Noções básicas de áudio digital II

Este artigo é uma continuação do anterior Digital Sound Basics e é recomendável que você o leia antes de continuar.

No artigo anterior vimos como uma onda sonora é armazenada como números binários ou som digital. Mas quanto espaço eu preciso para armazenar uma música?

Espaço de armazenamento

Como vimos, o mais importante é o tamanho de cada amostra (quantos bits são usados ​​em cada amostra) e o número de amostras coletadas. Quanto mais altas forem essas duas quantidades, mais espaço será necessário.

Se tomarmos como referência a qualidade do CD, temos que cada amostra precisa de 16 bits (16b) ou, o que é o mesmo, 2 bytes (2B). 

Em um segundo de som são tiradas 44.100 amostras, então precisaremos de 88.200 bytes para armazenar um segundo de áudio com essa qualidade. 

A maioria dos CDs tinha 74 minutos de duração, que é 88.200 bytes × 60 segundos / minuto × 74 minutos = 391,608 milhões de bytes, ou 391,6 MB (373,5 MiB). 

Mas não vamos esquecer um pequeno detalhe… a música em um CD é estéreo. Isso significa que temos duas ondas sonoras, uma para a esquerda e outra para a direita, que não são iguais (se fossem iguais seriam mono). Portanto, precisamos do dobro, 783,2 MB (746,9 MiB). E este era o tamanho normal de um CD.

Mas vamos pensar, isso foi escandaloso para a época (final dos anos 70 e início dos anos 80). Para não se ter ideia, o Macintosh original tinha capacidade de disco de 400 kB, o suficiente para armazenar pouco mais de 2 segundos de áudio com qualidade de CD. 

Os disquetes de 3,5" eram capazes de armazenar 1,4 MB (cerca de 8 segundos) e continuaram a ser usados ​​até o início dos anos 2000. Os discos rígidos da década de 90 não podiam armazenar o conteúdo de um CD ou talvez estivesse apenas no início. por ser um modelo que o superou, mas a um preço proibitivo para guardar música. 

Som comprimido

A solução foi reduzir o espaço de armazenamento necessário, para que com menos bytes pudéssemos armazenar a mesma quantidade de música.

Assim nasceu o popular formato auditivo MP3, que se tornou muito popular no final dos anos 90 e início dos anos 2000. O som era geralmente armazenado usando 64 kb / s (em um CD de áudio era 705.6 kb / s) para um canal de áudio, 128 kb / s. s para estéreo (em um CD de áudio de 1.411 kb/s). Esta é uma redução de 9x no espaço necessário. 

Isto é o que é conhecido como compressão com desperdiçar (com perda em inglês). Baseia-se no fato de que algumas das informações da onda original podem ser perdidas, pois é improvável que essa perda tenha impacto no ouvinte, ou seja, dificilmente ele perceberá. Assim, o espaço necessário (e a largura de banda para transmitir) foi reduzido ao custo de perder alguma qualidade. 

No início dos anos 2000 nasceu o formato AAC (Advanced Audio Coding), que é um formato padrão internacional ISO/IEC 13818-7. Sua eficiência é muito superior à do MP3, além de usar uma taxa de bits variável (VBR) que permite se adaptar a cada momento da música e usar mais ou menos bits para codificá-la. Isso significa que metade da informação deve ser usada para a mesma qualidade. 

Este é o formato que a Apple escolheu para seus iPods, embora seja um padrão, você pode encontrá-lo como o formato padrão para muitos dispositivos, como Nintendo, PlayStation, XBox, etc ... Além disso, suporta até 48 canais de áudio, por isso também é um padrão para arquivos de vídeo MP4 (filmes, documentários…) onde suporta o típico áudio Dolby 5.1 ou 7.1 para filmes sem problemas. 

No início da loja de música iTunes, os arquivos AAC codificados a 64 kb/s por canal, ou seja, 128 kb/s, começaram a ser vendidos. Posteriormente, no início de 2010, passou para 128 kb/s por canal (256 kb/s em estéreo). 

Portanto, o som comprimido com perdas pode perder algumas das informações em troca de uma economia significativa de espaço (para armazenamento e transmissão). A música compactada com perdas é de qualidade inferior à do arquivo original? Obviamente, a questão é, em que ponto não somos mais capazes de dizer a diferença.

Som sem perdas

O som não comprimido traduz as amostras retiradas da onda como são, como no caso dos CDs de áudio, sem perdas desde o momento em que foram digitalizadas. 

Formatos de áudio compactados sem perdas também foram lançados, ou seja, eles permitem a compactação para que o arquivo ocupe menos, mas a informação contida não é alterada (como se fosse um arquivo .zip), embora a compactação que eles obtêm seja muito menor do que com compressão de perda , estamos falando de compactar o original pela metade. Neste caso temos formatos como ALAC (Apple Lossless Audio Codec) da própria Apple ou FLAC (Free Lossless Audio Codec) por Xiph.org, embora existam mais. 

Hoje temos discos que podem armazenar muito mais informações do que há 20 anos, conexões muito mais rápidas, então usar formatos de áudio sem perdas não tem mais um custo tão alto para o usuário. 

O arquivo de áudio não é a única coisa importante

Nós nos concentramos em como armazenamos dados e como eles chegam ao nosso jogador. Mas nossos ouvidos não entendem 1s e 0s digitais. Para ouvir o áudio, temos que convertê-lo novamente para analógico (DAC) e trazê-lo aos nossos ouvidos.

Portanto, o dispositivo de conversão digital para analógico desempenha um papel importante. Se você suavizar a onda, eliminar a distorção, etc... isso irá gerar uma onda analógica de qualidade muito melhor e muito mais alta. Além disso, o cabo que viaja para nossos fones de ouvido ou alto-falantes, se for blindado para reduzir interferências (lembre-se que uma vez no mundo analógico, estamos totalmente expostos) e, o mais importante, a qualidade dos próprios alto-falantes. 

Podemos ter um arquivo de áudio original, tanto analógico quanto digital, de muito boa qualidade, mas que não pode viajar e ser reproduzido fielmente pelos alto-falantes, então a qualidade com que chega aos nossos ouvidos será muito pior. 

Portanto, o dispositivo do player é primordial e, mais importante, os alto-falantes, mais do que se a música chegar em formato analógico ou digital, sem perda de dados ou compressão com perdas. Não adianta colocar mais dados em um arquivo se o sistema de reprodução de áudio não puder reproduzi-lo fielmente. 

Qual é a qualidade de áudio correta?

Como vimos com as telas, o aumento da resolução deixou a imagem melhor, mais fiel à realidade. Mas chega um ponto em que você não percebe mais a resolução, podemos aumentar e a qualidade da imagem vai aumentar, mas não adianta. 

No início, pequenos aumentos na qualidade (resolução ou taxa de amostragem) fazem uma grande diferença na percepção do ouvinte, mas à medida que aumenta, a cada vez, a diferença na percepção é menor. Além disso, lembre-se de que muitos equipamentos de áudio não têm qualidade suficiente para transferir esse arquivo como é para o ser humano. 

Em arquivos de áudio AAC, passar de 128 kb/s para 256 kb/s já é difícil para muitas pessoas distinguirem, seja pela sensibilidade e/ou hábito, seja pelo equipamento que utilizam para reproduzir. E continue subindo daqui e vá para o som descompactado, seja uma taxa de amostragem maior ou uma resolução maior é algo que aumentará muito o tamanho do arquivo, mas que poucas pessoas, e apenas com bons equipamentos, perceberão. 

Mesmo que já conheçamos o poder do marketing. Lembro-me, quando eu era pequeno, de como os compradores de TVs estéreo novas com esse recurso ficavam maravilhados quando a transmissão da TV era em mono.

Eu encorajo você a tentar, experimentar, a partir de um arquivo da mais alta qualidade possível ou de um CD. Experimente comprimi-lo com qualidades diferentes e depois, sem saber qual é qual, ouça para ver se percebe as diferenças. Essa qualidade da qual você não percebe mais nada, é a certa para você.