O processo que envolve, na captação ou gravação, a conversão do som analógico para digital (ADC) e, na reprodução, a conversão do som digital para analógico (DAC) permite que o som seja armazenado e reproduzido por meio de um CD ou MiniDisc, de bandas sonoras de filmes digitais, de arquivos de áudio em diversos formatos (ex(s): WAV, AIFF, MP3) e de outros meios.
Frequência de Amostragem
Para poder representar um som num computador, é necessário conseguir convertê-lo em valores numéricos, porque este só sabe trabalhar com este tipo de valores. Trata-se, então, de aumentar pequenas amostras de som em intervalos de tempos precisos (Amostragem ou digitalização do som). O intervalo de tempo entre duas amostras chama-se taxa de amostragem (Por taxa de amostragem ou frequência de amostragem entende-se o número de amostras retiradas da forma de onda original, por segundo. Quanto mais elevada for a taxa de amostragem, melhor será a aproximação à onda original). Dado que para restituir um som que parece contínuo para os nossos ouvidos são necessárias amostras de cada 100 000i de segundo, é mais prático raciocinar sobre o número de amostras por segundo, exprimidas em Hertz (Hz). Eis alguns exemplos de taxas de amostragem e qualidades dos sons associados :
Taxa de amostragem Qualidade do som
44 100 Hz qualidade CD
22 000 Hz qualidade rádio
8 000 Hz qualidade telefone
O valor da taxa de amostragem, para um CD áudio por exemplo, não é arbitrário, decorre realmente do teorema de Shannon. A frequência de amostragem deve ser suficientemente grande, a fim de preservar a forma do sinal. O Teorema de Nyquist – Shannon estipula que a frequência de amostragem deve ser igual ou superior ao dobro da frequência máxima contida neste sinal. O nosso ouvido percebe os sons até cercq de 20 000 Hz, é necessário por conseguinte uma frequência de amostragem de pelo menos aproximadamente 40 000 Hz para obter uma qualidade satisfatória. Existem diversas frequências de amostragem normalizadas:
• 32 kHz : para a rádio FM numérica (banda concorrida limitada a 15 kHz)
• 44.1 kHz : para o áudio profissional e os compacto-discos
• 48 kHz : para os registadores numéricos multipistas profissionais e o registo grande público (DAT, MiniDisc…)
Bits por Amostra
O som é representado, informaticamente, por dois parâmetros: a frequência de amostragem e o número de bits de uma amostra.
O som é, então, representado por uma sequência de amostras, regularmente espaçadas no tempo. Essas amostras são representadas numericamente, em formato digital. A cada amostra (intervalo de tempo) é associado um valor que determina o valor da pressão do ar nesse momento, pelo que o som não é representado como uma curva contínua que apresenta variações, mas como uma sequência de valor es para cada intervalo de tempo: este formato consiste num código, o chamado código binário, no qual os números são representados sob a forma de uma sequência de bits.
O número de bits usados para representação determina a precisão, em amplitude, do processo de amostragem. Quanto mais bits forem usados, maior será essa resolução:
• Com uma codificação de 8 bits, tem-se 28 possibilidades de valores (de 256 valores possíveis);
• Com uma codificação das 16 bits, tem-se 216 possibilidades de valores ( de 65536 valores possíveis – resolução semelhante à de um sistema CD de áudio).
Com a segunda representação, ter-se-á, claramente, uma qualidade de som melhor, mas também uma necessidade de memória muito mais importante.
Critério de Nyquist
O teorema da amostragem de Nyquist–Shannon é fundamental no campo da teoria da informação, particularmente na área de telecomunicações e processamento de sinais. Amostrar é o processo no qual se converte um sinal numa sequência numérica.
Aquilo que hoje conhecemos por sinal digital é fruto do trabalho de investigação, realizado na década de 40, por Harold Nyquist dos laboratórios “Bell Telephones” e pelo Matemático Francês Augostin Louis Cauchy. O trabalho de Nyquist e Cauchy deu origem ao primeiro dispositivo que foi capaz de converter um sinal analógico continuo, num sinal digital discreto. O critério de Nyquist-Shannon, também conhecido como critério de Whittaker Nyquist Kotelnikov Shannon, é fundamental na teoria da informação e tem especial interesse nas telecomunicações. Este critério foi formulado, pela primeira vez, por Harry Nyquist, em 1928, e foi demonstrado formalmente por Claude E. Shannon em 1949.
O Teorema de Nyquist propõe que:
A amostra do sinal analógico deve ser colhida a uma taxa duas vezes maior ou igual ao espectro do sinal original obtido através de um receptor, que captura amostras do sinal analógico, onde cada amostra será convertida num número (bits). A conversão do sinal analógico para digital depende da taxa de amostragem, como sugere o Teorema de Nyquist. Além da taxa de amostragem, a taxa de ruído também faz parte da codificação do sinal para que o mesmo não perca a sua qualidade.
Aplicando o teorema e calculando o ruído, a partir de dados do sinal original, teremos o melhor tamanho de variável necessária para uma melhor qualidade. O sinal convertido obtido da codificação analógico/digital é conhecido como PCM, também referenciado como “áudio digital sem compactação”.
Dispositivos para captura, processamento e reprodução de som digital
Para realizar a captura de som é necessário ter um software próprio ligado à placa de som e ao microfone, pelo que consiste em converter som na forma eléctrica analógica em combinações numéricas b inárias, que podem ser armazenadas, recuperadas e manipuladas por um computador. O microfone produz um sinal analógico que vai ser convertido em sinal digital, pelo ADC para ser armazenado ou manipulado. Para a reprodução de um som digital, que consiste na colocação de amostra em sequência, à entrada de um outro dispositivo que vai tratar de reconstiruir o sinal analógico, pronto para ser enviado para um autifalante – funciona segundo o inverso do microfone, poid recebe o sinal do amplificador e transforma-o em som audível.
O computador pode capturar o sinal sonoro, transformando-o em informação digital. Isto é feito através do uso de interfaces especiais, normalmente chamadas de placas de som que, quando acopladas ao computador, convertem o sinal analógico em sinal digital, tornando-o, assim, um sinal discreto, e, portanto, passível de ser manuseado dentro de um sistema computadorizado.
A captura também pode ser realizada através da utilização de software MIDI (Musical Instrument Digital Interface), permitindo a ligação de outro tipo de hardware, como teclados musicais e outros instrumentos digitais. Para efectuar a reprodução de som é necessário ter um software de reprodução ligado à placa de som e às colunas. No sistema midi o som de um ficheiro é gerado por um sintetizador que recebe as notas e as instruções produzindo o som correspondente.
CODEC: abreviatura de compressor/descompressor. Software ou hardware utilizado para comprimir e descomprimir multimédia digital.
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Formatos de ficheiro áudio:
• AIFF (Áudio Interchange File Format) – Este formato de som foi originalmente utilizado em computadores Apple e SGI (Silicon Graphics). Os ficheiros de som são armazenados num formato moaural (mono ou de um canal) de 8 bits, que não é comprimido, podendo resultar em ficheiros de grande dimensão. [aiff]
• AU (UNIX Audio) – Regra geral, este formato de ficheiro é utilizado para criar ficheiros de som para computadores UNIX ou para Web. [ua]
• MIDI (Musical Instrument Digital Interface) – Este é um formato padrão para o intercambio de informações musicais entre instrumentos musicais, sintetizadores e computadores. [midi]
• MP3 (MPEG Audio Layer 3) – Este é um ficheiro de som que foi comprimido utilizando o codec do MPEG Audio Layer 3, que foi desenvolvido pelo Fraunhofer Institute. [mp3]
• Windows (Wave Form) – Este formato de ficheiro áudio armazena sons em forma de ondas. Dependendo de vários factores, um minuto de som pode ocupar tão pouco como 644kilobytes ou tanto como 27 megabytes de armazenamento. [wav]
• Windows Media (Windows Media Audio) – Este formato é um ficheiro de som que foi comprimido utilizando o codec áudio do Microsoft Windows Media, um esquema de codificação áudio digital desenvolvido pela Microsoft, que é utilizado para distribuir música gravada, normalmente através da internet. [wna]