Introducción de las señales analógicas y digitales


      Muchos equipos y dispositivos modernos requieren procesar las señales analógicas que reciben y convertirlas en señales digitales para poder funcionar. Por ser las grabadoras y reproductoras de música en CDs los equipos digitales más conocidos, veremos primero qué es el sonido en sí, qué se entiende por analógico y qué por digital, para una mejor comprensión de este tema.

    A continuación aparece una representación gráfica de una onda sonora analógica producida por dos instrumentos musicales de percusión. Las pequeñas irregularidades visibles en el contorno de la línea que va formando el trazado de la sinusoide (semejante a pequeñitos dientes de una sierra), representan los armónicos que definen los timbres y los tonos característicos del sonido que producen ambos instrumentos de percusión cuando se mezclan. Las variaciones en amplitud y altura de las ondulaciones de la propia sinusoide representan la intensidad del sonido y la frecuencia en hertz (Hz) o kilohertz (kHz) de la onda sonora.

           En la ilustración, el trazado o forma que toma esta onda senoidal en su mitad izquierda, corresponde a un tono grave, con una intensidad de sonido de bajo volumen, mientras que la mitad derecha responde a un tono agudo, con una intensidad de volumen de sonido más alta.

SEÑAL ELÉCTRICA ANALÓGICA

   Señal eléctrica analógica es aquella en la que los valores de la tensión o voltaje varían constantemente en forma de corriente alterna, incrementando su valor con signo eléctrico positivo (+) durante medio ciclo y disminuyéndolo a continuación con signo eléctrico negativo (–) en el medio ciclo siguiente. El cambio constante de polaridad de positivo a negativo provoca que se cree un trazado en forma de onda senoidal. Por tanto, una onda eléctrica de sonido puede tomar infinidad de valores positivos y negativos (superiores e inferiores), dentro de cierto límite de volt también positivos o negativos, representandos siempre dentro de una unidad dedeterminada de tiempo , generalmente medida en segundos.


DIGITALIZACIÓN DE LA SEÑAL ANALÓGICA

     En una señal eléctrica analógica, los valores de tensión positivos y negativos pueden mantenerse con un valor constante, o también pueden variar en una escala que va de "0" volt, hasta el valor máximo que tenga fijado, pasando por valores intermedios. Sin embargo, en la señal digital, a diferencia de la analógica, solamente existen dos condiciones: hay voltaje o no hay voltaje y su variación no ocurre de forma continua, sino de forma discreta, a intervalos de tiempo determinados.

Las variaciones que sufren los valores de tensión o voltaje en una señal analógica, al convertirse en digital se transforma en código numérico binario, representado exclusivamente por los dígitos “0” y “1”. En ese caso, el “0” significa que no existe ningún impulso eléctrico de tensión o voltaje, mientras que el “1” significa que sí hay voltaje con un mismo valor siempre en volt.

Representación gráfica una señal digital integrada por valores discretos binarios de ceros y unos.


Cuantización de la señal analógica

     Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la cuantización (quantization) de la señal analógica. Para esta parte del proceso los valores continuos de la sinusoide se convierten en series de valores numéricos decimales discretos correspondientes a los diferentes niveles o variaciones de voltajes que contiene la señal analógica original.

      Por tanto, la cuantización representa el componente de muestreo de las variaciones de valores de tensiones o voltajes tomados en diferentes puntos de la onda sinusoidal, que permite medirlos y asignarles sus correspondientes valores en el sistema numérico decimal, antes de convertir esos valores en sistema numérico binario.

Proceso de cuantización (quantization) de la señal eléctrica analógica para su conversión en señal digital.


Codificación de la señal en código binario

     Después de realizada la cuantización, los valores de las tomas de voltajes se representan numéricamente por medio de códigos y estándares previamente establecidos. Lo más común es codificar la señal digital en código numérico binario.

La codificación permite asignarle valores numéricos binarios equivalentes a los valores de tensiones o< voltajes que conforman la señal eléctrica analógica original.

En este ejemplo gráfico de codificación, es posible observar cómo se ha obtenido una señal digital y el código binario correspondiente a los niveles de voltaje que posee la señal analógica.

La siguiente tabla muestra los valores numéricos del 0 al 7, pertenecientes al sistema decimal y sus equivalentes en código numérico binario. En esta tabla se puede observar que utilizando sólo tres bits por cada número en código binario, se pueden representar ocho niveles o estados de cuantización.


Y en esta otra tabla se puede ver la sustitución que se ha hecho de los valores numéricos correspondientes a los voltajes de las muestras tomadas de la señal analógica utilizada como ejemplo y su correspondiente conversión a valores en código binario.
chequen ese video http://www.youtube.com/watch?v=FogfIocpBQc