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Como funciona a gravação analógica e digital

Em um CD (e qualquer outra tecnologia de gravação digital), o objetivo é criar uma gravação com muito alta fidelidade (similaridade muito alta entre o sinal original e o sinal reproduzido) e reprodução perfeita (a gravação soa igual sempre que você a toca, não importa quantas vezes você a toque).

Para atingir esses dois objetivos, a gravação digital converte a onda analógica em um fluxo de números e registra os números em vez da onda. A conversão é feita por um dispositivo chamado conversor analógico para digital (ADC). Para reproduzir a música, o fluxo de números é convertido de volta em uma onda analógica por um conversor digital para analógico (DAC). A onda analógica produzida pelo DAC é amplificada e fornecida aos alto-falantes para produzir o som.

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A onda analógica produzida pelo DAC será sempre a mesma, desde que os números não sejam corrompidos. A onda analógica produzida pelo DAC também será muito semelhante à onda analógica original se o conversor analógico-digital fizer a amostragem em uma taxa alta e produzir números precisos.

Você pode entender por que os CDs têm alta fidelidade se entender melhor o processo de conversão analógico para digital. Digamos que você tenha uma onda sonora e deseja amostrá-la com um ADC. Aqui está uma onda típica (suponha aqui que cada marca no eixo horizontal representa um milésimo de segundo):

Ao amostrar a onda com um conversor analógico-digital, você tem controle sobre duas variáveis:

  • o taxa de amostragem – Controla quantas amostras são tiradas por segundo
  • o precisão de amostragem – Controla quantas gradações diferentes (níveis de quantização) são possíveis ao tomar a amostra

Na figura a seguir, vamos supor que a taxa de amostragem seja 1.000 por segundo e a precisão seja 10:

Os retângulos verdes representam amostras. A cada milésimo de segundo, o ADC olha para a onda e escolhe o número mais próximo entre 0 e 9. O número escolhido é mostrado na parte inferior da figura. Esses números são uma representação digital da onda original. Quando o DAC recria a onda a partir desses números, você obtém a linha azul mostrada na figura a seguir:

Você pode ver que a linha azul perdeu um pouco dos detalhes originalmente encontrados na linha vermelha, e isso significa que a fidelidade da onda reproduzida não é muito boa. Isto é o erro de amostragem. Você reduz o erro de amostragem aumentando a taxa de amostragem e a precisão. Na figura a seguir, a taxa e a precisão foram melhoradas por um fator de 2 (20 gradações a uma taxa de 2.000 amostras por segundo):

Na figura a seguir, a taxa e a precisão foram dobradas novamente (40 gradações a 4.000 amostras por segundo):

Você pode ver que, conforme a taxa e a precisão aumentam, a fidelidade (a semelhança entre a onda original e a saída do DAC) melhora. No caso do som de CD, a fidelidade é uma meta importante, então a taxa de amostragem é de 44.100 amostras por segundo e o número de gradações é de 65.536. Neste nível, a saída do DAC corresponde tão de perto à forma de onda original que o som é essencialmente “perfeito” para a maioria orelhas humanas.

reverent-aryabhata

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