Som Digital

O que é o som digital?

O som digital consiste na representação digital de uma onda sonora por meio de código binário. O processo que envolve, na captação ou gravação, a conversão do som analógico para digital (ADC, Analog to digital converter) e, na reprodução, a conversão do som digital para analógico (DAC, Digital to analog converter) permite que o som seja armazenado e reproduzido por meio de um CD, MiniDisc ou DAT, de bandas sonoras de filmes digitais, de arquivos de áudio em diversos formatos, como WAV, AIFF, MPE, OGG e de outros meios.

O processo de conversão do som analógico para digital acarreta uma perda e é sabido que o som digital nunca poderá representar o som analógico de maneira plena. No entanto, a evolução tecnológica dos processos de conversão atingiu um grau elevado de precisão ao ponto de não deixar transparecer nenhuma distinção perceptível ao ouvido humano entre o som analógico e sua representação digital.

A precisão da representação digital do som varia de acordo com a taxa de de amostra de frequência e a quantidade (profundidade) de bits para cada amostra, ou bit depth. Quanto maiores esses valores, maior será a fidelidade do som digital em relação ao som analógico. Um CD de áudio padrão, por exemplo, possui a taxa de amostragem de frequência, ou sampling rate, de 44.100 Hz e a profundidade de 16 bits.

- Características do som: frequência, amplitude e timbre.

- Dispositivos para captura, processamento e reprodução de som digital.

- Noções de codificação e compressão de som digital:
- Necessidade de CODEC (COder/DECoder).
- CODEC sem compressão e com compressão.
- Formatos de ficheiros de audio.

- Tipos de som: ruído, fala, música e silêncio.

- Operações de Áudio Digital.

- Musica electrónica: Autores (músicos).

- Análise e estudo de casos-exemplo.

Características do som: frequência, amplitude e timbre

Sabemos que o som é produzido como resultado das expansões e das compressões de vibrações no ar, como se as vibrações fossem elásticos, isto quer dizer que as vibrações são geradas em diversos formatos.

A frequência de uma onda sonora é definida pelo número de ciclos (pulsos),
que tem por unidade de tempo os segundos, lembre-se que a unidade de medida de ciclos por segundo é o hertz, cujo símbolo é Hz.

As frequências mais baixas correspondem ao que chamamos de sons "graves", são os sons com vibrações mais lentas, as frequências mais elevadas correspondem ao que chamamos de sons "agudos", em todo caso, as vibrações são muito rápidas.

As frequências audíveis variam de acordo com cada pessoa, depende inclusive da idade, da saúde dos ouvidos, entre outros fatores, mas geralmente as pessoas podem ouvir frequências nos intervalos entre 20 Hz e 20 kHz.

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A amplitude do som está diretamente ligada ao volume. Quanto maior a amplitude do som maior ou mais forte será o seu volume e vice-versa. No gráfico abaixo temos a representação de um som com duas amplitudes diferentes. A linha vermelha mostra um som forte e a linha verde o mesmo som com uma amplitude fraca. Se escutarmos estes dois sons separadamente vamos perceber que são idênticos, a diferença é que um estará com um volume mais baixo, e o outro com um volume mais alto.

A amplitude da onda sonora é medida em dB (decibeis) e abaixo temos um gráfico mostrando o volume de alguns sons do nosso cotidiano:
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O timbre é a característica que nos permite distinguir dois sons com a mesma altura e a mesma intensidade, produzidos por fontes sonoras diferentes.
O que nos permite diferenciar os dois sons é o timbre instrumental. De forma simplificada podemos considerar que o timbre é como aimpressão digital sonora de um instrumento ou a qualidade de vibração vocal.

Um exemplo num instrumento musical:
"A mesma nota ré assume timbres diferentes se for emitida por um piano ou por um violão, já que cada nota produzida por um instrumento vem acompanhada de notas harmônicas diferentes. Assim o ré do piano vem acompanhado de harmônicos diferentes do ré do violão, permitindo a sua diferenciação pelo timbre."

Análise e estudo de casos-exemplo

Esta música foi criada por mim através do programa Mixcraft.
Usei samples do próprio programa e ainda acrescentei alguns retirados da internet, TTS (Text-To-Speech) e um som capturado na escola. Na música em si, fui juntando samples de forma a criar algo audível, aumentando o volume nuns e diminuindo noutros.

Dispositivos para captura, processamento e reprodução de som digital

O Som Digital consiste na conversão de uma onda sonora num código binário, passando nesse momento a poder ser lido meios digitais, tornando-se assim em Som Digital.
Quando gravamos um som, por exemplo, por meio de um microfone, estamos a realizar esta mesmo conversão.Depois de já convertida a onda sonora podemos reproduzir o nosso som num CD, Audio Player, Mini Disc, etc.
Podemos tambem converte-lo para o formato que mais nos agrade: mp3, wav, ogg, etc.

Noções de codificação e compressão de som digital: - Necessidade de CODEC (COder/DECoder). - CODEC sem compressão e com compressão. - Formatos de ficheiros de audio

Necessidade de CODEC (COder/DECoder)

Um codec de áudio é um dispositivo de hardware ou um programa de computador que comprime/descomprime dados de áudio digital de acordo com um determinado tipo de arquivo de áudio ou áudio "streaming". O termo codec é uma combinação de coder-decoder ("compressor/descompressor"). O objeto do algoritmo dum codec é representar os sinais de alta fidelidade do áudio com a quantidade mínima de bits, preservando ao mesmo tempo a qualidade. Isto pode efetivamente reduzir o espaço de armazenamento e a largura de banda exigidos para transmissão do arquivo de áudio armazenado. A maioria dos codecs são implementados como bibliotecas que servem de interface para um ou mais tocadores de mídia, tais como o XMMS, Winamp ou o Windows Media Player.

Em alguns contextos, a expressão "codec de áudio" pode referir-se à implementação de hardware duma placa de som. Quando usada desta maneira, a expressão codec de áudio refere-se ao dispositivo que codifica um sinal de áudio analógico.

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CODEC sem perda e com perda

Os codecs sem perdas são codecs que codificam som ou imagem para comprimir o arquivo sem alterar o som ou imagem originais. Se o arquivo for descomprimido, o novo arquivo será idêntico ao original. Esse tipo de codec normalmente gera arquivos codificados que são entre 2 a 3 vezes menores que os arquivos originais. São muito utilizados em rádios e emissoras de televisão para manter a qualidade do som ou imagem.
Exemplos desse tipo de codec de som são o flac, shorten, wavpack e monkey's audio.

Os codecs com perdas são codecs que codificam som, gerando uma certa perda de qualidade com a finalidade de alcançar maiores taxas de compressão. Essa perda de qualidade é balanceada com a taxa de compressão para que não sejam criados artefatos perceptíveis.

Por exemplo, "Se um instrumento muito baixo toca ao mesmo tempo que outro instrumento mais alto, o primeiro é suprimido, já que dificilmente será ouvido. Nesse caso, somente um ouvido bem treinado pode identificar que o instrumento foi suprimido."

Os codecs com perdas foram criados para comprimir os arquivos de som a taxas de compressão muito altas. Por exemplo, o Vorbis e o Mp3 são codecs para som que facilmente comprimem o arquivo de som em 10 a 12 vezes o tamanho original, sem gerar artefatos significativos.

Exemplos de codecs com perdas são o Ogg Vorbis, MP3, AC3 e WMA, para som.

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Formatos de ficheiros de audio

UNIX Audio - Regra geral, este formato de ficheiro é utilizado para criar ficheiros de som para computadores UNIX ou para a Web.

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.

Windows Media Audio - Este 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.

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 644 kilobytes ou tanto como 27 megabytes de armazenamento.

Musical Instrument Digital Interface - Este é um formato padrão para o intercâmbio de informações musicais entre instrumentos musicais, sintetizadores e computadores.

Audio 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 monoaural (mono ou de um canal) de 8 bits, que não é comprimido, podendo resultar em ficheiros de grande dimensão.

Tipos de som: ruído, fala, música e silêncio

Ruido significa barulho, ou seja, qualquer tipo de barulho ou som. Mas quando se fala na electronica o ruido pode significar a percepçao acustica. Na leitura de sinais o ruído pode ser interpretado como um sinal sem qualquer sentido, sendo importante a relação Sinal/Ruído na comunicação. Na Teoria da informação o ruído é considerado como portador de informação.

Fala é um dos meios usados pelo ser humano para comunicar e, consequentemente interagirem uns com os outros.

Música é uma forma de arte que é constituída basicamente por combinações de sons e silêncio seguindo ou não uma pré-organização ao longo do tempo.

Silêncio é a ausência de som. E o nada em term os sonoros.

Operações de Áudio Digital

Edição
Existem basicamente duas formas de edição:
-com base em tapes;
-com base em discos rígidos magnéticos.
Seja qual for a forma de edição, as operações de áudio envolvem sempre cortar, copiar e inserir segmentos de áudio.

Armazenamento
É possível armazenar áudio digital em discos rígidos. Mas as aplicações multimédia que incluam grandes quantidades de áudio digital podem utilizar dispositivos de armazenamento terciários, como discos ópticos.

Filtragem e aplicação de efeitos
Os programas de edição de áudio permitem realçar uma serie de efeitos especiais sobre o áudio. Para isso são utilizadas técnicas de filtragem digital. Este processo pode envolver várias pistas e depende da complexidade do efeito, pelo que o processamento pode ou não ser realizado em tempo real.

Efeitos mais comuns:
Atraso – adição de ecos ou reverberação;
Equalização – enfatizar, reduzir ou balancear varias bandas de frequencia;
Normalização – escalar um segmento de modo a que o seu valor de pico não ultrapasse o máximo permitido;
Redução do ruído – hiss ou hum;
Compressão e expansão temporal – aumento ou diminuição da duração sem alteração da tonalidade ou pitch ;
Alteração da tonalidade sem modificação da duração - pitch shifting;
Conversão para estereofónico – dividir uma pista únicas em duas pistas estereofónicas com conteúdos de áudio diferentes;
Aplicação de ambientes acústicos – aplicação da assinatura de um ambiente acústico particular, por exemplo, o eco de uma catedral.

Conversão
As operações de conversão em áudio implicam conversões de um formato para outro.