ÁUDIOPropriedades físicas do somVibrações e som

Disciplina: Sistemas e Aplicações Multimídia

Vibrações sonorasA 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 sonorasOs 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 senoidaisA 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.

IntensidadeRepresenta a percepção da amplitude da

vibração sonora, ou a potência do som, que medido em watts.

AlturaO 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.

FaseÉ o terceiro parâmetro da senóide, o ângulo

inicial da senóide. É muito importante em várias técnicas de codificação de dados e de vídeo.

TimbreÉ a terceira propriedade perceptual

importante do som que nos permite diferenciar notas de mesma altura e intensidade tocadas em instrumentos diferentes.

O domínio de frequênciaEstas 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

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Dispositivos Analógicos

Amplificadores e gravadores de fita cassete convencional

Sinal de pressão mecânica (magnético ou elétrico)Mesma amplitude que sinal acústico digital

Dispositivos Eletrônicos DigitaisRedes telefônicas digitais, equipamentos a disco

laser (CDs), equipamentos de fita cassete digital (DATs) e computadores dotados de interfaces de som

Representados por sequências de númerosImune aos ruídosNão 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 microfone ou equipamento analógico de reprodução

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 digitalização1ª Etapa: FiltragemFaz 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 digitalização1ª 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 digitalização2ª Etapa: AmostragemRealiza 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 digitalização3ª 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)

Grava-se as sequências de amostras de som4ª Etapa: Gravação dos arquivos de áudio

Processos de digitalização 3ª Etapa: Quantização

ReconstruçãoA saída de um sistema digital de som, são retiradas de um

dispositivo digital de armazenamento e enviadas para os conversores digital-analógicos (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.

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.

Aspectos Quantitativos

Operações de processamento digital de somPodemos 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

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Visão GeralUm 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 geralAnalógico: 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 geralSom 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 geralUma 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.

InterfacesComponentes básicos configurados para computadores multimídia:

entrada e saída de áudio analógicosintetizador internoentrada de áudio de CD-ROMporto externo para dispositivos MIDImisturador analógico

InterfacesOs 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.

InterfacesEntrada 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

InterfacesMisturador 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

InterfacesInterfaces avançadas de áudio podem conter outros componentes:Entrada e saída de áudio digitalProcessador digital de sinais (DSP)Porto para sincronização, sendo o SMPTE o mais

comumOs portos de entrada e saída de áudio digital permitem a conexão com equipamentos digitais profissionaisCassetes digitais (DATS)Microfones digitais

InterfacesOs 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 áudioSão 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 áudioUm 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 áudioCompressão 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 áudioCompressão 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

FILHO, W. DE P. P. Multimídia – Conceitos e Aplicações. Ed. Livros Técnicos e Científicos, Belo Horizonte/MG, 2000, cap. 9, p. 228 - 230.

Referencias

Discentes: André Grigoletto -- RA: 1575141272Eusener Castilho -- RA: 1569223193Mateus Balieiro Gongora -- RA: 1579984779Paulo Henrique S. Fader -- RA: 2484666562