Áudio digital

Amostragem e quantificação de 4 bits de um sinal analógico (vermelho) usando a Modulação por Código de Pulso.

Áudio digital é uma tecnologia que usa sinais digitais para a reprodução do som. Ela inclui conversão analógico-digital, conversão digital-analógico, armazenamento e transmissão.

Áudio digital surgiu devido à sua utilidade na gravação, manipulação, produção em massa e distribuição do som. A distribuição moderna de música pela Internet através de lojas on-line depende da gravação digital e de algoritmos de compressão digital. A distribuição de áudio como arquivos de dados e não como objetos físicos reduziu significativamente os custos de distribuição.

Visão geral do áudio digital

Passando do analógico para o digital

Do cilindro de cera para o cassete compacto, o armazenamento e a reprodução de música de áudio analógico têm sido baseados nos mesmos princípios sobre os quais a audição humana se baseia. Em um sistema de áudio analógico, os sons começam como formas de onda físicas no ar, são transformados em uma representação elétrica da forma de onda, através de um transdutor (por exemplo, um microfone), e são armazenados ou transmitidos. Para ser recriado em som, o processo é revertido, através da amplificação e, em seguida, convertido novamente em formas de onda físicas através de um alto-falante. Embora sua natureza possa mudar, suas características fundamentais, semelhantes a ondas, permanecem inalteradas durante seu armazenamento, transformação, duplicação e amplificação. Todos os sinais de áudio analógicos são suscetíveis a ruído e distorção, devido ao ruído inerente presente nos circuitos eletrônicos.

Áudio digital é a tecnologia de representação de áudio em forma digital. A cadeia de áudio digital começa quando um sinal de áudio analógico é convertido em sinal elétrico – pulsos “on/off” – em vez de sinais eletromecânicos. Este sinal é então codificado para combater quaisquer erros que possam ocorrer no armazenamento ou transmissão do sinal. Esta “codificação de canal” é essencial para a capacidade do sistema digital de recriar o sinal analógico após a reprodução. Um exemplo de código de canal é a Modulação de Oito a Quatorze Bits como usada no Compact Disc.

Um sinal analógico é convertido para um sinal digital a uma determinada taxa de amostragem e resolução de bits; ele pode conter vários canais (2 canais para estéreo ou mais para som surround). Geralmente falando, quanto maior a taxa de amostragem e resolução de bits, maior a fidelidade, bem como maior a quantidade de dados digitais.

Som de qualidade

Embora o objetivo dos sistemas analógico e digital seja reproduzir áudio perfeitamente, existem vários obstáculos para atingir esse objetivo. Eles incluem:

• Piso de ruído analógico no circuito de captura, e têm capacitância e indutância inerentes que limitam a largura de banda do sistema, e resistência que limita a amplitude.
• Ruído de quantização digital no circuito de captura, e a taxa de amostragem limita a largura de banda e sua resolução de bits limita a faixa dinâmica (resolução de criação de amplitude).

Para obter melhor fidelidade, são necessários componentes de maior qualidade, o que aumenta o custo total.

Processo de conversão

Um sinal de áudio digital começa com um conversor analógico-digital (ADC) que converte um sinal analógico para um sinal digital. O ADC funciona a uma taxa de amostragem e converte a uma resolução de bit conhecida. Por exemplo, o áudio do CD tem uma taxa de amostragem de 44,1 kHz (44.100 amostras por segundo) e resolução de 16 bits para cada canal (estéreo). Se o sinal analógico ainda não estiver bandlimited, então um filtro anti-aliasing é necessário antes da conversão, para evitar o aliasing no sinal digital. (O aliasing ocorre quando as frequências acima da frequência Nyquist não foram limitadas na banda e aparecem como artefatos audíveis nas frequências mais baixas).

Uma visão geral do processo de conversão digital <-> analógico.

Alguns sinais de áudio como os criados por síntese digital originam-se inteiramente no domínio digital, caso em que a conversão analógica para digital não ocorre.

Após ser amostrado com o ADC, o sinal digital pode então ser alterado em um processo que é chamado de processamento de sinal digital onde pode ser filtrado ou ter efeitos aplicados.

O sinal de áudio digital pode então ser armazenado ou transmitido.O armazenamento de áudio digital pode ser armazenado em um CD, MP3 player, disco rígido, USB flash drive, CompactFlash ou qualquer outro dispositivo de armazenamento de dados digitais. Técnicas de compressão de dados de áudio – como MP3, Advanced Audio Coding, Ogg Vorbis ou Flac- são comumente empregadas para reduzir o tamanho do arquivo.O último passo para áudio digital é ser convertido de volta para um sinal analógico com um conversor digital para analógico (DAC). Como os ADCs, os DACs são executados com uma taxa de amostragem e resolução de bit específicas, mas através dos processos de sobreamostragem, upsampling e downsampling, essa taxa de amostragem pode não ser a mesma que a taxa de amostragem inicial.

História do uso do áudio digital na gravação comercial

A gravação digital comercial de música clássica e jazz começou no início da década de 1970, pioneira por empresas japonesas como a Denon, a BBC e a gravadora britânica Decca (que em meados da década de 1970 desenvolveu gravadores de áudio digital com design próprio para a masterização de seus álbuns), embora existam gravações experimentais a partir dos anos 1960.

A primeira gravação PCM de 16 bits nos Estados Unidos foi feita por Thomas Stockham na Ópera de Santa Fé em 1976, num gravador Soundstream. Na maioria dos casos, não havia nenhum estágio de mixagem envolvido; uma gravação digital estéreo foi feita e usada inalterada como a fita matriz para o lançamento comercial subseqüente. Essas gravações digitais não mixadas ainda são descritas como DDD, uma vez que a tecnologia envolvida é puramente digital. (Gravações analógicas não mixadas são também normalmente descritas como ADD para denotar uma única geração de gravações analógicas.)

Embora a primeira gravação digital de uma peça musical não clássica, a capa de Morrissey-Mullen do hit “Love Don’t Live Here Anymore” dos Rose Royce (lançado em 1979 como EP em vinil) foi gravada em 1978 nos estúdios de gravação da EMI Abbey Road, o primeiro álbum de música popular inteiramente digital (DDD) foi o Bop Till You Drop de Ry Cooder, gravado no final de 1978. Não foi mixado, tendo sido gravado diretamente para um gravador digital de duas faixas 3M no estúdio. Muitos outros artistas de topo da gravação foram os primeiros adeptos da gravação digital. Outros, como o antigo produtor dos Beatles, George Martin, sentiram que a tecnologia de gravação digital multi-faixa do início dos anos 80 não tinha atingido a sofisticação dos sistemas analógicos. Martin usou a mistura digital, no entanto, para reduzir a distorção e o ruído que uma fita matriz analógica introduziria (assim ADD). Um exemplo precoce de uma gravação analógica que foi mixada digitalmente é o lançamento do Fleetwood Mac em 1979, Tusk.

Subjective evaluation

Fidelity evaluation is a longstanding issue with audio systems in general. Embora sinais de áudio possam ser medidos e analisados por instrumentos especializados para padrões mais exigentes do que podem ser feitos pelo ouvido, tais medições nem sempre revelam se certos sons são avaliados como “bons” ou “ruins” por um determinado ouvinte. Os parâmetros relativos à qualidade de áudio incluem capacidades auditivas, preferências pessoais, localização em relação aos alto-falantes e as propriedades físicas da sala. Naturalmente, a avaliação subjetiva não é exclusiva do áudio digital. Entretanto, o áudio digital acrescenta mais itens ao debate, como algoritmos de compressão com perdas e modelos psicoacústicos.

Tecnologias de áudio digital

• Digital Audio Broadcasting (DAB)
• Posto de trabalho de áudio digital
• Leitor de áudio digital

Tecnologias de armazenamento:

• Fita de áudio digital (DAT)
• Disco compacto (CD)
• DVD DVD-A
• MiniDisco
• CD de áudio superior
• Diversos formatos de arquivo de áudio

Interfaces de áudio digital

Interfaces específicas de áudio incluem:

• AC97 (Audio Codec 1997) interface entre circuitos integrados em placas-mãe de PC
• Áudio de Alta Definição Intel Um substituto moderno para AC97
• Interface ADAT
• Interface AES/EBU com conectores XLR
• AES47, Áudio digital profissional AES3 através de redes de Modo de Transferência Assíncrona
• Interface Inter-IC (Inter-IC sound) entre circuitos integrados em electrónica de consumo
• Interface Digital de Áudio Multi-canalMADI
• Interligação de baixa largura de banda MIDI para transporte de dados do instrumento; não pode transportar som
• S/PDIF, seja por cabo coaxial ou TOSLINK
• TDIF, Tascam formato proprietário com cabo D-sub
• Bluetooth via A2DP

Naturalmente, qualquer barramento digital (como USB, FireWire, e PCI) pode transportar áudio digital.

Veja também

• DVD
• DVD
• Música
• Som

• Borwick, John. 1996. Sound Recording Practice, 4ª edição. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0198166087.
• Ifeachor, Emmanuel C., e Barrie W. Jervis. 2002. Processamento Digital de Sinais: A Practical Approach, 2ª edição. Harlow, Reino Unido: Prentice Hall. ISBN 0201596199.
• Rabiner, Lawrence R., e Bernard Gold. 1975. Theory and Application of Digital Signal Processing (Teoria e Aplicação do Processamento Digital de Sinais). Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 0139141014.
• Stanley, William D., Gary R. Dougherty, e Ray Dougherty. 1984. Processamento de sinal digital. Reston, VA: Reston Pub. Co. ISBN 083591321X.
• Watkinson, John. 2005. The Art of Digital Audio, 3ª edição. Oxford: Focal Press. ISBN 0240515870.

Todos os links recuperados em 23 de outubro de 2017.

• Áudio Digital. (Tutorial.)
• Introdução à Música de Computador: Volume Um, Capítulo Cinco: Áudio Digital.

Logic gate | circuito digital | circuito integrado (IC)

Teoria – lógica booleana | processamento de sinais digitais | arquitetura de computador

Aplicações – digital fotografia | áudio digital | vídeo digital