Fatiando o som

Um estágio muito importante na aquisição de áudio é a conversão analógico/digital. O som, assim como muitos outros fenômenos naturais, é originalmente analógico. Isso significa que ele é contínuo, e sendo assim possui infinitos valores de amplitude contidos em seu sinal. Para entender isso melhor vamos voltar a figura do nosso sinalzinho de seno.

Gráfico da função seno – medindo a amplitude

Nessa figura existe uma seta vermelha alojada no instante 2,5 segundos no eixo do tempo e apontando para a amplitude da onda naquele exato instante. Vamos adotar que esse já é um sinal elétrico e portanto podemos medir a amplitude da onda em volts. Suponhamos que naquele exato instante de 2,5 segundos do início do sinal, a amplitude apontada ali seja de 5 volts (o pico positivo). Vamos supor agora que gostaríamos de saber qual a amplitude do sinal num instante seguinte, digamos 2,6 segundos (andando 0,1 segundos pra frente no tempo) e obtemos o valor de 4,9 volts. Sou muito curioso e agora quero andar no tempo dentro do intervalo de 2,5 e 2,6 segundos para verificar os valores da amplitude. Eu poderia ir para o instante 2,52s ou 2,523s ou até mesmo 2,536845271826s e obter o valor de amplitude correspondente a esse instante. Note que podemos ir a infinitos instantes de tempo dentro desse intervalo ou de qualquer outro intervalo dentro do sinal analógico, o que geraria infinitos valores de amplitude. Essa é uma característica das grandezas analógicas, infinitude de dados!

Um computador não tem memória infinita nem consegue representar números de grandeza infinita. Ele é limitado e por causa disso precisa limitar os dados escolhendo pontos específicos no tempo a fim de obter a amplitude do sinal. Isso se chama amostragem e é a técnica usada na conversão de sinais analógicos em digitais. Vejamos a figura a seguir:

Processo de digitalização de um sinal analógico por amostragem

Note que o que a máquina faz aqui é ir dando saltos de tamanhos iguais no tempo e pegando as amostras da amplitude do sinal. Podemos ver que a onda resultante de pontinhos verdes, logo abaixo do sinal analógico original, é uma aproximação dela. Não contém suas infinitas e contínuas informações de amplitude mas já se parece bastante com o seno. Se pegarmos um lápis e ligarmos devidamente os pontinhos, vamos construir uma onda até que razoavelmente semelhante.

Quem dita a distância entre os pontos (amostras) é a chamada taxa de amostragem. A taxa de amostragem é dada em amostras por segundo ou samples per second. Exemplo: se uma conversão analógico/digital é realizada com taxa de amostragem de 1KSamples/s (1000 amostras por segundo) então pegaremos 1 segundo e dividiremos por 1000, cujo resultado é 0,001s (um milésimo de segundo) entre uma amostra e outra.

Para cada ponto amostrado no tempo a máquina lhe atribui um número binário representando sua amplitude em volts e armazena esse número sequencialmente em uma memória. Isso significa que se um determinado endereço de memória for ocupado pelo valor binário do ponto A0 da figura, o endereço imediatamente posterior irá armazenar o valor de amplitude do ponto A1, depois A2, e assim sucessivamente até a amostragem terminar. Quando o computador precisar reconstruir a onda para reproduzir o som ele só precisa ir lendo a memória endereço por endereço e recuperando todos os pontos, reproduzindo-os em seus devidos lugares com base na taxa de amostragem que ele usou quando converteu o sinal analógico original. É como se o som fosse picado em tiras muito finas e essas tiras fossem guardadas em algum lugar para depois serem unidas lado a lado, remontando o som.

Quanto maior for a taxa de amostragem melhor será o áudio convertido, só que isso também demandará mais memória para armazenar um número maior de amostras. Um arquivo de áudio de alguns minutos em boa qualidade no formato WAV por chegar facilmente a mais de 50 megabytes, por isso existem formatos como o MP3 que visam reduzir o tamanho dos arquivos por compactação e descarte de dados desnecessários contidos no áudio. O tamanho do número de bits usado para armazenamento dos valores dos pontos também influencia na qualidade do áudio. Usar números de 10 bits em vez de 8 bits, por exemplo, gera registros bem mais precisos da amplitude do sinal. Isso ocorre porque com 8 bits conseguimos medir 256 níveis diferentes de amplitude e com 10 bits é possível o registro de 1024 níveis distintos (4 vezes mais preciso). Chamamos isso de resolução e juntamente com a taxa de amostragem são parâmetros que regulam a qualidade da conversão e consequentemente a qualidade do áudio.