Armazenamento de áudio

Muitos fenômenos podem ser gravados em forma de informação. Exemplos dessas informações são a imagem e o som. Se tivermos um meio que possibilita a reprodução dessa informação disponível, podemos reproduzir, editar e copiar.

Antigamente, se utilizavam técnicas de gravação analógica, como disco vinil e fita cassete, o que não era algo muito amigável em processos como fabricação e cópia. Além disso, a deterioração é o pior inimigo de mídias analógicas, pois informações são perdidas com o passar do tempo.

A digitalização possibilitou um modo de armazenamento de informação bem mais conveniente, automatizando processos que eram manuais e facilitando a transferência de informação.

Hoje em dia, se utiliza o armazenamento digital para proteger e armazenar informação, inclusive gravações antigas.

Como funciona a gravação de áudio em um meio digital?

Para um áudio se tornar digital, este precisa passar por um processo de digitalização.

Antes de tudo, o que é o som?

O som só é ouvido por causa das partículas que existem no ar. Por exemplo, quando uma pessoa fala, sua voz produz uma onda analógica que causa uma vibração nas partículas. Essas vibração é captada pelo ouvido que amplifica essa informação. Essa informação é convertida em impulsos nervosos que são interpretados pelo nosso cérebro, que interpretam o som.

No processo de digitalização de um som, também acontece a conversão de informação.

Como o som é digitalizado?

Primeiramente, o som precisa ser captado. Para isso, um microfone é utilizado. O microfone irá interpretar o som como uma sinal analógico.

Para um computador poder interpretar o áudio captado, é necessário converter o som usando um transdutor.

Um exemplo de transdutor é o conversor analógico-digital, ou A/D. Esse dispositivo gera um sinal digital a partir de uma grandeza analógica, como o som captado pelo microfone.

Um vez que o som é digitalizado, o armazenamento dessa informação em formato binário torna-se possível.

Um método bastante utilizado para a digitalização de sons é o PCM.

O que é a modulação por código de pulso e como funciona?

Método utilizado para representar amostras digitais de sinais analógicos, como o som.

Extensões que utilizam esse método é o WAV. Por manter alta qualidade do som, é bastante utilizado em CDs. Porém, um arquivo WAV pode ser muito pesado, podendo ocupar em média 10 megabytes por minuto.

A modulação por código de pulso utiliza 3 etapas para o armazenamento de áudio:

1. Amostragem
2. Quantização
3. Codificação

Quando representamos o áudio com um gráfico, obtemos uma onda que varia com o tempo.

O gráfico acima mostra a oscilação de uma onda de uma porção de um áudio, em um tempo de 1 segundo.

Este gráfico só demonstra um valor de grandeza analógico. No processo de digitalização, esse áudio precisa passar pela etapa de amostragem.

Amostragem

Na etapa de amostragem, as informações analógicas serão dividas por intervalos, de modo que o áudio original possa ser representado da forma mais fiel possível.

Esses intervalos são chamados de amostragem e podem ser expressados pelas linhas vermelhas do gráfico abaixo:

Cada intervalo terá um determinado valor de amplitude. Esse conjunto de valores são chamados de taxa de amostragem. Quanto mais intervalos por segundo, mais alto é a taxa de amostragem.

Qual é a unidade de medida utilizada para medir a taxa de amostragem?

Para medir a taxa de amostragem, utilizamos o Hertz (Hz).

Quanto mais alta a taxa de amostragem, mais perto do som original.

Exemplos de taxa de amostragens utilizadas frequentemente

Um CD de áudio para consumidores utiliza 44.1KHz de frequência, isso é 44100 amostragens por segundo.

Quantização

Cada amostragem terá um valor analógico. Um valor analógico é extremamente preciso, podendo ser um número infinito, o que torna difícil o armazenamento desse valor.

Para possibilitar o armazenamento, uma parte desse valor irá ser descartado.

5.0012554324433456765235…
5.001255

Uma vez que esse valor se torna finito, o armazenamento em numeração binária torna-se possível.

Perda de informação na quantização

Uma onda analógica possui uma amplitude com infinitos valores. No processo de amostragem e quantização, uma boa parte da informação será perdida. No gráfico abaixo é possível analisar a quantia de informação descartada.

A onda contínua irá virar uma onda discreta. A informação que será utilizada no gráfico acima será a linha azul.

Para diminuir a quantia de informação descartada, é possível alterar o valor da profundidade de bit.

O que é profundidade de bit na quantização?

O número de bits utilizados no armazenamento de cada amostra pode ser decidido especificando a profundidade de bits. Quanto maior o número de bits, mais informação poderá ser armazenada.

As especificações de bits mais comuns são:

• 16 bits
• 24 bits
• 32 bits

Quanto mais bits disponíveis, mais preciso será o valor após sua digitalização.

Codificação

Última etapa da digitalização de um áudio digital. Os dados serão convertidos para binário, assim possibilitando o armazenamento digital desses dados.

Conclusão

A digitalização de um som é feito através de um conversor analógico-digital, que transforma uma grandeza contínua em uma grandeza discreta.

Após essa conversão, os dados podem ser armazenados na forma binária em um meio digital, como o computador.

Nessa conversão, é inevitável a perda de informação. Uma porção dos dados são descartadas com o intuito de deixar o arquivo final mais leve para o armazenamento.