6 - Áudio
Prof. Laurence Rodrigues do
Amaral
Propriedades Físicas
do Som
• Vibrações e Som
– Vibrações sonoras
• A audição é o resultado da percepção de
flutuações periódicas da pressão em um meio, que normalmente é o ar
• O ouvido não percebe valores estáveis de pressão, mas sim as vibrações do meio
– Desde que os parâmetros físicos se situem na faixa da percepção humana
• Os limites da percepção humana desempenham um papel central no processo de representação do som em computadores e outros sistemas digitais
Propriedades Físicas
do Som
• Vibrações e Som
– Vibrações sonoras
• Atualmente, os equipamentos de captação,
armazenamento, transmissão, processamento, síntese e reprodução do som são dispositivos eletrônicos
• Para serem tratadas dentro de um sistema eletrônico, as vibrações sonoras precisam ser convertidas em sinais elétricos por transdutores
Propriedades Físicas
do Som
• Vibrações e Som
– Vibrações sonoras
• Os transdutores de sinal elétrico para sinal acústico são os alto-falantes, e os transdutores de sinal acústico para sinal elétrico são os microfones
• O estudo de sinais periódicos utiliza teorias da trigonometria e do cálculo
• As propriedades dos sinais periódicos permitem explicar as propriedades do som
– Inclusive aspectos mais complexos como os harmônicos e a filtragem
Propriedades Físicas
do Som
• Vibrações e Som
– Vibrações sonoras
• A forma mais simples é a onda senoidal
– Formas complexas de vibração sonora podem ser sintetizadas como a combinação de ondas senoidais
Representação Digital
do Som
• Digitalização do som
– Os dispositivos e sistemas analógicos
representam o sinal sonoro
• Sinal de pressão mecânica, por um sinal
magnético ou elétrico, de amplitude proporcional à amplitude do sinal acústico original
• Amplificadores e gravadores de fita cassete convencional são exemplos de dispositivos analógicos
Representação Digital
do Som
• Digitalização do som
– Dispositivos e sistemas eletrônicos
• Os sinais são representados por sequências de números
– Redes e sistemas telefônicos digitais;
– Equipamentos de registro digital de som (CDs e DVDs); – Computadores dotados de interfaces de som.
• São mais imunes à ruído que os sistemas analógicos
• Normalmente não há perda de qualidade nas operações de reprodução de um sinal digital
– Se um sinal sofre inúmeras operações de reprodução ou cópia, a última geração é tão boa quanto a primeira
Representação Digital
do Som
• Digitalização do som
– Para se obter um sinal digital, é preciso
converter um sinal elétrico analógico em uma
sequência de números
• Conversão analógico-digital (A/D)
• A conversão digital-analógica (D/A) efetua o
processo inverso, reproduzindo o sinal analógico de som
Representação Digital
do Som
•
Digitalização do som
1. Filtragem
2. Amostragem
3. Quantização
4. Gravação
Representação Digital
do Som
•
Digitalização do som
1. Filtragem
• Através de um filtro analógico de entrada, faz-se uma limitação da faixa de frequências existentes no sinal
2. Amostragem
• Através de um amostrador, faz-se a conversão do sinal analógico em uma sequência de pulsos
3. Quantização
• Faz-se a conversão dos pulsos para números binários, via conversores A/D
Representação Digital
do Som
• Amostragem
– O sinal analógico deve passar por um circuito amostrador
– A saída do amostrador é uma sequência de pulsos elétricos (trem de pulsos) de largura constante
– A altura de cada pulso corresponde a uma “fotografia” do sinal analógico no instante da amostragem
– A frequência com que as “fotos” são tiradas é chamada de taxa de amostragem
Representação Digital
do Som
• Amostragem
• O sinal é substituído por uma sequência de pulsos, representado pelas barras • Cada pulso é uma amostra de som; sua amplitude representa o valor médio do
Representação Digital
do Som
• Quantização
– Segunda etapa na discretização do som
– Cada amostra passa por um
conversor-analógico-digital que produz um número
binário que representa a amplitude da
amostra
Representação Digital
do Som
• Quantização
– Supõe-se que o conversor A/D usa 3 bits na
saída (2
3= 8 números distintos)
– As alturas dos pulsos são truncadas, de
modo que a sequência passe a usar oito
alturas de pulso diferentes
Representação Digital
do Som
Representação Digital
do Som
• Quantização
– Como o conversor A/D possui um número limitado de bits (3 bits)
• Erro de quantização – se traduzirá auditivamente em um ruído, ouvido na reprodução do sinal reconstruído
– Se usarmos 16 bits (2 bytes, 216 valores) por
amostragem, a relação sinal ruído será bem menor do que o de 3 bits
• Padrão CD
• Suficiente para tornar desprezível o ruído
Representação Digital
do Som
• Reconstrução
– Na saída de um sistema digital de som, as
amostras são retiradas de um dispositivo
digital de armazenamento e enviadas para
conversores digital-analógicos (DACs)
– Ao sair do DAC, o sinal de som apresentará
uma forma de escada, resultante da finitude
da representação digital
Operações de
Processamento Digital de Som
• Classificadas em
– Processamento no domínio do tempo
• Operações são feitas sobre as amostras separadas
– Cortar, colar, atenuar, realçar e mixar segmentos de áudio
– Processamento no domínio da frequência
• Operações requerem análise de sequências de amostras de som (análise como um todo)
– Filtragem digital, ajustes de duração, síntese musical, identificação e reconhecimento de voz
Processamento Digital
de Som
• Compressão de Áudio
– Embora os fluxos de informação de áudio
sejam relativamente baixos se comparados
aos de vídeo, há situações em que existe a
necessidade de compressão do sinal de
áudio digital
• Sinais que serão transmitidos por linhas
telefônicas convencionais devem ser adequados às restrições dessas linhas
Processamento Digital
de Som
• Compressão de Áudio
– Transmissão de material de som pela internet
requer o uso de formatos comprimidos
• Transmissão de material musical de alta qualidade
– Compressão
• ADPCM
– Modulação Diferencial por Código de Pulsos
• MP3
Processamento Digital
de Som - Compressão de Áudio
• ADPCM
– Baseado na codificação PCM
• Modulação por código de pulsos
– Tenta prever o valor da próxima amostra de áudio, a partir dos valores anteriores, e codificam apenas a diferença entre o valor previsto e o valor real
Processamento Digital
de Som - Compressão de Áudio
• MP3
– Retira do áudio tudo aquilo que o ouvido
humano normalmente não conseguiria
perceber
• Devido a fenômenos de mascaramento de sons e de limitações da audição humana
