Gravação 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 óptico ou outra mídia. Esta tecnologia é amplamente utilizada na indústria musical e em muitas outras esferas.

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

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, constantes avanços tecnológicos e infinitas inovações por parte de cientistas e técnicos produziram diversas ondas diferentes de captura, processamento e reprodução mecânica de som. A indústria fonográfica deu um passo gigantesco com a invenção dos computadores e do som digital. 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. Depois, o desenvolvimento continuou em 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 tal gravação com fita magnética e demonstrá-la ao público. Em dez anos, o gravador de áudio Sony foi exibido. Foi capaz de produzir som digital a partir do analógico, armazenando-o em VHS. Mesmo assim, a música ainda era vendida em vinil.

As coisas começaram a mudar no final da década de 1970, quando a Sony e a Panasonic começaram a apresentar CDs, um verdadeiro meio digital capaz de armazenar até 150 minutos de som de alta qualidade. O CD armazena informações por meio de uma fina camada de papel alumínio, na qual milhões de bits de dados são impressos em um padrão que pode ser lido por um laser e convertido eletronicamente em um 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 portadores de áudio mais populares no final do século XX e início do século XXI. No entanto, a indústria musical era cética em relação aos CDs porque eles forneciam uma qualidade de som quase perfeita e eram facilmente pirateados pelos usuários. Para resolver esses problemas, em 1987 criaram outro meio digital denominado cassete de áudio digital (DAT). Este novo formato foi 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 21 viram o crescimento do som digital que não estava vinculado à mídia física. Os avanços nos codecs de compressão (principalmente MP3s), na infraestrutura da Internet e na miniaturização dos reprodutores digitais pessoais permitiram que os usuários carregassem suas gravações digitais para onde quer que fossem. Embora existissem alguns reprodutores de MP3 influentes no final da década de 1990, a indústria musical mudou significativamente com a introdução do Apple iPod. Esse é o reprodutor de áudio extremamente popular que lançou as bases para as atuais lojas de música digital e para a infraestrutura de distribuição na Internet para os clientes.

Comparação com gravação analógica

As gravações analógicas eram as únicas amplamente utilizadas antes da revolução digital da década de 1970. Eles usaram vários métodos que hoje estão obsoletos, como discos long play (LP), fitas de oito pistas (em metal ou fita magnética) e cassetes de áudio. Do início do século XX até a década de 1970, o sistema analógico parecia ideal para gravação, 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 muitos formulários.

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

Formatos de gravação digital

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

Os formatos compactados (como MP3) têm um tamanho de arquivo muito menor do que os formatos não compactados, mas sacrificam a qualidade do som. Dispositivos portáteis (como tocadores de MP3) compensam entre qualidade inferior e capacidade de armazenar milhares de arquivos. A qualidade dos serviços de streaming (como o Spotify) pode ser melhorada se você usar Wi-Fi ou tiver uma boa conexão de dados.

Arquivos de som podem ser criados usando sequenciadores. Existem serviços pagos e gratuitos, como o Amped Studio, que permite criar e editar músicas, fazer mixagens complexas, gravar voz e muito mais online. As trilhas criadas neste programa podem ser salvas em diversos formatos digitais, que serão discutidos a seguir. Você também pode compartilhar suas gravações com seus amigos e editá-las juntos.

Formatos não compactados

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

AIFF – padrão Apple

WAVE (ou WAV) – um padrão para áudio não compactado 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 arquivo: cerca de 10,1 MB por minuto. Este valor é o mesmo para todos os arquivos WAV com qualidade de CD, pois o tamanho do arquivo depende apenas do comprimento do arquivo, não do seu conteúdo de áudio.

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

Compressão sem perdas

Os formatos nesta categoria contêm informações completas de áudio. Porém, com um tamanho de arquivo reduzido em detrimento de um armazenamento de dados mais eficiente.

Lossless WMA (Windows Media Audio) – projetado com possibilidade de gerenciamento de direitos digitais (DRM) para proteção contra cópia.

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

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

Compressão com perda

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

Ao eliminar as partes do arquivo de áudio que são praticamente inaudíveis, os arquivos mp3 são compactados para cerca de um décimo do tamanho do arquivo PCM equivalente, mantendo ao mesmo tempo uma boa qualidade de som.

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

• Taxa de bits;
• Frequência de amostragem.

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

M4P – Uma versão proprietária do AAC em formato MP4 com gerenciamento de direitos digitais, desenvolvida pela Apple para uso em músicas baixadas da iTunes Music Store.

OGG Ogg Vorbis – Um formato de áudio compactado de código aberto e livre de patentes.

Vantagens e desvantagens da gravação digital

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

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

Para usuários comuns, a gravação de áudio digital também tem uma série de 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 e também eliminar ruídos;
• além disso, todos os sons podem ser editados para adicionar efeitos, volume, frequência, etc.

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

Além disso, os sistemas analógicos têm a desvantagem de que a distorção aumenta à medida que você toca e regrava. Cada cópia sucessiva será ouvida pior. Num sistema de gravação digital, esta distorção não ocorre. A gravação master pode ter erros mínimos de quantização, mas eles não são agravados pela cópia. Um master digital pode fazer milhares de cópias sem distorção. Da mesma forma, a mídia digital em CDs pode ser reproduzida milhares de vezes sem distorção.

É certo que a tecnologia digital tem as suas desvantagens. Com o seu desenvolvimento, muita gente começou a notar que as gravações analógicas têm um som mais “ao vivo”. Mas isto não é apenas nostalgia dos velhos tempos. É tudo uma questão de digitalização, que às vezes acrescenta erros ao som. Além disso, o “ruído do transistor” pode fazer seus próprios ajustes. Não existe uma interpretação única desta noção, mas o seu significado é uma vibração caótica num nível de alta frequência. Embora o ouvido humano seja projetado para perceber frequências não superiores a 20 kHz, nosso cérebro também parece ser capaz de perceber frequências mais altas. Esse recurso nos faz pensar que o som analógico é mais limpo que o digital.

Além disso, todos os suportes de gravação são imperfeitos devido à poeira ou outra contaminação que impede 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 causar ruído ou falha na reprodução. Para resolver este problema, códigos de correção de erros são incorporados ao fluxo de dados. Alguns desses códigos podem ser muito complexos e também fazem com que os dados ocupem mais espaço de armazenamento. O resultado, entretanto, é uma reprodução de disco altamente confiável, com níveis razoáveis ​​de poeira e arranhões.

Termos-chave em gravação digital

Bits e bytes

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

Alta densidade

Isso significa a capacidade de armazenar grandes arquivos de áudio, vídeo ou dados em um 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 DAC;
• Jitter (distorção de 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 de canais;
• Dinâmica de alcance.

Descrição do processo de gravação digital

A gravação é feita da seguinte forma:

1. O sinal analógico é transmitido ao 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. Depois vem a amostragem, que é a frequência onde o ADC mede o nível da onda analógica;
4. A duração da palavra predefinida, que é uma amostra digital de 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 sonora;
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.

A forma como a reprodução acontece:

1. Os números são enviados da portadora média para o DAC, que os transforma novamente em analógicos, mesclando os dados de nível. Isto restaura a forma de onda analógica à sua forma anterior;
2. O sinal é amplificado e começa a ser enviado para alto-falantes ou telas.

Conclusão

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