Evolución Histórica de las Tecnologías de Grabación y Reproducción Sonora

Evolución de las Técnicas de Grabación y Reproducción del Sonido

1ª Etapa: Reproducción Mecánica del Sonido

Esta fase se caracteriza por la manipulación directa de materiales para generar vibraciones audibles.

Carillones Automáticos

Desde finales de la Edad Media, los relojes de campanario se equiparon con carillones automáticos que sonaban al dar las horas. Esto se lograba gracias a la acción de un cilindro de púas que empujaba los martillos para golpear las campanas.

Cajas de Música (Siglos XVIII y XIX)

El cilindro de púas se perfeccionó para hacer girar sobre un peine metálico. Las púas enganchaban diferentes dientes del peine, provocando que vibraran y produjeran sonido. Estas cajas se instalaban frecuentemente en relojes de pared, estuches o joyeros, e incluían autómatas que se movían al ritmo de la música.

Piano Mecánico

El cilindro de púas se aplicó también en la construcción de la pianola, presentada en 1887. En este instrumento, el rodillo, movido por una manivela, accionaba una hilera de martillos que golpeaban las cuerdas.

Al final del siglo XIX, el cilindro de púas fue sustituido por rolos de papel perforados. Esto permitió registrar más marcas para producir más sonidos y facilitó el intercambio de los registros. La grabación de la música en el rodillo de papel era obra de artesanos especializados.

2ª Etapa: Grabación y Reproducción Mecánica del Sonido

Estos aparatos se basan en la grabación del sonido, donde las ondas sonoras son grabadas por su impulso en un material de registro (papel de estaño, cera o cinc) que permite, invirtiendo el proceso, su reproducción.

Principio del Paleófono

En 1877, Charles Cros formuló el principio del paleófono: si una membrana provista de un punzón traza un surco bajo la acción de un sonido, ese surco hará vibrar la membrana cuando vuelva a pasar por él, recuperándose el sonido inicial.

Fonógrafo: Thomas Alva Edison

Sin conocer la invención de Cros, Edison reprodujo la primera grabación de la historia: la frase de la canción Mary Had Little Lamb.

Funcionamiento: Consistía en un cilindro acanalado cubierto por una hoja de estaño que se hacía girar mediante una manivela. Las vibraciones recogidas por un tubo resonador se transmitían a una aguja o punta metálica en contacto con la superficie, quedando grabadas.
Reproducción: Se invertía el proceso, recorriendo la aguja los surcos y transmitiendo la vibración al tubo.
Perfeccionamiento (1888): Edison mejoró el fonógrafo sustituyendo el cilindro de estaño por uno de cera y añadiendo un pequeño motor alimentado por pilas.

Gramófono: Émile Berliner (1896)

Berliner se basó en los principios de Edison, pero sustituyó el cilindro por un disco liso. Al girar, permitía el trazado de la aguja en forma de surcos en espiral sobre la superficie del plato.

Ventajas: La calidad del sonido era superior y no requería un diafragma o pabellón tan grande para su reproducción. Además, los discos eran más manejables y transportables que los cilindros.
Duplicación: Lo más importante es que los discos podían duplicarse sencilla y masivamente a través de discos maestros. La grabación original se hacía en un disco de cinc, que luego se trataba para servir de molde a un disco maestro metálico, a partir del cual se realizaban copias en discos de 17 cm de diámetro fabricados en ebonita.
Evolución: Los discos tenían una duración de 2 minutos (usando una cara) y giraban a 70 revoluciones por minuto (rpm). En 1898 se sustituyeron los discos de ebonita por discos de pizarra. En 1900 comenzó la difusión comercial y el negocio de las primeras grandes empresas discográficas como Columbia, Odeón y Deutsche Grammophon.

3ª Etapa: Grabación y Reproducción Eléctrica del Sonido

Entre 1920 y 1925, se introdujo el uso de la electricidad para grabar y reproducir sonidos, reemplazando por completo el registro mecánico e incorporando los tres componentes básicos del sistema moderno:

Micrófono: Recoge la señal sonora y la convierte en impulsos eléctricos.
Amplificador: Aumenta la potencia de la señal eléctrica del micrófono.
Altavoz: Recibe la señal eléctrica del amplificador y la transforma de nuevo en ondas sonoras.

El uso de los primeros micrófonos permitió mejorar el registro: se podían grabar mayor número de voces e instrumentos con mayor amplitud de frecuencias (entre 100 y 4500 Hz) y mayor capacidad dinámica para diferenciar niveles de volumen. El equipo de grabación podía separarse de los músicos para trabajar en un lugar más aislado.

Ambos sistemas, tocadiscos (grabación y reproducción electromecánica) y magnetófono (grabación y reproducción electromagnética), son sistemas analógicos de registro de sonido, donde las variaciones de presión de la onda sonora se reproducen análogamente en forma de oscilaciones de tensión eléctrica. La cinta es el medio fundamental de grabación y el disco el sistema preferido de duplicación y reproducción.

Tocadiscos

Resulta de la electrificación del gramófono. Sus elementos fundamentales son:

Giradiscos o Plato: Incluye el soporte del disco, el motor que lo mueve y el brazo con su cápsula fonocaptora, cuya aguja lee las oscilaciones laterales y verticales del surco.
Amplificador: Aumenta la intensidad de la señal eléctrica procedente de la cápsula.
Altavoz: Traduce la energía eléctrica en energía acústica.

Perfeccionamiento del Soporte:

Se hicieron discos más grandes (de 24 a 30 cm de diámetro) que se grababan por ambas caras y giraban a menos revoluciones.
1948: El disco de pizarra, que se rayaba con facilidad, fue cambiado por el vinilo, un material plástico más ligero, elástico y resistente. Esto permitió grabar surcos más finos, dando lugar al microsurco (capaz de contener 250 a 400 surcos por pulgada), lo que almacenaba más música.

El microsurco facilitó la comercialización de dos tipos de discos populares en los años 80:

Long Play (LP): Disco de vinilo de 30 cm que gira a 33,33 rpm y dura 30 minutos por cara.
Single: Disco de vinilo de 18 cm de diámetro que gira a 45 rpm y permite una duración de 5 minutos por cara.

Magnetófono

Nuevo sistema de grabación y reproducción basado en una cinta magnética (cinta de plástico revestida de polvo ferromagnético fino) donde se imprimen por polarización magnética las señales eléctricas de las ondas sonoras.

Elementos: Magnetófono (contiene el soporte, controles y las cabezas de borrado, grabación y reproducción), amplificador y altavoz.
Historia: La primera grabación magnética fue realizada por Valdemar Poulsen usando hilo de acero. En 1935, la compañía alemana AEG construyó el primer magnetófono usando cinta plástica revestida de óxido de hierro.
Ventajas: La grabación en cinta magnética ofreció mayor calidad, más tiempo de reproducción y, sobre todo, la posibilidad de manipular la cinta (registrar tomas y luego empalmar/juntar para presentar la interpretación).
Avances: En 1957 apareció la grabación estereofónica, separando la distribución del sonido en dos o más canales diferenciados para conseguir un efecto más real con sensación de relieve. Destaca el sistema Dolby para la reducción de ruido.

Sistemas de Sonido Analógico: Componentes Detallados

Los sistemas analógicos utilizan el propio impulso de la onda sonora para grabar su vibración en un material de registro.

Grabación y Reproducción Mecánica (Fonógrafo y Gramófono)

Necesitan un gran pabellón o diafragma para potenciar la vibración del sonido. El diafragma iba unido a un pequeño punzón o estilite que imprimía las vibraciones sobre el soporte o recorría las oscilaciones del surco.

Grabación y Reproducción Eléctrica

El uso de la electricidad facilitó el gran desarrollo de los sistemas de audio hasta las técnicas actuales. Las ondas se registran de manera análoga en forma de oscilaciones de tensión. Los principales componentes son:

Transductores: Dispositivos capaces de transformar las ondas sonoras en señales eléctricas (micrófono) o viceversa (altavoces).
Amplificadores.

Micrófono

Es un transductor que recoge los sonidos y los convierte en señales eléctricas. La presión de la onda sonora actúa sobre el diafragma, provocando un movimiento vibratorio que se transforma en variaciones de corriente en un circuito eléctrico.

Altavoz

Es un transductor que recibe las señales eléctricas y las convierte en ondas sonoras. La señal acústica se produce en un material ligero (cono delgado y rígido o un diafragma) que vibra al ritmo de la señal eléctrica de entrada, transmitiendo ese movimiento al aire circundante.

Amplificador

Se encarga de amplificar o potenciar las señales eléctricas recibidas de una fuente de sonido para que sean audibles. Se compone de dos partes unidas:

Preamplificador: Selecciona la fuente de entrada (micrófono, plato, casete, etc.), realiza el control de ecualización (graves y agudos), el control de balance (canal derecho e izquierdo) y el control de volumen, que determina la potencia final del altavoz.
Amplificador de Potencia: Recibe la entrada del preamplificador y la aumenta hasta el nivel necesario para excitar el altavoz.

Tocadiscos (Sistema Electromagnético)

Usa como soporte un disco liso fabricado en vinilo, donde el sonido se imprime en forma de oscilaciones a lo largo de los surcos. Está compuesto por un plato giratorio y un brazo articulado con el cabezal de lectura.

Un motor eléctrico permite el movimiento giratorio del plato a velocidad constante (33 o 45 rpm).
El brazo coloca la aguja lectora (hecha de materiales muy duros como diamante o zafiro) en los surcos.
La cápsula fonocaptora recoge las vibraciones de la aguja y las traduce en señales eléctricas enviadas al amplificador. La cápsula está provista de un imán adherido a la aguja; al vibrar el imán, produce las señales eléctricas en dos bobinas fijas (una por canal).

Magnetófono y Casete

Usa como soporte una cinta de plástico revestida de polvo ferromagnético. Está compuesto por dos bobinas o carretes por donde pasa la cinta, la cual interactúa con cabezas magnéticas (electroimanes) que convierten la señal eléctrica en partículas magnéticas ordenadas (grabación) o transforman el campo magnético de la cinta en señal eléctrica (reproducción).

La mayoría de los equipos usan una cabeza para grabar/reproducir y una cabeza de borrado (que graba un sonido de alta frecuencia inaudible para ordenar las partículas magnéticas antes de la grabación real).

4ª Etapa: Grabación y Reproducción Digital del Sonido

A finales de los 70, el sistema digital comienza a sustituir al analógico.

El sonido digital se consigue mediante un Conversor Analógico-Digital (ADC), que codifica numéricamente la señal sonora analógica mediante una serie de muestras que miden la onda en instantes sucesivos. Estos valores se sustituyen por códigos binarios que se graban y leen mediante un procedimiento óptico. Para la reproducción, el conversor realiza el proceso inverso.

Los principales soportes son el Disco Compacto (CD) y la cinta DAT.

Disco Compacto (CD)

Composición: Disco de plástico (policarbonato) de 12 cm de diámetro, 1,5 cm de orificio central y 1,2 mm de grosor.
Grabación: Se realiza en una sola cara en forma de puntos microscópicos de código binario, leídos por un rayo láser infrarrojo.
Ventajas: Consigue una duración de hasta 80 minutos, ofrece gran calidad de sonido sin ruido de fondo, facilita el acceso a la información casi instantáneo y permite la copia y reproducción sin deterioro o desgaste del registro.

En las carátulas de los discos aparecen las siglas de los métodos de producción (grabación, mezcla y masterizado):

AAD: Grabación analógica, mezcla analógica, masterizado digital.
ADD: Grabación analógica, mezcla digital, masterizado digital.
DDD: Todo digital (salvo en recopilaciones antiguas, todo se hace en digital).

Cinta DAT (Digital Audio Tape)

Sistema de grabación y reproducción digital que usa como soporte una cinta magnética contenida en un pequeño cartucho de plástico (la mitad del tamaño de un casete). La información digital se imprime en forma de cargas positivas y negativas en el soporte metálico de la cinta y se lee mediante una cabeza magneto-óptica.

Ventajas: Ofrece una calidad de registro superior al CD y una mayor capacidad de almacenamiento (hasta 3 horas), por lo que se ha convertido en el mejor sistema para profesionales, usándose como master en programas de TV y estudios de grabación.

Funcionamiento Básico de los Principales Sistemas de Sonido

Sistema Analógico

El sonido es, por naturaleza, una magnitud analógica: varía siempre de forma progresiva y constante. Su señal puede medirse cuantitativamente y visualizarse en forma de curva usando un osciloscopio. En estos sistemas, la señal de registro varía continuamente, de modo similar o análogo a la onda sonora.

Sistema Digital

Se caracteriza por tomar únicamente dos valores o estados, convirtiendo la señal analógica del sonido en códigos binarios registrados como una secuencia rápida de medidas separadas.

Frecuencia de Muestreo: Para realizar esta tarea, el conversor ADC toma muestras de la señal analógica con una frecuencia determinada, medida en kilohercios (kHz). La calidad del registro es mayor cuanto más alta sea la frecuencia de muestreo.
Codificación: Los valores tomados en el muestreo se redondean y se traducen a un código binario o digital mediante el proceso de codificación. Cada uno de los valores se denomina bit y se corresponde con dos niveles de tensión (0 V y 5 V).
Precisión: La precisión del muestreo depende del número de bits. Un código de 3 bits permite distinguir 8 combinaciones posibles ($2^3$). El CD trabaja con códigos de 16 bits, lo que posibilita 65,536 combinaciones distintas ($2^{16}$). La sucesión de los códigos de cada muestra genera la información del sonido.