Registo digital

A gravação de áudio digital é o armazenamento de sinais de áudio ou visuais como uma sequência de dígitos binários que podem ser armazenados em fita magnética, disco ótico ou outros meios. Esta tecnologia é amplamente utilizada na indústria musical e em muitas outras áreas.

Para gravar som, um conversor analógico-digital transforma uma onda sonora elétrica proveniente de um microfone ou uma imagem visual analógica em informação. Desde o seu surgimento, a tecnologia digital tem substituído lenta mas seguramente os equipamentos analógicos devido ao seu baixo custo e facilidade de uso. Hoje, o áudio digital é um padrão para quase todos os estúdios, tanto profissionais como amadores. No entanto, surpreendentemente poucas pessoas realmente entendem como ele funciona. Portanto, hoje falaremos sobre os fundamentos do áudio digital para gravação musical.

História da criação

Cem anos se passaram entre a descoberta do primeiro dispositivo de gravação de som e a introdução da gravação digital. Durante esse tempo, os constantes avanços tecnológicos e as inúmeras inovações de cientistas e técnicos produziram várias ondas diferentes de captura, processamento e reprodução mecânica de som. A indústria fonográfica deu um grande passo à frente com a invenção dos computadores e do som digital. Tudo começou com simples folhas de estanho e cilindros de cera, nos quais as informações sonoras eram coletadas pelo diafragma de gravação dos gramofones e cuidadosamente gravadas. Em seguida, o desenvolvimento continuou com as cassetes, que permitiam aos ouvintes desfrutar de sons multicanais.

Os japoneses foram os pioneiros da gravação digital, que no final dos anos 60 conseguiram preservar essa gravação com fita magnética e demonstrá-la ao público. Em dez anos, o gravador de áudio da Sony foi apresentado. Ele era capaz de produzir som digital a partir do analógico, armazenando-o em VHS. No entanto, a música ainda era vendida em vinil.

As coisas começaram a mudar no final dos anos 70, quando a Sony e a Panasonic começaram a apresentar os CDs, um verdadeiro meio digital capaz de armazenar até 150 minutos de som de alta qualidade. O CD armazena informações usando uma fina camada de folha de alumínio, na qual milhões de bits de dados são impressos num padrão que pode ser lido por um laser e convertido eletronicamente num sinal analógico.

O advento dos CDs finalmente permitiu aos engenheiros eliminar o ruído causado pelo atrito entre a agulha e o material de armazenamento. Esta e muitas outras vantagens permitiram que os CDs se tornassem um dos suportes de áudio mais populares no final do século XX e início do século XXI. No entanto, a indústria musical estava cética em relação aos CDs porque eles proporcionavam uma qualidade de som quase perfeita e eram facilmente pirateados pelos utilizadores. Para resolver esses problemas, em 1987, eles criaram outro meio digital chamado cassete de áudio digital (DAT). Esse novo formato teve um sucesso moderado na América do Norte e sobrevive até hoje como uma das formas preferidas de manipular gravações de áudio profissionais.

Os primeiros anos do século XXI viram o crescimento do som digital que não estava vinculado a meios físicos. Os avanços nos codecs de compressão (principalmente MP3s), na infraestrutura da Internet e na miniaturização dos leitores digitais pessoais permitiram aos utilizadores levar as suas gravações digitais para onde quer que fossem. Embora houvesse alguns leitores de MP3 influentes no final da década de 1990, a indústria musical mudou significativamente com a introdução do iPod da Apple. Esse é o leitor de áudio extremamente popular que lançou as bases para as lojas de música digital e a infraestrutura de distribuição pela Internet para os clientes de hoje.

Comparação com a gravação analógica

As gravações analógicas eram as únicas amplamente utilizadas antes da revolução digital da década de 1970. Elas usavam vários métodos que agora estão obsoletos, como discos de longa duração (LP), fitas de oito faixas (em metal ou fita magnética) e cassetes de áudio. Desde o início do século XX até à década de 1970, o sistema analógico parecia ideal para gravações, mas com a revolução dos computadores no final do século, a alta velocidade e outras características do processamento digital tornaram a gravação digital não apenas possível, mas cada vez mais adequada para muitas aplicações.

A queda constante dos custos devido à produção em massa de computadores, discos óticos, leitores de laser e outros dispositivos também desempenhou um papel importante. A gravação digital é mais fácil de alcançar uma reprodução de alta fidelidade, pois oferece uma ampla gama dinâmica e baixo ruído e distorção com uma implementação adequada.

Formatos de gravação digital

Os ficheiros de áudio digital podem ser criados em vários formatos. Em geral, eles se enquadram em duas categorias: compactados e não compactados.

Os formatos comprimidos (como MP3) têm um tamanho de ficheiro muito menor do que os formatos não comprimidos, mas sacrificam a qualidade do som. Os dispositivos portáteis (como leitores de MP3) obtêm o equilíbrio entre menor qualidade e a capacidade de armazenar milhares de ficheiros. A qualidade dos serviços de streaming (como o Spotify) pode ser melhorada se utilizar Wi-Fi ou tiver uma boa ligação de dados.

Os ficheiros de som podem ser criados usando sequenciadores. Existem serviços pagos e gratuitos, como o Amped Studio, que permite criar e editar música, fazer misturas complexas, gravar voz e muito mais online. As faixas criadas neste programa podem ser guardadas em diferentes formatos digitais, que serão discutidos abaixo. Também pode partilhar as suas gravações com os seus amigos e editá-las em conjunto.

Formatos não comprimidos

Esses formatos são considerados a melhor maneira de armazenar dados para reprodução de alta qualidade, pois requerem muito pouco processamento para produzir dados de áudio. Formatos mais compactados podem causar falhas de áudio em alguns sistemas.

AIFF – padrão da Apple

WAVE (ou WAV) – um padrão para áudio sem compressão com qualidade de CD em sistemas Windows que usa gravação no formato PCM. A gravação com qualidade de CD tem uma taxa de amostragem de 44,1 kHz com resolução de 16 bits.

Tamanho do ficheiro: cerca de 10,1 MB por minuto. Este valor é o mesmo para todos os ficheiros WAV com qualidade de CD, uma vez que o tamanho do ficheiro depende apenas da duração do ficheiro, e não do seu conteúdo de áudio.

BWF (Broadcast Wave Format) – utilizado em gravadores de áudio portáteis e estações de trabalho de áudio digital para transmissão.

Compressão sem perdas

Os formatos nesta categoria contêm informações de áudio completas. No entanto, com um tamanho de ficheiro reduzido em detrimento de um armazenamento de dados mais eficiente.

Sem perdas WMA (Windows Media Audio) – concebido com a possibilidade de gestão de direitos digitais (DRM) para proteção contra cópias.

ALAC (Apple Lossless Audio Codec) – um código aberto e gratuito para utilização desde 2011 (embora fosse originalmente propriedade da Apple).

FLAC (Free Lossless Audio Codec) – código aberto, licenciamento de formato gratuito.

Compressão com perdas

MP3 – um formato de ficheiro de áudio comprimido desenvolvido pelo Motion Picture Expert Group (MPEG) como parte do seu padrão de vídeo MPEG1 e posteriormente expandido para o padrão MPEG2 Layer 3.

Ao eliminar as partes do ficheiro de áudio que são praticamente inaudíveis, os ficheiros mp3 são comprimidos para cerca de um décimo do tamanho do ficheiro PCM equivalente, mantendo uma boa qualidade de som.

Existem 2 parâmetros que pode ajustar para alterar a qualidade e o tamanho do ficheiro MP3:

• Taxa de bits;
• Frequência de amostragem.

MP4 ou M4A – um sucessor do MP3 baseado na compressão AAC.

M4P – Uma versão proprietária do AAC no formato MP4 com gestão de direitos digitais, desenvolvida pela Apple para uso em músicas baixadas da iTunes Music Store.

OGG Ogg Vorbis – Um formato de áudio comprimido de código aberto e sem patente.

Vantagens e desvantagens da gravação digital

A tecnologia digital proporcionou muitas oportunidades aos utilizadores. Por exemplo, antigamente, para fazer uma gravação, era necessário usar estúdios que ocupavam muito espaço e custavam muito dinheiro. Agora, tudo o que precisa é de um computador potente, que é muitas vezes mais potente do que um estúdio e custa muito menos.

Essa acessibilidade permite que não apenas profissionais, mas também amadores façam gravações de som. Os programas usados hoje oferecem possibilidades praticamente ilimitadas para o processamento de som, enquanto antes eram utilizadas ferramentas reais para esse fim. Agora você pode criar um efeito único com apenas alguns cliques no Amped Studio.

Para os utilizadores comuns, a gravação de áudio digital também tem várias vantagens:

• muitas mídias de armazenamento são muito compactas e podem armazenar gravações digitais por anos em pen drives, CDs, etc;
• um software especial permite limpar gravações antigas, bem como eliminar ruídos;
• além disso, todos os sons podem ser editados para adicionar efeitos, volume, frequência, etc.

Graças à Internet, os utilizadores passaram a ter a possibilidade de enviar as suas músicas favoritas uns aos outros, ouvir dezenas de milhares de faixas diferentes e publicar as suas próprias obras musicais.

Além disso, os sistemas analógicos têm a desvantagem de que a distorção aumenta à medida que se reproduz e regrava. Cada cópia sucessiva será ouvida com pior qualidade. Num sistema de gravação digital, essa distorção não ocorre. A gravação original pode ter erros mínimos de quantização, mas eles não são agravados pela cópia. Uma gravação digital original pode fazer milhares de cópias sem distorção. Da mesma forma, as mídias digitais em CDs podem ser reproduzidas milhares de vezes sem distorção.

É claro que a tecnologia digital tem as suas desvantagens. Com o seu desenvolvimento, muitas pessoas começaram a perceber que as gravações analógicas têm um «som mais vivo». Mas isso não é apenas nostalgia dos velhos tempos. Tem tudo a ver com a digitalização, que às vezes adiciona erros ao som. Além disso, o «ruído do transístor» pode fazer os seus próprios ajustes. Não existe uma interpretação única para este conceito, mas o seu significado é uma vibração caótica a um nível de alta frequência. Embora o ouvido humano seja projetado para perceber frequências não superiores a 20 kHz, o nosso cérebro parece ser capaz de perceber frequências mais altas também. Esta característica faz-nos pensar que o som analógico é mais limpo do que o som digital.

Além disso, todos os suportes de gravação são imperfeitos devido à poeira ou outras contaminações que impedem o equipamento de capturar dados no meio. Na gravação analógica, os defeitos aparecem como ruído audível, enquanto na gravação digital causam erros no fluxo de bits que podem levar a ruído ou falha na reprodução. Para resolver este problema, códigos de correção de erros são incorporados no fluxo de dados. Alguns desses códigos podem ser muito complexos e também fazem com que os dados ocupem mais espaço de armazenamento. O resultado, no entanto, é uma reprodução de disco altamente fiável com níveis razoáveis de poeira e riscos.

Termos-chave na gravação digital

Bits e bytes

Um bit é o menor elemento que contém dados na memória do computador. Oito bits formam um byte, que é tratado pelos computadores como um item completo.

Alta densidade

Isso significa a capacidade de armazenar grandes ficheiros de áudio, vídeo ou dados num espaço pequeno.

Parâmetros de gravação digital

Os parâmetros que afetam a qualidade de uma gravação digital consistem em:

• A resolução do conversor analógico-digital (ADC) e do conversor digital-analógico (DAC);
• As taxas de amostragem do ADC e do DAC;
• Jitter (distorção do sinal) do ADC e DAC;
• Sobreamostragem.

Além disso, configurações como as seguintes desempenham um papel importante:

• Quanto ruído existe em relação aos sinais;
• A quantidade de distorção do tipo não linear;
• Interferência de intermodulação;
• Irregularidades de amplitude e frequência;
• O processo de penetração mútua dos canais;
• Dinâmica de alcance.

Descrição do processo de gravação digital

A gravação é feita da seguinte forma:

1. O sinal analógico é transmitido para o ADC;
2. A conversão deste sinal, durante a qual a onda analógica é medida várias vezes. Depois disso, é atribuído a ele o valor binário com o número de bits (comprimento da palavra);
3. Em seguida, há uma amostragem, que é a frequência em que o ADC mede o nível da onda analógica;
4. O comprimento de palavra predefinido, que é uma amostra digital do som, representa o nível de som de um segundo;
5. O tamanho do comprimento da palavra determina a precisão da exibição do nível da forma de onda do som;
6. A frequência do sinal digital depende do tom da taxa de amostragem;
7. As amostras de áudio digital resultantes, que são um fluxo constante de números, são enviadas para o ADC;
8. Os números binários resultantes podem então ser armazenados em vários suportes de mídia.

Como ocorre a reprodução:

1. Os números são enviados do suporte de mídia para o DAC, que os transforma novamente em analógicos, mesclando os dados de nível. Isso restaura a forma de onda analógica à sua forma anterior;
2. O sinal é amplificado e começa a ser enviado para os altifalantes ou ecrãs.

Conclusão

A gravação digital revolucionou a indústria musical e muito mais, relegando o seu antecessor analógico à história. Graças às suas vantagens e acessibilidade, a tecnologia encontrou aplicação em muitos campos, e é difícil imaginar o mundo atual sem ela.