Áudio Digital

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Áudio Digital: Frequência de amostragem, bits por amostra e critério de Nyquist
Posted on 31 de Janeiro de 2011
O que é o áudio digital?
Uma onda sonora, em cinza, representada digitalmente em vermelho
O áudio digital baseia-se na representação digital de um som através do código binário. Este
processo abrange a captação/gravação, a conversão do som analógico para digital e por fim a reprodução
(conversão do som digital para analógico). O som digital pode ser armazenado de diversas formas e gravados
em diversos formatos, nos quais irei referir mais tarde.
 O processo de conversão do som analógico para digital conduz uma perda de qualidade pois o som digital
nunca representará o som analógico com 100% de precisão. Porém com o desenvolvimento tecnológico, este
processo atingiu um grau de exactidão tão elevado que o ouvido humano não consegue detectar diferenças
entre o som analógico e a sua representação digital.
A exactidão da representação digital de um som analógico altera de acordo com a taxa de amostragem de
frequência e qualidade de bits de cada amostra.
Taxa de Amostragem, taxa de amostra ou frequência de amostragem é o número de amostras de
um sinal analógico arrecadadas em um certo intervalo de tempo, para conversão em um sinal
digital. Originando uma frequência geralmente medida em Hertz. Este processo de captura é denominado:
amostragem de sinal.
Exemplo: Quando dizemos que a taxa de amostragem de áudio em um CD é de 44.11 Hz, indica que a cada
segundo são tomadas 44.100 medidas da variação de voltagem de sinal.
Exemplos de taxas de amostragem e qualidades dos sons relacionados:
Taxa de amostragem Qualidade do som
44 100 Hz qualidade CD
22 000 Hz qualidade rádio
8 000 Hz qualidade telefone
 
Diário de bordo de Oficina Multimédia B
Ana Catarina Soares, nº1 12º7 ESMGA
10/11
Quanto maior for a taxa de amostragem, mais medidas do sinal serão efectuadas no mesmo período de tempo,
logo menos perda haverá na representação digital do som.
Resumidamente, podemos afirmar que a quantização é uma propriedade muito importante na fidelidade de
conversão.
De acordo com o famoso Teorema de Nyquist, a taxa de amostragem limita a gama de frequências que o sinal
a amostrar pode conter, pois o limite máximo para essa gama é metade do valor da taxa de amostragem.
Desta forma, para um sinal com frequências ate 8000 Hertz, é preciso que a taxa de amostragem seja maior
ou igual a 16000 Hz.
O erro de aproximação diminui à medida que taxa de amostragem aumenta. A onda de baixo é amostrada a uma taxa que é o dobro da da
onda de cima.
Não devemos esquecer que o nosso ouvido apreende os sons até 20 000 Hz, desta forma é imprescindível
termos uma frequência de amostragem de pelo menos 40 000 Hz para obter uma qualidade satisfatória.
Bits por amostra
Como sabemos, nos computadores, o som não é caracterizado por uma onda mas sim por sequências de
valores (código binário) para cada período de tempo. Por isso é fundamental calcular o número de valores que
uma amostra pode adquirir. Isto implica fixar o número de bits no qual se codificam os valores das amostras.
No código binário, um bit pode apenas representar dois valores: o número “0” ou o valor “1”, representando
dois casos possíveis: ligado ou desligado.
Se usarmos um bit, apenas podemos expor dois números porém se usarmos dois, o número de combinações
duplica para 4: “00”, “01”, “11”, ou “10”.
Quanto maior for o número de bits, maior será a qualidade áudio:
Com uma codificação de 8 bits, tem-se 28 possibilidades de valores, ou seja 256 valores possíveis
Com uma codificação das 16 bits, tem-se 216 possibilidades de valores, ou seja 65536 valores possíveis
Teorema de Nyquist
Harry Nyquist nasceu na Suécia em 1889 e morreu a 1976, foi engenheiro
electrónico e ficou conhecido pelo teorema de Nyquist e pelos seus estudos sobre o
ruído térmico.
O critério de Nyquist, também conhecido como teorema de amostra de Nyquist-
Shannon, foi uma descoberta muito importante no campo da informação, em
especial importância nas telecomunicações.
Este teorema foi desenvolvido, pela primeira vez por Nyquist em 1928, enquanto
trabalhava na empresa “AT&T”.
Este teorema propõe que:
A amostra do sinal analógico deve ser capturada pelo menos a uma taxa
duas vezes maior ao espectro do sinal obtido através de um receptor, que captura amostras do
sinal. Por sua vez, cada amostra será convertida num determinado número de bits. Esta conversão depende
da taxa de amostragem, tal como nos indica o critério de Nyquist. A taxa de ruído também faz parte da
codificação para que este não perca qualidade.
Aplicando o teorema e determinando o ruído, a partir do sinal original, obteremos boa qualidade áudio. Na
conversão analógico/digital, o sinal obtido é denominado por PCM (áudio digital sem compactação). Ou seja,
obtemos sinais de boa qualidade mas sem compactação o que aumenta o tamanho do ficheiro. Porem,
actualmente já é possível compactar sem perda de qualidade.
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2 respostas a Áudio Digital: Frequência de amostragem, bits por amostra e critério de Nyquist
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Daniel Budal diz:
18 de Julho de 2011 às 0:43
Agora sim!
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Paulo Linhares diz:
Seguir
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bordo de Oficina
Multimédia B”
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Diário de bordo de Oficina Multimédia B
4 de Julho de 2013 às 15:15
Excelente !
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