O que esperar
Nessa era digital, a nossa busca por arquivos de qualidade provavelmente já nos levou a esses dois parâmetros: Bit depth e Sample Rate.
Embora sejam de fato importantes, esses números são elusivos.
Nesse tópico, dissecarei a realidade por trás deles.
Introdução
Primeiramente, precisamos deixar claro alguns conceitos, e como funciona o áudio digital.
A menos que você esteja escutando vinis hoje, e nesse caso não há nada para se preocupar acerca desse tópico,
escutamos áudio digitalmente gravado e analogicamente reproduzido atualmente.
O que nos leva à utilização de ADC's (analog to digital converter) e DAC's (digital do analog converters).
Basicamente o que um ADC faz é pegar o sinal elétrico analógico e converter para um sinal digital, e o DAC faz o oposto.
Mas afinal, qual a diferença de um sinal analógico para um sinal digital?
O sinal analógico é um sinal elétrico, com amplitude e frequência moduladas (conhece AM e FM?).
Já um sinal digital, é composto apenas de bits para reproduzir o som.
Fig. 1
Na Fig. 1 vocês podem ver um sinal analógico (em verde), convertido para um sinal digital (em vermelho).
Percebam que há uma aproximação do sinal digital para o sinal analógico, e obviamente, há perdas nessa transformação.
É fácil perceber que quanto menores os degraus, e mais deles, mais próximo os sinais serão.
E é nisso que chegamos ao Sample Rate.
Sample Rate nada mais é que a "quantidade de degraus" no sinal analógico.
Formalmente, é a taxa de análise por tempo do sinal analógico na criação do sinal digital.
Normalmente medida em kHz (mil vezes por segundo).
Então, se quanto mais degraus (e por consequência, degraus menores) melhor a aproximação,
quanto maior o sample rate, melhor o sinal?
Calma, ainda chegaremos lá.
Antes disso, precisamos definir o que é Bit Depth ainda.
Então, na nossa empreitada para converter um sinal analógico para um sinal digital,
o sample rate nos fornece uma aproximação boa da frequência do som,
mas existe outro parâmetro para levar em consideração: volume.
Numa música, nem todas as notas são tocadas com a mesma intensidade, oras.
Ai que entra o bit depth, é um valor associado ao sample rate que nos diz a amplitude do sinal.
Fig. 2
Na Fig. 2, pode-se ver os passos da amplitude de um sinal de 2 bits.
A regra geral é que cada bit no sinal digital nos dá 6dB de range (diferença entre o som mais baixo e o som mais alto).
Na prática
Na teoria, vocês podem ter percebido que quanto maior o Sample Rate e o Bit Depth, melhor a qualidade da conversão analógico-digital.
Entretanto, existe um hardware limitante nisso. Algo que condiciona todo o som que ouvimos.
Senhores, conheçam seus ouvidos:
Fig. 3
É esse camarada, descrito na Fig. 3, que vai impor o que você consegue ouvir e o que não.
Não adianta tentar gravar um apito de cachorro em 24bits/192kHz que você não vai escutar, é simplesmente impossível.
Por sorte, as limitações do ouvido humano são bem conhecidas: Escutamos de 20Hz a 20kHz, e temos um range de 140dB.
E esse números já são bem generosos.
E embora algumas crianças consigam ouvir 16Hz (até os 10 anos, no máximo), a maioria dos humanos não consegue ouvir acima de 18kHz.
Então se você é capaz de escutar 20kHz, parabéns, você é um superhumano, eu te invejo. Com 19 anos, eu mal escuto 18kHz.
Entretanto, em questão de range, nós não temos ideia de quão sensíveis somos.
140dB é um absurdo, ao levarmos em conta que a escala desse valor é logarítmica.
Para se imaginar, somos capazes de ouvir o som de uma lâmpada incandescente (10dB)!
Por outro lado, qualquer coisa acima de 130dB por alguns segundos é suficiente para danificar sua audição permanentemente.
E mesmo um estúdio de gravação tem um ruido ambiente de 20dB, e é por isso que não escutamos lâmpadas...
Ta, mas o que isso quer dizer?
Quer dizer o seguiente:
Segundo o Teorema da Amostragem de Nyquist,
qualquer sinal com frequência menor que a metade do sample rate é capturado perfeitamente e sem perdas.
Levando em conta 20kHz da audição humana, 44.1kHz de sample rate já engloba toda a frequência que precisamos.
Engloba até 22.05kHz, na verdade, para deixar felizes aqueles que acreditam escutar até tal frequência.
Resumindo, qual a diferença audível entre um sample rate de 44.1kHz para um de 96 ou 192kHz? Nenhuma.
Na verdade, um som com um sample rate maior só vai tocar mais frequências inaudíveis, e como nós sabemos:
Drivers são passíveis de interferência.
Frequências inaudíveis podem causar intermodulações audíveis e piorar sua reprodução, na verdade.
Fig. 4
Na Fig. 4, podemos ver as intermodulações causadas por dois tons, 30kHz e 33kHz.
Note que elas também se apresentam na faixa abaixo dos 20kHz.
Por outro lado, o Bit Depth de 16 bits, teoricamente tem um range de 96dB. Menor que o limite humano.
Enquanto 24 bits tem um range de 144dB, que engloba todo o range necessário.
Mas por que não usar 24 bits?
Nesse caso, é mais um questão de comodidade.
Levando em conta que sons abaixo de 20dB são irrelevantes e sons acima de 130dB são perigosos.
E a tecnologia hoje, com dither e filtro anti alias, consegue extrair um range de aproximadamente 120dB dos 16bits, sem perdas.
Mas diferentemente do sample rate, um bit depth mais alto não vai atrapalhar sua reprodução, use se assim preferir.
Por que estúdios usam 24/192?
Esse padrão, em estúdios, mostra-se vantajoso por dar mais espaço aos editores.
192kHz de sample rate permite que passem filtros low-pass para anti alias sem se preocupar em causar distorções na faixa audível.
Assim como 24 bits permitem os editores de trabalhar com a equalização sem se preocupar em clippar alguma coisa ou esconder no noise.
Fontes
http://people.xiph.org/~xiphmont/demo/neil-young.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Teorema_da_amostragem
http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_bit_depth
http://www.aparelhosauditivosecia.com.br/sistema-auditivo.html
Notas
Queria deixar claro, que um som abaixo do range do bit depth estará enterrado no noise.
E acima, será clippado.
Nessa era digital, a nossa busca por arquivos de qualidade provavelmente já nos levou a esses dois parâmetros: Bit depth e Sample Rate.
Embora sejam de fato importantes, esses números são elusivos.
Nesse tópico, dissecarei a realidade por trás deles.
Introdução
Primeiramente, precisamos deixar claro alguns conceitos, e como funciona o áudio digital.
A menos que você esteja escutando vinis hoje, e nesse caso não há nada para se preocupar acerca desse tópico,
escutamos áudio digitalmente gravado e analogicamente reproduzido atualmente.
O que nos leva à utilização de ADC's (analog to digital converter) e DAC's (digital do analog converters).
Basicamente o que um ADC faz é pegar o sinal elétrico analógico e converter para um sinal digital, e o DAC faz o oposto.
Mas afinal, qual a diferença de um sinal analógico para um sinal digital?
O sinal analógico é um sinal elétrico, com amplitude e frequência moduladas (conhece AM e FM?).
Já um sinal digital, é composto apenas de bits para reproduzir o som.
Fig. 1
Na Fig. 1 vocês podem ver um sinal analógico (em verde), convertido para um sinal digital (em vermelho).
Percebam que há uma aproximação do sinal digital para o sinal analógico, e obviamente, há perdas nessa transformação.
É fácil perceber que quanto menores os degraus, e mais deles, mais próximo os sinais serão.
E é nisso que chegamos ao Sample Rate.
Sample Rate nada mais é que a "quantidade de degraus" no sinal analógico.
Formalmente, é a taxa de análise por tempo do sinal analógico na criação do sinal digital.
Normalmente medida em kHz (mil vezes por segundo).
Então, se quanto mais degraus (e por consequência, degraus menores) melhor a aproximação,
quanto maior o sample rate, melhor o sinal?
Calma, ainda chegaremos lá.
Antes disso, precisamos definir o que é Bit Depth ainda.
Então, na nossa empreitada para converter um sinal analógico para um sinal digital,
o sample rate nos fornece uma aproximação boa da frequência do som,
mas existe outro parâmetro para levar em consideração: volume.
Numa música, nem todas as notas são tocadas com a mesma intensidade, oras.
Ai que entra o bit depth, é um valor associado ao sample rate que nos diz a amplitude do sinal.
Fig. 2
Na Fig. 2, pode-se ver os passos da amplitude de um sinal de 2 bits.
A regra geral é que cada bit no sinal digital nos dá 6dB de range (diferença entre o som mais baixo e o som mais alto).
Na prática
Na teoria, vocês podem ter percebido que quanto maior o Sample Rate e o Bit Depth, melhor a qualidade da conversão analógico-digital.
Entretanto, existe um hardware limitante nisso. Algo que condiciona todo o som que ouvimos.
Senhores, conheçam seus ouvidos:
Fig. 3
É esse camarada, descrito na Fig. 3, que vai impor o que você consegue ouvir e o que não.
Não adianta tentar gravar um apito de cachorro em 24bits/192kHz que você não vai escutar, é simplesmente impossível.
Por sorte, as limitações do ouvido humano são bem conhecidas: Escutamos de 20Hz a 20kHz, e temos um range de 140dB.
E esse números já são bem generosos.
E embora algumas crianças consigam ouvir 16Hz (até os 10 anos, no máximo), a maioria dos humanos não consegue ouvir acima de 18kHz.
Então se você é capaz de escutar 20kHz, parabéns, você é um superhumano, eu te invejo. Com 19 anos, eu mal escuto 18kHz.
Entretanto, em questão de range, nós não temos ideia de quão sensíveis somos.
140dB é um absurdo, ao levarmos em conta que a escala desse valor é logarítmica.
Para se imaginar, somos capazes de ouvir o som de uma lâmpada incandescente (10dB)!
Por outro lado, qualquer coisa acima de 130dB por alguns segundos é suficiente para danificar sua audição permanentemente.
E mesmo um estúdio de gravação tem um ruido ambiente de 20dB, e é por isso que não escutamos lâmpadas...
Ta, mas o que isso quer dizer?
Quer dizer o seguiente:
Segundo o Teorema da Amostragem de Nyquist,
qualquer sinal com frequência menor que a metade do sample rate é capturado perfeitamente e sem perdas.
Levando em conta 20kHz da audição humana, 44.1kHz de sample rate já engloba toda a frequência que precisamos.
Engloba até 22.05kHz, na verdade, para deixar felizes aqueles que acreditam escutar até tal frequência.
Resumindo, qual a diferença audível entre um sample rate de 44.1kHz para um de 96 ou 192kHz? Nenhuma.
Na verdade, um som com um sample rate maior só vai tocar mais frequências inaudíveis, e como nós sabemos:
Drivers são passíveis de interferência.
Frequências inaudíveis podem causar intermodulações audíveis e piorar sua reprodução, na verdade.
Fig. 4
Na Fig. 4, podemos ver as intermodulações causadas por dois tons, 30kHz e 33kHz.
Note que elas também se apresentam na faixa abaixo dos 20kHz.
Por outro lado, o Bit Depth de 16 bits, teoricamente tem um range de 96dB. Menor que o limite humano.
Enquanto 24 bits tem um range de 144dB, que engloba todo o range necessário.
Mas por que não usar 24 bits?
Nesse caso, é mais um questão de comodidade.
Levando em conta que sons abaixo de 20dB são irrelevantes e sons acima de 130dB são perigosos.
E a tecnologia hoje, com dither e filtro anti alias, consegue extrair um range de aproximadamente 120dB dos 16bits, sem perdas.
Mas diferentemente do sample rate, um bit depth mais alto não vai atrapalhar sua reprodução, use se assim preferir.
Por que estúdios usam 24/192?
Esse padrão, em estúdios, mostra-se vantajoso por dar mais espaço aos editores.
192kHz de sample rate permite que passem filtros low-pass para anti alias sem se preocupar em causar distorções na faixa audível.
Assim como 24 bits permitem os editores de trabalhar com a equalização sem se preocupar em clippar alguma coisa ou esconder no noise.
Fontes
http://people.xiph.org/~xiphmont/demo/neil-young.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Teorema_da_amostragem
http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_bit_depth
http://www.aparelhosauditivosecia.com.br/sistema-auditivo.html
Notas
Queria deixar claro, que um som abaixo do range do bit depth estará enterrado no noise.
E acima, será clippado.
Última edição:
mas essa parte de conseguir ouvir até 20 KHz, tem como testar isso? Digo, tem alguma gravação de som nas frequencia 16-17-18-19-20 KHz para poder testar os seus limites? Eu gostaria de saber os meus...
EDIT: O som continuou "caindo" sobre as frequências constantemente, portanto, descartei a possibilidade de aliasing. Começa de uma forma bem aguda, mas vai caindo.
vou ver se consigo escutar na DG do meu amigo, é o únic jeito.
