante suele ser el enlace más débil).

Este es un tema común en ingeniería: no se trata de hacer partes individuales lo mejor posible, sino de un diseño equilibrado.

La tecnología podría permitirle almacenar datos (casi) infinitamente grandes (muestras / seg) e infinitamente profundos (bits), y de hecho muchas cosas almacenan este tipo de cosas: hay muchas cámaras que pueden grabar más rápido y mejor; Más detalles que los ojos humanos pueden ver, por ejemplo, 500 cuadros por segundo. Del mismo modo, existen instrumentos científicos, como los sismómetros, que son (de manera simplista) muy parecidos a los micrófonos pero mucho más sensibles que el oído humano, y los datos registrados probablemente se almacenan con más detalle de lo que un humano podría interpretar directamente si se reproduce en el mundo real. niveles Sin embargo, estos diversos dispositivos casi siempre se utilizan para capturar cosas, por lo que podemos analizarlos de alguna otra manera: una ola en un gráfico, un video en cámara lenta, etc.

Volviendo a la grabación de audio & reproducción, de nuevo hay científicos y amp; instrumentos de prueba que pueden muestrear, grabar, reproducir & genera señales de mejor calidad (como en resolución / profundidad / precisión) que las que los humanos pueden procesar, pero no tiene mucho sentido tenerlas en un estudio de grabación.

Ahora, en un estudio de varias pistas realmente bueno, es posible que desee una mejor calidad que la que los humanos pueden discernir, ya que están agregando muchas cosas juntas, por lo que cuanto menos error introduzca, mejor saldrá en la mezcla final. Simplísticamente de nuevo; si hace todas las sumas difíciles con 4 decimales, es posible que su respuesta final solo tenga que estar en el 1 decimal, pero aún así salga mejor ya que no habrá perdido tanto en los errores de redondeo.

En el caso final (consumo humano) solo hay mucho que los humanos puedan discernir, por lo que el equipo generalmente está hecho para ser lo suficientemente bueno para eso, porque ¿por qué harías más trabajo sin ganancia?

Como ejemplo: la imagen digital ha alcanzado un máximo de 8 bits por color porque el ojo no puede distinguir más de aproximadamente 256 tonos de gris / la combinación total de 16.8 millones de colores y amp; sombras. Tenemos PC de 64 bits y cámaras digitales mucho mejores en estos días, podríamos almacenar 16 bits por color, pero la gente no puede ver 281,474,976,710,656 colores diferentes y perderíamos mucho esfuerzo en capturar & almacenar esos datos.

Del mismo modo, nadie pagará por un estudio de grabación lleno de equipos que puedan escuchar, capturar, grabar y reproducir un vuelo de pedos en la parte posterior de la sala sobre alguien que toca un kit de batería como nadie lo escuchará, incluso si está allí.

Diversión .. para jugar con algunos números. Supongamos 1 k ohm de impedancia de fuente. (Tienes que asumir algo.) Entonces, eso tiene ~ 4 nV / rtHz de ruido de Johnson. Para un ancho de banda de 10 kHz, eso es ~ 400nV de ruido. OK y supongamos que se gana hasta 5 voltios y se almacena. Eso es alrededor de 10 ^ 7 en rango dinámico ... 23 bits. (En la vida real habrá más ruido ...)

En el caso de audio que se transmite por teléfono, los niveles de cuantificación para el A / D están determinados por el sistema de modelado de nivel de ruido. Es decir, no deberíamos aumentar los niveles de cuantificación, porque se incluye el ruido dentro de los valores convertidos. Además, el oído no responde de manera lineal, por lo que para optimizar el ancho de banda de la señal transmitida por teléfono, se utiliza una conversión no lineal, que permite codificar el audio en 8 bits y recuperar una señal inteligible.

Obviamente, la calidad de la transmisión de audio para un teléfono, no es que esté destinada a un sistema de audio de alta fidelidad.

En resumen, la teoría establece que no hay un límite superior al número de niveles de cuantificación de una señal de audio, pero en la práctica, el ruido presente en el sistema puede poner un límite superior. Para obtener más información, consulte este enlace .

El audio de 32 bits almacenado en formato de punto flotante es común en la industria profesional. Sin embargo, se trata de reducir los errores de redondeo durante el procesamiento digital, donde se procesa en gran medida a través de todo tipo de filtros y transformaciones digitales. En el extremo de grabación o reproducción de las cosas, no creo que nadie pueda distinguir entre 24 bits a 192 kHz y un muestreo más rápido y profundo. Probablemente ni siquiera los murciélagos.

Parece que necesitas entender algunos términos básicos. Hay convertidores AD < - > DA de diferentes tamaños de "bits" y diferentes frecuencias operativas. El tamaño de bit afecta a la precisión de la "muestra", mientras que la frecuencia afecta a la frecuencia de muestreo. Normalmente, tiene una señal de audio que desea digitalizar. Entonces, la primera pregunta que debe responder es qué tan precisa debe ser la muestra. Cuanto mayor sea el número de bits utilizados, mayor será la calidad del audio reproducido y mayor será el costo del convertidor. Cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, mayor será la calidad del audio reproducido y mayor será el costo del convertidor. Entonces, el primer límite práctico es impuesto por el costo del convertidor. Hay otro límite práctico impuesto por la "sensibilidad humana". Si nuestros oídos no pueden detectar una diferencia entre el audio original y el reproducido, entonces el número de bits y la frecuencia de muestreo utilizada para lograrlo serán "lo suficientemente buenos". Sobre la base de esta información, creo que su pregunta debería ser:
¿Cuál debería ser el número máximo y práctico de bits (de un convertidor AD < - > DA) para poder reproducir una copia aceptable de una señal de audio?
Creo que los cálculos apropiados darían aproximadamente 18 bits con una tasa de muestreo de 150K Hz.