As máquinas podem escutar, falar e cantar

Armazenar e reproduzir sons não é algo novo. De fato, desde o século 19 já existiam soluções para tal, assim como o fonógrafo de Thomas Edison e seu concorrente, o gramofone de Emil Berliner (avô dos toca discos de vinil). Décadas depois surgiram outros aparatos de áudio como os long plays e as fitas cassete. O problema comum a todos essas tecnologias antigas era o fato de que armazenavam apenas áudio em formato analógico, e dessa maneira sofriam de problemas tais como ruídos nas gravações e o desgaste da mídia, levando à alteração e perda gradativa do som gravado.

Problemas como esses acabaram por ser eliminados com o advento do computador moderno e mídias de armazenamento digital tais como CDs, cartões de memória, discos rígidos etc. A digitalização de áudio garante a sua qualidade praticamente por toda a eternidade e também garante uma reprodução homogênea, além de proporcionar mídias que ocupem um menor espaço físico. Anos atrás não se imaginava carregar uma discografia completa do Pink Floyd no bolso, mas hoje em dia isso é perfeitamente possível.

O som em sua forma natural não é muito útil a um computador, isso porque ele não pode processar diretamente sinais mecânicos e sim somente sinais elétricos e em formato digital (zeros e uns). Dessa maneira, são necessárias etapas preliminares até que o som seja entendido pela máquina. Observemos a figura abaixo:

Note acima que dividi aqui o processo de “ouvir” do computador em 4 estágios distintos. Tomei a liberdade de organizá-los de maneira a melhorar a didática, simplificando o conceito.

• O primeiro estágio converte o som mecânico propagado, por exemplo, pelo ar, realizando um processo conhecido como transdução (e não tradução) que consiste em transformar, nesse caso, um sinal sonoro em um sinal elétrico (ainda analógico) por meio de um microfone.

• O segundo estágio realiza o condicionamento do sinal analógico de forma a filtrar eventuais ruídos, realizar amplificação, etc.

• O terceiro estágio é onde ocorre o processo de conversão do sinal analógico proveniente da natureza para dados binários de máquina, possíveis de serem interpretados pelo computador. Sem esse estágio o som seria impossível de ser manipulado ou armazenado na memória de um computador. Explicarei isso depois em maiores detalhes.

• O quarto e último estágio é o armazenamento em memória digital dos números binários gerados através da conversão. Esses dados então ficam disponíveis para que o computador os use ou armazene em disco em arquivos de áudio sem compactação como o WAV, ou compactados como MP3 e o WMA.

Essas são as etapas que constituem o “ouvido do computador” e na figura a seguir demonstra-se o processo inverso, que consiste em reproduzir o som armazenado.

Vemos na ilustração acima o processo inverso à aquisição do som, onde o objetivo agora é fazer com que o som digitalizado possa ser reproduzido e ouvido por humanos.

• O primeiro estágio consiste em recuperar da memória o áudio. Caso ele esteja armazenado no disco num formato de arquivo compactado, como o MP3, um pré-processamento é necessário a fim de decodificar os dados compactados (é pra isso que serve o software codec de áudio instalado no seu Windows) . Caso o áudio esteja num arquivo WAV (sem compactação) apenas é necessário abrir o arquivo .wav, ler o cabeçalho para saber a taxa de amostragem e resolução, extrair o áudio para a memória e partir para o próximo estágio.

• O segundo estágio é a conversão dos números digitais que representam o som em um sinal elétrico analógico, reconstruindo uma boa aproximação da onda sonora original.

• O terceiro estágio então pegará o sinal analógico e fará o condicionamento para a reprodução, tal como a amplificação, equalização, etc.

• O quarto e último estágio faz o processo de transdução do sinal elétrico em ondas mecânicas de som através de alto falantes que oscilam gerando ondas de pressão no ar e criando o som.

Normalmente tanto os estágios 2 e 3 de aquisição quanto os 2 e 3 da reprodução são realizados por um único chip chamado de chip codec de áudio que pode ficar tanto numa placa de som externa (offboard), quanto integrado a própria placa mãe do computador (onboard), trabalhando em conjunto com alguns outros componentes eletrônicos. Esse chip é capaz de realizar tanto a conversão analógico/digital quando a digital/analógica, além de proporcionar algumas outras funções interessantes como o controle de volume, graves e agudos, vários canais de saída de áudio (sistemas 5.1 e 7.1) e outras funcionalidades.

Chip codec de áudio AL883 da Realtek soldado em placa