A qualidade do som convertido entre analógico e digital é definida por três fatores: os componentes eletrônicos do conversor, a taxa de amostragem (sample rate) e a taxa de resolução (sample resolution ou bit depth).
O que é a conversão AD (Analógico/Digital)?
O som é um processo contínuo de variações de pressão no ar. Para que isso seja digitalizado, é necessário um conversor AD (Analógico/Digital).
Os componentes eletrônicos, bem como a proximidade da fonte de energia, são responsáveis pela quantidade de ruído somada ao som convertido. O uso de interfaces comuns, cujos conversores são acoplados, tem por consequência uma interferência elétrica do circuito de alimentação da CPU. As profissionais são conectadas aos conversores por cabos, minimizando a interferência elétrica.
O que é sample rate (taxa de amostragem)?
A sample rate — ou taxa de amostragem — define a quantidade de amostras do som original que será captada a cada segundo. Fazendo uma analogia: em um filme são utilizados 24 fotogramas por segundo; ao analisar-se uma foto isolada não se tem impressão de movimento, mas quando os 24 fotogramas são mostrados em um segundo, a mente humana não percebe o intervalo entre eles.
No áudio com qualidade de CD, por exemplo, são necessárias 44.100 amostras (samples) por segundo, ou seja, cada sample tem a duração de 1/44.100 de segundo, tornando-se imperceptível. No cinema, recria-se o movimento; no áudio, a onda sonora original. Cada uma das amostras representa o nível de amplitude (volume) dessa onda em um dado instante de tempo (veja Quadro 1).
O som que sai dos sistemas digitais passa pelo processo inverso: uma réplica da onda original é criada a partir das amostras, o que é chamado de conversão DA (digital-analógica).
O que diz o teorema de Nyquist?
O teorema de Nyquist diz que, para poder gravar um determinado som, o valor da sample rate (taxa de amostragem) deve ser igual ao dobro da frequência mais aguda possível (dentro dessa sample rate). Isso quer dizer que, se o ouvido humano é capaz de ouvir entre 20 Hz e 20 kHz, é necessária uma sample rate de pelo menos 40 kHz. A taxa de 44,1 kHz (44.100 Hz) do CD de áudio torna possível registrar frequências de até 22,5 kHz (22.050 Hz), o que estabelece um headroom (reserva) de 2.050 Hz (22.050 – 20.000).
Por que existem taxas de amostragem maiores, como 96 kHz e 192 kHz?
Alguns equipamentos chegam a apresentar taxas de 88 kHz, 96 kHz ou mesmo 192 kHz. Isso se torna justificável pois, quanto menor a distância entre os samples, mais precisão se tem na representação da onda original.
- 44,1 kHz: intervalo de 22,67 microssegundos entre um sample e outro
- 48 kHz: intervalo de 20,83 microssegundos
- 96 kHz: intervalo de 10,41 microssegundos
- 192 kHz: intervalo de 5,2 microssegundos
Diferenças de até 15 microssegundos são facilmente percebidas pela média das pessoas. Portanto, para representar, da maneira mais fiel possível, a posição de uma determinada fonte sonora, é necessária uma taxa de 192 kHz (com 5,2 microssegundos de intervalo entre um sample e outro).
O que é sample resolution (bit depth)?
O termo bit vem da contração entre as palavras em inglês binary e digit, referindo-se a uma unidade de informação de capacidade de armazenamento, definida como um único caractere de uma linguagem de apenas dois caracteres, como os dígitos binários 0 ou 1.
Em uma analogia com um bit sendo uma letra, uma palavra com oito bits recebe o nome de byte — contração de by eight, que deriva do conceito de um bit multiplicado por oito. Em um sistema de gravação digital de áudio, cada bit representa estados possíveis no eixo das amplitudes, com a presença ou ausência de som.
Se cada bit representa dois estados possíveis, em um arquivo de três bits ocorreriam até 2³ (2 x 2 x 2 = 8) combinações:
- 000
- 001
- 010
- 011
- 111
- 110
- 100
- 101
Um arquivo de áudio com oito bits pode apresentar até 2⁸ (256) combinações possíveis ou níveis de amplitude. Em um arquivo de 16 bits, tem-se até 2¹⁶ níveis de amplitude, ou seja, 65.536. Em um arquivo de 24 bits, tem-se 2²⁴ níveis de amplitude, ou seja, 16.777.216. Portanto, cada bit adicional dobra a quantidade possível de níveis de amplitude representáveis.
O que é quantização e qual a relação mínima aceitável em um padrão profissional?
A resolução da amplitude de um sample em uma gravação digital intitula-se quantization (quantização). Cada bit adicional acrescenta até 6 dB no nível de amplitude; sendo assim, quanto maior for o bit depth, maior a intensidade do som sem distorção harmônica (veja Quadro 2).
Quanto maiores forem as taxas de sample rate e de bit depth, melhor será a representação da onda original em um sistema digital. A relação mínima aceitável em um padrão profissional é um sample rate de 44.100 Hz com bit depth de 16 bits.
Quadro 1
Uma onda analógica apresenta uma variação contínua de voltagem similar à variação de pressão no ar, provocada pela fonte sonora. Para representá-la usa-se um gráfico cartesiano, onde o eixo "X" representa o tempo (sample rate) e o eixo "Y" representa a amplitude (bit depth ou sample resolution).
Os conversores digitais "fotografam" a onda original em intervalos mínimos, recriando digitalmente a variação de pressão no ar (som). Quanto maior a sample rate (taxa de amostragem), menor o intervalo entre os samples (amostras), tornando assim mais precisa a representação digital da onda sonora.
Quadro 2
Nº de bits | Nº de níveis de amplitude |
8 bits | 48 dB |
16 bits | 96 dB |
18 bits | 108 dB |
20 bits | 120 dB |
24 bits | 144 dB |
Perguntas frequentes
Quais fatores definem a qualidade do som convertido?
A qualidade do som convertido é definida pelos componentes eletrônicos do conversor, pela taxa de amostragem (sample rate) e pela taxa de resolução (sample resolution ou bit depth).
O que é a conversão DA (Digital-Analógica)?
É o processo inverso da conversão AD: uma réplica da onda sonora original é criada a partir das amostras digitais, recriando o som analógico.
O que diz o teorema de Nyquist?
Para gravar um som, a sample rate deve ser igual ao dobro da frequência mais aguda possível dentro dessa taxa. Como o ouvido humano ouve entre 20 Hz e 20 kHz, é necessária uma sample rate de pelo menos 40 kHz.
Qual é a sample rate mínima aceitável em um padrão profissional?
A relação mínima aceitável em um padrão profissional é um sample rate de 44.100 Hz combinado com um bit depth de 16 bits.
O que é bit depth (sample resolution)?
É a resolução da amplitude de um sample, medida em bits. Quanto maior o número de bits, maior a quantidade de níveis de amplitude que podem ser representados — por exemplo, 16 bits geram 65.536 níveis e 24 bits geram 16.777.216 níveis.
Quanto cada bit adicional acrescenta ao nível de amplitude?
Cada bit adicional acrescenta até 6 dB no nível de amplitude, o que significa que, quanto maior o bit depth, maior a intensidade do som sem distorção harmônica.
