A Gravação de som
Resumo histórico
Em 1877 Thomas Edison introduz um processo mecânico de gravação de som com o Fonógrafo. A primeira gravação óptica foi demonstrada em 1922.
Em 1930 na Alemanha foi desenvolvida a gravação em fita magnética.
A gravação digital
O principal conceito na gravação digital é o sampling (amostra). Converte sinais analógicos em sinais mostrados no tempo.
Teorema de sampling - especifica a relação entre a taxa de amostragem (Sampling Rate) e a largura de banda também chamado de Teorema Nyquist em homenagem a Harold Nyquist (1928)
Um pesquisador Britânico A. Reeves desenvolveu o primeiro sistema patenteado pulse-code-modulation (PCM) para transmissão de mensagens.
Em 1950, Max Matheus gerou o primeiro som sintético com um PC.
Entre 1950 e 1960, Haming, Huffman e Gilbert criaram a teoria da "correção de erro digital" que permitiu criar o primeiro sistema prático de gravação de áudio digital
Em 1977 surgiu o primeiro sistema comercial de gravação digital; Processador PCM-1 da Sony codificado em 13 bits para um gravador de videocassete em formato Beta.
1 ano depois foi alterado para 16 bits.
Em 1985, a sociedade de Engenharia de Áudio estabeleceu dois padrões de freqüências de sampling 32KHz (para a transmissão de rádio) e 44.1KHz para CD.
Em 1982 chega ao público o CD (Compact Disk). O formato foi desenvolvido pela Philips e Sony.
Amostra Digital
No registo analógico como as gravações do fonógrafo e fitas de cassete é representada a forma de onda directamente, usando a profundidade do sulco para uma gravação ou a quantidade de
magnetização para uma fita. Gravação análoga pode reproduzir uma quantidade impressionante de sons, mas também sofre problemas com ruído e cada vez que uma gravação análoga é copiada, diminui a qualidade do sinal .
As gravações digitais funcionam de forma diferente: elas criam amostras de forma de onda em pontos do tempo com o mesmo espaço de distância, representando cada amostra como um número preciso. As gravações digitais, quando armazenadas num disco compacto (CD) computador , não se degradam com o tempo e podem ser copiadas perfeitamente sem introduzir qualquer ruído
adicional. A seguinte imagem ilustra uma amostra de áudio em forma de onda:
Áudio digital pode ser editado e misturado sem inserir nenhum ruído adicional. Além disso, vários efeitos digitais podem ser aplicados a gravações de áudio digitalizadas para simular reverberação, melhorar certas frequências ou mudar o tom.
Gravar áudio directamente no computador depende especificamente do hardware. A maioria dos computadores vem com uma placa de som com entradas para ligar o microfone, outra fonte para gravação e colunas de som ou auscultadores.
A qualidade de uma gravação de áudio digital depende de dois factores: A taxa de amostra e o formato da amostra ou profundidade do bit. Aumentando a taxa de amostra ou o número de bits em cada amostra aumenta a qualidade da gravação, mas também aumenta a quantidade de espaço usada pelo arquivo de áudio.
Amostra de taxas
A Taxa de amostragem é medida em hertz (Hz), ou ciclos por segundo. Este valor representa o número de amostras capturadas por segundo, quanto maior a resolução, mais precisa a medição da forma de onda. O ouvido humano é sensível a padrões de som com freqüências entre
aproximadamente 20 Hz e 20,000 Hz. Sons fora desta faixa são inaudíveis, entretanto Rupert Neve provou subjetivamente a existência de percepção psicoacústica que pode ser ouvida acima do suposto limite de 20,000kHz.
Capturando um som em uma freqüência particular requer uma taxa de amostra pelo menos o dobro da freqüência (conhecido como a freqüência Nyquist). Portanto uma taxa de amostra de 40,000 Hz é o mínimo necessário para reproduzir sons com faixa de audição humana.
A taxa de amostra usada nos CDs de áudio é de 44,100 Hz.
A qualidade do CD e considerada o mínimo aceitável para trabalhar com edição de som em audiovisual.
Na imagem abaixo, a metade esquerda possui uma baixa taxa de amostra, e a metade direita possui uma alta taxa de amostra (ie. alta resolução):
A outra medida da qualidade do áudio é o formato da amostra (ou profundidade do bit), que
geralmente é medida pelo números de bits usados para representar cada amostra. Quanto mais bits são usados, mais precisa a representação de cada amostra. Aumentando o número de bits também aumenta a faixa dinâmica máxima da gravação do áudio, em outras palavras a diferença de volume entre os mais barulhentos e mais suaves sons possíveis.
A faixa dinâmica é medida em decibéis (dB). O ouvido humano pode perceber sons com uma faixa dinâmica de pelo menos 90 dB. Entretanto, sempre que possível é boa idéia gravar áudio digital com uma faixa dinâmica de mais que 90 dB, para que os sons muito suaves poderem ser ampliados para máxima fidelidade. Note que apesar dos sinais serem gravados em níveis baixos podem ser elevados ( normalizados) para tirar proveito da faixa dinâmica disponível, a gravação de sinais de baixo nível não irá usar toda a profundidade de bits e a perda de resolução não pode ser recapturada normalizando todos os níveis de forma de onda.
Formatos de amostra comuns, e suas respectivas faixas dinâmicas incluem: inteiro de 16-bits: 90 dB
inteiro de 24-bits: 135 dB
ponto flutuante de 32-bits: quase infinito dB
Os CDs de áudio e a maioria dos formatos de arquivos de áudio de computador usam inteiros de 16-bits. Por padrão o software Audacity usa internamente amostras de pontos flutuantes de 32-bits enquanto se trabalha um projecto e exporta a mistura final usando inteiros de 16-bits. Isto para oferecer melhor qualidade que programas de áudio que usam amostras de áudio de 16-bits ou 24-bits. O formato de amostra padrão do Audacity pode ser configurado nas Preferências de Qualidade ou definir individualmente para cada faixa em Menu Drop-Down da Faixa.
Na imagem abaixo, a metade à esquerda possui um formato de amostra de poucos bits, e a metade à direita possui um formato de amostra com mais bits.
Tamanho de arquivos de áudio
Para determinar o tamanho de um arquivo de áudio não comprimido, multiplique a taxa de amostra ( 44100 Hz) pela taxa de bit do formato da amostra (16-bit) pelo número de canais (2 para estéreo) pelo número de segundos. Um CD estéreo de áudio completo de 74 minutos ocupa mais de 6 bilhões de bits. Divida isto por 8 para obter o número de bytes; um CD de áudio possui um pouco menos de 800 megabytes (MB). .
Clipping
O áudio digital não consegue lidar com ondas de pressão de som que excedem o nível máximo. Quando um sinal gravado excede o nível máximo, as amostras fora do limite são cortadas para o valor máximo, desta forma:
Um som gravado com clipping soará distorcido e áspero. Existem algumas técnicas que podem elimar uma pequena quantidade de ruído devido aos cortes, é sempre preferível evitar os cortes durante uma gravação. Mude o volume no dispositivo de entrada (microfone, reprodutor de audio) e defina o volume de dispositivos de entrada do Audacity (na Barra de Ferramentas do Mixer) de tal forma que a forma de onda seja a mais larga possível (para maior fidelidade) sem cortes/clipping.
Áudio Comprimido
Em 1991surgiu o padrão MP3 (MPEG I, layer 3) . MP3 é uma técnica de compressão com perdas que pode diminuir dramaticamente o tamanho de um arquivo de áudio digital com pouco efeito na qualidade. Um segundo de áudio de qualidade de CD ocupa 1.4 megabits, enquanto a taxa de bit comum para arquivos MP3 é 128 kilobits, que é um fator de compressão de mais de 10x! MP3 funciona inteligentemente "deitando fora" detalhes da forma de onda do áudio a que os humanos não possuem sensibilidade, baseado num modelo psicoacústico de como os nossos ouvidos e cérebros processam os sons.
compatível com o formato Ogg Vorbis, que é similiar ao MP3 mas é completamente aberto, padrão sem patentes. Ao longo do tempo a qualidade de arquivos Ogg Vorbis ultrapassou a qualidade do MP3, e seu formato é mais extensível logo mais melhorias são possíveis.
Outros métodos de compressão bem conhecidos incluem ATRAC, usados por gravadores de Minidiscos da Sony, Windows Media Audio (WMA), e AAC.
GLOSSÁRIO
Sinal (Som) Analógico - Sinal análogo ou reproduzido originalmente da fonte sonora.
Sinal (Som) Digital - São valores discretos (não contínuos) "retirados" de um sinal analógico.
Sampling - Amostra resultante da conversão de um sinal analógico para o digital. É um valor que pode ser manipulado por computadores.
Sampling Rate - Taxa de amostragem. Representa o número de amostras que um conversor pode "tirar" de um sinal analógico.
O microfone
Inventado com os transmissores articulados para o telefone, ambos, criados quase simultaneamente por Elisha Gray e Alexander Graham Bell, foi fundamental para as telecomunicações e cinema.
Microfones-características:
No que se refere à transdução do sinal acústico para sinal eléctrico, os microfones mais utilizados podem ser classificados, em dois tipos: dinâmico e com condensador.
O microfone dinâmico consiste num diafragma fino acoplado a uma bobina móvel dentro de um campo magnético. Quando o som atinge o diafragma, este vibra, e movimenta a bobina dentro de um campo magnético que produz uma variação de corrente na bobina (e consequentemente uma variação de tensão nos terminais) análoga à variação da pressão que actua no diafragma.
Os microfones dinâmicos em geral possuem pouca sensibilidade, mas são fáceis de usar, pois não requerem alimentação eléctrica, e por isso são preferidos para uso ao vivo.
São exemplos de microfones dinâmicos: Shure SM57, Shure SM58, AKG D880, AKG D112, Samson Q2, etc.
O microfone de condensador usa o princípio do capacitor variável, consistindo num diafragma ( em placa móvel ) montado bem próximo a uma placa fixa. Uma carga eléctrica polarizada fixa é
mantida entre a placa e o diafragma e, conforme este se move com a pressão sonora, a voltagem entre a placa e o diafragma varia analogamente. A carga polarizada usada na maioria dos
microfones de condensador é implementada com um "electret" pré-polarizado, uma camada
carregada permanentemente na placa ou na parte posterior do próprio diafragma. A polarização por meios externos normalmente é usada somente nos microfones de estúdio de alta qualidade.
Os microfones com condensador possuem alta sensibilidade e menor saturação do sinal. A sua utilização, requer alimentação eléctrica, através de bateria interna ou "phantom power".
Quanto à forma de captação, os microfones podem ser omnidirecionais, ou direcionais.
Os microfones omnidirecionais podem captar o som vindo de todas as direcções. A maioria dos microfones "de lapela", usados por locutores, são omnidirecionais.
Os microfones direccionais do tipo "cardióide" podem captar com mais intensidade o som vindo pela frente, e com menos intensidade o som vindo dos lados, rejeitando o som vindo por trás. Assim, o diagrama de captação assemelha-se a um coração, e por isso o nome "cardióide". Eles são muito usados em aplicações ao vivo, onde se deseja captar a voz mas não o som envolvente.
