Gravação digital

A gravação de áudio digital consiste no armazenamento de sinais de áudio ou vídeo como uma sequência de dígitos binários que podem ser armazenados em fita magnética, disco óptico ou outras mídias. Essa 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 seu surgimento, a tecnologia digital vem substituindo, lenta mas seguramente, os equipamentos analógicos devido ao seu baixo custo e facilidade de uso. Hoje, o áudio digital é um padrão em quase todos os estúdios, tanto profissionais quanto 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, constantes avanços tecnológicos e inúmeras inovações de cientistas e técnicos produziram diversas ondas de captura, processamento e reprodução mecânica de som. A indústria fonográfica deu um salto gigantesco 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 prosseguiu com as fitas cassete, que permitiram aos ouvintes desfrutar de sons multicanal.

Os japoneses foram os pioneiros da gravação digital, conseguindo, no final da década de 60, preservar gravações em fita magnética e apresentá-las ao público. Dez anos depois, foi apresentado o gravador de áudio da Sony, capaz de converter som analógico em digital e armazená-lo 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 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 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. Essa e muitas outras vantagens fizeram com que os CDs se tornassem um dos formatos de áudio mais populares no final do século XX e início do século XXI. No entanto, a indústria fonográfica se mostrava cética em relação aos CDs, pois, apesar de oferecerem qualidade de som quase perfeita, eram facilmente pirateados pelos usuários. Para solucionar esses problemas, em 1987, foi criado outro formato digital chamado fita cassete digital (DAT). Esse novo formato obteve sucesso moderado na América do Norte e permanece até hoje como uma das formas preferidas de manipular gravações de áudio profissionais.

Os primeiros anos do século XXI testemunharam o crescimento do som digital, que deixou de estar atrelado a mídias físicas. Os avanços em codecs de compressão (principalmente MP3), na infraestrutura da internet e a miniaturização de tocadores digitais pessoais permitiram que os usuários levassem suas gravações digitais para onde quer que fossem. Embora já existissem alguns tocadores de MP3 influentes no final da década de 1990, a indústria musical mudou significativamente com o lançamento do iPod da Apple. Esse é o tocador de áudio extremamente popular que lançou as bases para as lojas de música digital e a infraestrutura de distribuição online para os consumidores que existem hoje.

Comparação com a gravação analógica

Antes da revolução digital da década de 1970, as gravações analógicas eram as únicas amplamente utilizadas. Elas empregavam diversos métodos hoje obsoletos, como discos de vinil (LPs), 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 da informática 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 diversas aplicações.

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

Formatos de gravação digital

Os arquivos de áudio digital podem ser criados em diversos formatos. Em geral, eles se dividem em duas categorias: comprimidos e não comprimidos.

Formatos comprimidos (como MP3) têm um tamanho de arquivo muito menor do que formatos não comprimidos, mas sacrificam a qualidade do som. Dispositivos portáteis (como tocadores de MP3) oferecem o equilíbrio entre menor qualidade e a capacidade de armazenar milhares de arquivos. A qualidade de 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 Amped Studio , que permite criar e editar músicas, fazer mixagens complexas, gravar voz e muito mais online. As faixas criadas neste programa podem ser salvas em diferentes formatos digitais, que serão discutidos a seguir. Você também pode compartilhar suas gravações com 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 exigem muito pouco processamento para gerar os dados de áudio. Formatos mais comprimidos podem causar falhas de áudio em alguns sistemas.

AIFF – Padrão da Apple

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

Tamanho do arquivo: cerca de 10,1 MB por minuto. Esse valor é o mesmo para todos os arquivos WAV com qualidade de CD, já que o tamanho do arquivo depende apenas da duração do arquivo, e 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 desta categoria contêm informações de áudio completas, porém com um tamanho de arquivo reduzido em detrimento de um armazenamento de dados mais eficiente.

WMA (Windows Media Audio) sem perdas – projetado com a possibilidade de gerenciamento de direitos digitais (DRM) para proteção contra cópias.

ALAC (Apple Lossless Audio Codec) – um codec de áudio aberto e gratuito desde 2011 (embora originalmente pertencesse à Apple).

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

Compressão com perdas

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

Ao eliminar as partes do arquivo de áudio que são praticamente inaudíveis, os arquivos MP3 são comprimidos para cerca de um décimo do tamanho do arquivo PCM equivalente, mantendo 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 comprimido de código aberto e sem patentes.

Vantagens e desvantagens da gravação digital

A tecnologia digital proporcionou muitas oportunidades aos usuários. Por exemplo, antigamente, para fazer uma gravação, era preciso usar estúdios que ocupavam muito espaço e custavam muito dinheiro. Agora, tudo o que você precisa é de um computador potente, que é muitas vezes mais poderoso 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 processamento de som, enquanto antes, ferramentas reais eram usadas 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 oferece diversas vantagens:

• Muitos dispositivos de armazenamento são muito compactos 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 passaram a ter a possibilidade de enviar suas músicas favoritas uns aos outros, 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 a reprodução e a regravação acontecem. Cada cópia subsequente soará pior. Em um sistema de gravação digital, essa distorção não ocorre. A gravação master pode ter erros mínimos de quantização, mas eles não são agravados pela cópia. Uma master digital pode gerar milhares de cópias sem distorção. Da mesma forma, mídias digitais em CDs podem ser reproduzidas milhares de vezes sem distorção.

Sem dúvida, a tecnologia digital tem suas desvantagens. Com seu desenvolvimento, muitas pessoas começaram a perceber que as gravações analógicas têm um som mais "ao 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 de transistor" pode causar seus próprios ajustes. Não há uma única interpretação para esse conceito, mas seu significado é uma vibração caótica em um nível de alta frequência. Embora o ouvido humano seja projetado para perceber frequências de até 20 kHz, nosso cérebro parece ser capaz de perceber frequências mais altas também. Essa característica nos faz 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 na mídia. 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 esse 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, no entanto, é uma reprodução de disco altamente confiável com níveis aceitáveis ​​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 formam um byte, que é tratado pelos computadores como um único item.

Alta densidade

Isso significa a capacidade de armazenar arquivos grandes de áudio, vídeo ou dados em um espaço pequeno.

Parâmetros de gravação digital

Os parâmetros que afetam a qualidade de uma gravação digital incluem:

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

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

• Qual a quantidade de ruído em relação aos sinais?
• O grau 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 para o ADC;
2. A conversão desse sinal, durante a qual a onda analógica é medida várias vezes, resulta na atribuição de um valor binário com o número de bits (comprimento da palavra)
3. Em seguida, há uma amostragem, que é a frequência na qual o ADC mede o nível da onda analógica;
4. A duração predefinida da palavra, 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 da taxa de amostragem;
7. As amostras de áudio digital resultantes, que consistem em um fluxo constante de números, são enviadas para o ADC;
8. Os números binários resultantes podem então ser armazenados em diversos suportes de mídia.

O modo como a reprodução ocorre:

1. Os números são enviados do meio de transmissão para o DAC, que os converte novamente em analógicos, combinando os dados de nível. Isso restaura a forma de onda analógica ao seu formato anterior;
2. O sinal é amplificado e começa a ser enviado para alto-falantes ou telas.

Conclusão

A gravação digital revolucionou a indústria da música e muito mais, relegando sua antecessora analógica à história. Graças às suas vantagens e acessibilidade, a tecnologia encontrou aplicação em diversos campos, e é difícil imaginar o mundo atual sem ela.