Disciplina: Sistemas e Aplicações Multimídia
ÁUDIO
Propriedades físicas do som
Vibrações e som
Vibrações sonoras
A audição é o resultado da percepção de flutuações
periódicas da pressão no ar. O ouvido não percebe valores
estáveis de pressão, mas sim as vibrações do ar dentro da
faixa de percepção humana
Vibrações sonoras
Os
equipamentos
modernos
de
captação,
armazenamento, transmissão, processamento, síntese e
reprodução do som são constituídos por meios eletrônicos.
Essas vibrações são convertidas em sinais elétricos por
transdutores
Sinais senoidais
A senóide é gerada quando um ponto percorre uma
circunferência com movimento angular uniforme.
Uma onda sonora senoidal soa como uma nota
musical, ela é o conceito básico para a compreensão dos
sons de voz, música e ruídos
Parâmetros perceptuais do som
Os parâmetros perceptuais do som representam as
propriedades sonoras. Na onda senoidal temos três
propriedades perceptuais básicas do som: intensidade,
altura, timbre e fase.
Intensidade
Representa a percepção da amplitude da vibração
sonora, ou a potência do som, que medido em watts.
Altura
O segundo parâmetro que define a senóide é a sua
frequência, medida em ciclos por segundo, ou hertz (Hz).
A frequência corresponde ao número de ciclos por segundo
que o ponto gerador da senóide percorre.
Fase
É o terceiro parâmetro da senóide, o ângulo inicial
da senóide. É muito importante em várias técnicas de
codificação de dados e de vídeo.
Timbre
É a terceira propriedade perceptual importante do
som que nos permite diferenciar notas de mesma altura e
intensidade tocadas em instrumentos diferentes.
O domínio de frequência
Estas amplitudes e fases podem ser obtidas a partir
do sinal original por uma operação matemática que é
conhecida como a transformação de Fourier.
Digitalização do Som
Dispositivos Analógicos
 Amplificadores e gravadores de fita cassete convencional
 Sinal de pressão mecânica (magnético ou elétrico)
 Mesma amplitude que sinal acústico digital
Dispositivos Eletrônicos Digitais
 Redes telefônicas digitais, equipamentos a disco laser
(CDs), equipamentos de fita cassete digital (DATs) e
computadores dotados de interfaces de som
 Representados por sequências de números
 Imune aos ruídos
 Não há perda de qualidade nas operações de reprodução
do sinal e nem na suas cópias
Conversão Analógico-Digital (A/D)
 Converte sinal elétrico analógico* em sequências de
números
* sinal proveniente de
analógico de reprodução
microfone
ou
equipamento
Conversão Digital-Analógica (D/A)
 Inverso
 Reproduz sinal analógico de som para ser amplificado e
enviado aos alto-falantes
Processo de Digitalização
FILHO, W. DE P. P. Multimídia – Conceitos e Aplicações. Ed. Livros Técnicos e
Científicos, Belo Horizonte/MG, 2000.
Processos de digitalização
1ª Etapa: Filtragem
 Faz uma limitação da faixa de frequências no sinal
Utiliza-se um filtro analógico de entrada
 Pode ocorrer pseudonímia (aliasing)
 Presença de frequências superiores à Frequência de Nyquist
corresponde à metade da taxa de amostragem
 Essas frequências superiores são convertidas (reconstrução)
para uma frequência mais baixa
Pseudônimo (alias)
Processos de digitalização
1ª Etapa: Filtragem
 Filtragem antipseudonímia
 Evitar dobramento (folding) / pseudonímia
 Dobramento: frequências superiores sempre caem sobre seus pseudônimos
 Procedimento:
 Insere antes do amostrador um filtro analógico -> corta frequências
acima da Frequência de Nyquist
 Ex.:
 CD’s -> taxa de amostragem mínima para digitalização é de 44.100 Hz
 DAT -> 48 Hz
 Som telefônico -> 8 kHz
 Filtro para uma faixa de 3.500 Hz -> limitação realiza economia dos
sistemas telefônicos (mais canais de voz)
Processos de digitalização
2ª Etapa: Amostragem
 Realiza a conversão do sinal analógico em sequências de
pulsos elétricos de largura constante (trem de pulsos)
 Utiliza um amostrador
 Amostra de som -> é a amplitude de cada pulso
Fotografia do sinal analógico
 Taxa de amostragem -> frequência
com que são realizadas as fotografias
Processos de digitalização
3ª Etapa: Quantização
 Converte amostras de som para números binários (representam
amplitude da amostra)
 Utiliza conversores A/D
 Possuem nº limitado de bits
 Pode ocorrer erro de quantização -> audível como ruído
 Ex.: utiliza 16 bits (2 bytes) por amostragem, relação sinal-ruído será
de (ou 96 dB) -> é desprezível
 Ex. Prático: Telefonia -> precisão de 12 bits, mas não precisam de
todo os bits significativos -> utiliza amostra de 8 bits (1 byte)
Processos de digitalização
3ª Etapa: Quantização
4ª Etapa: Gravação dos arquivos de áudio
 Grava-se as sequências de amostras de som
Reconstrução
 A saída de um sistema digital de som, são retiradas de um dispositivo
digital de armazenamento e enviadas para os conversores digitalanalógicos (DACs). Para que consigamos manter o fluxo de
reprodução em tempo real é necessário discos de tecnologia rápida,
e os arquivos de som devem ser localizados em trilhas adjacentes.
 Em alguns sistemas, pode ocorrer restrições à liberdade de
atribuições de espaço físico nos discos, no qual é preciso contornar a
gerência normal de arquivos de sistemas operacionais como o DOS e
o Unix. Uma técnica usada é a criação de discos virtuais
desfragmentados e dedicados à gravação e a reprodução de discos
de áudio.
 Ao sair do conversor digital-analógico pode correr um erro audível
como ruído, e deve ser filtrado em passa-baixa para eliminá-lo.
Aspectos Quantitativos
 1 segundo de voz = 8.000 bytes, requer canal com
capacidade de 64000 bps.
 1 segundo de música estereofônica de qualidade CD =
176400 bytes, requer canal com capacidade de 15000000
bps.
Operações de processamento
digital de som
Podemos classifica-las de duas formas:
 Processamento no domínio do tempo: operações
realizadas sobre as amostras separadas.
 Processamento no domínio da frequência: operações
requerem a análise de sequência de amostras de som.
Processamento
Digital de Som
Visão Geral
Um microcomputador configurado para multimídia suporta
pelo menos 3 tipos de som:
 Analógico;
 Som produzido pela reprodução de arquivos de áudio;
 Som sintetizado: produzido a partir de eventos musicais;
Visão geral
 Analógico: produzidos por dispositivos externos de som,
embora tratado de forma digital internamente o CD de
áudio por exemplo envia o sinal para a placa de som de
forma analógica
Visão geral
 Som produzido pela reprodução de arquivos de áudio:
arquivos com amostras de som, o padrão de áudio das
versões antigas do Windows era o formato WAV (WAVE Waveform Audio File Format), atualmente o padrão
seguido pelo Windows é o WMA (Windows media áudio)
Visão geral
 Som sintetizado: produzido a partir de eventos musicais,
no ambiente Windows são os arquivos MID
Visão geral
 Uma estação de trabalho para processamento de som,
deve possuir interfaces, dispositivos e programas para
processamento de áudio digital, nestas estações são
criados o material sonoro utilizados em títulos
multimídia.
Interfaces
Componentes básicos configurados para computadores
multimídia:
 entrada e saída de áudio analógico
 sintetizador interno
 entrada de áudio de CD-ROM
 porto externo para dispositivos MIDI
 misturador analógico
Interfaces
 Os portos de entrada e saída de áudio analógico
normalmente suportam taxas de amostragem de 44.100
Hz, 22.050 Hz e 11.025 Hz e quantização de 16 e 8 bits.
Estas taxas permitem gerar arquivos com a qualidade de
som desejada sem que seja preciso gerar arquivos que
consumam muito espaço em disco
Interfaces
 Sintetizadores internos :
Produzem som pela
interpretação em tempo real de arquivos de eventos
musicais.
Interfaces
 Entrada de áudio de CD-ROM: incorpora a interface de
áudio uma entrada interna para o áudio gerado em
dispositivos CD-ROM, Cds de áudio contem trilhas de
áudio em tempo real, destinas a reprodução direta pelo
acionador do disco
Interfaces
 Misturador analógico: permite a combinação de sons
provenientes dos portos e ainda de microfones e
dispositivos externos, os ganhos dos canais e ganhos total
(volume) são controláveis pelo usuário por meio de um
mini aplicativo de mixagem
Interfaces
Interfaces avançadas
componentes:
de
áudio
podem
conter
outros
 Entrada e saída de áudio digital
 Processador digital de sinais (DSP)
 Porto para sincronização, sendo o SMPTE o mais comum
Os portos de entrada e saída de áudio digital permitem a
conexão com equipamentos digitais profissionais
 Cassetes digitais (DATS)
 Microfones digitais
Interfaces
 Os processadores digitais de sinais (DSP) aumentam
consideravelmente os recursos das interfaces de som,
podendo gerar um grande ganho de performance
 A Interface SMPTE é usada para sincronização entre os
dispositivos de um estúdio, incluindo equipamentos
analógicos e digitais de áudio e vídeo em conjunto com
um programa de estúdio digital
Editores de áudio
 São programas que permitem realizar operações de
processamento no domínio do tempo sobre os arquivos
de áudio: recorte, copia, colagem, visualização gráfica
(ondas), conversão de formatos e efeitos como eco,
reverb, distorção entre outros
Editores de áudio
 Um exemplo de editor de áudio é o popular e gratuito
audacity, disponível para Windows, Mac, e Linux
Compressão de áudio
 Embora os arquivos de áudio consumam menos espaço
em disco do que os arquivos de vídeo, temos situações
em que ha a necessidade de compressão do sinal de
áudio digital
Compressão de áudio
 O sinal que trafega pela linha telefônica deve respeitar
as limitações destas linhas, ou seja, o áudio transmitido
pela linha telefônica pode ser de baixa qualidade
 A transmissão de áudio pela internet geralmente requer
uso de formatos comprimidos, principalmente quando se
transmite material de alta qualidade
Compressão de áudio
Compressão ADPCM:
 Usa modulação diferencial adaptativa por código de
pulso
 Analisa o sinal durante a codificação para adaptar o
método de previsão a natureza do material
Compressão de áudio
Compressão MP3:
 É uma variante de áudio embutida na tecnologia MPEG
de codificação de vídeo
 Possibilita a distribuição de material de musica de alta
qualidade sonora sem muita perda de qualidade
Referencias
 FILHO, W. DE P. P. Multimídia – Conceitos e Aplicações.
Ed. Livros Técnicos e Científicos, Belo Horizonte/MG,
2000, cap. 9, p. 228 - 230.
Discentes:
 André Grigoletto -- RA: 1575141272
 Eusener Castilho -- RA: 1569223193
 Mateus Balieiro Gongora -- RA: 1579984779
 Paulo Henrique S. Fader -- RA: 2484666562