Erros envolvidos no processo de digitalização de sinais analógicos para digital

Se você grava seu áudio "o mais perto possível do 0dB sem distorcer", eis alguns fatos importantes sobre gravação em equipamento digital:

1.O áudio digital distorce completamente sinais acima de 0dBFS. Pode-se dizer que o sistema de digitalização de áudio

a partir do último bit, ou seja, a partir de

; para o conversor digital este deve ser o nível máximo. Caso o sinal passe de -6dbFS, mas não chegue a passar de 0dBFS, não é necessário interromper o take pois não haverá distorção nítida, mas não é bom ter um sinal modulando tão alto, pois nesse nível o áudio pode estar sendo degradado desnecessariamente. Apesar da potencial degradação, não percebemos os sinais entre -6.02dBFS e 0dBFS como nitidamente distorcidos pois, à exceção de sinais estáticos de teste, os picos mais altos do sinal costumam ocorrer rapidamente e nas partes mais agudas do espectro dificultando a identificação pelo ouvinte de harmônicos distorcidos. Dependendo do sinal sendo gravado pode-se reparar uma qualidade "diferente" de som, como sibilância ou "som de robô".

Devido a filtros obrigatoriamente aplicados na conversão, um sinal válido no lado digital (=abaixo de 0dB) não garante que a voltagem no lado analógico tenha sido válida (matematicamente, ainda não estamos falando de distorção analógica). Para minimizar a ocorrência desses erros devemos deixar o último bit sem modular na etapa da conversão. Essa prática não era comum no início das gravações digitais pois quando os conversores tinham ruído de fundo mais alto, a distorção causada por esses erros provavelmente passaria despercebida mais facilmente do que os 6dB "extra" de ruído de fundo. Nessa época, os conversores tinham diversas falhas e o som digital era estigmatizado (até hoje muita gente jura que vinil/fita é melhor). Com a tecnologia atual, preservar o último bit no momento da conversão analógica-digital é uma ótima prática que só deve ser ignorada no caso de problemas sérios com dinâmica e falta de equipamentos, mas você que está lendo provavelmente não vai gravar um grilo e uma turbina de jato na mesma sessão, com o mesmo microfone (e ainda por cima sem um compressor!!)....a ocorrência e tipos de distorções dependem do projeto e implementação dos preamplificadores integrados, conversores, filtros, sinais e níveis sendo gravados e diversos outros fatores.

2.Os componentes analógicos de quase todos os sistemas de áudio são calibrados para 0dBu=-18dBFS ou -20dBFS RMS. Isso quer dizer que se o seu áudio modular um pouco abaixo de -20dBFS

no lado digital nos momentos de maior intensidade (mesmo que seja apenas um momento), ele está calibrado corretamente. Para simplificar, isso significa que no lado digital os picos

devem estar em torno de -20dB a -6dB dependendo da fonte sonora; dependendo do software utilizado, olhando para o gráfico do áudio pode

que a onda está pequena, mas, repetindo, este é o volume adequado e calibrado para gravação. Os componentes analógicos não possuem um ponto de distorção imediata como o 0dBFS digital, mas acima do nível de calibragem o sistema começa a sofrer, com aumento desnecessário do ruído de fundo (diminuição da relação sinal/ruído), desbalanceamento do espectro (distorção nos graves ou agudos, ou na relação entre eles) e até distorção analógica ("overdrive"). Os artefatos sempre dependem do tipo de sinal sendo distorcido, do nível e da qualidade do equipamento sendo usado.

3.Uma gravação de 24-bit, como são feitas as gravações do Saci Estúdio, tem relação sinal/ruído de 144dB e mesmo se for aumentado o volume em até 48dB, ainda terá profundidade de bits e relação sinal/ruído ("resolução", "fidelidade") maior do que um CD de áudio ou trilha de vídeo (16-bit - 96dB). A resolução de 24-bit é também muito superior a todos os álbuns gravados em fita analógica (60-110dB com saturação) e DAT / ADAT (16,20bit), ou seja, quase toda música gravada no século XX. Na verdade a resolução de 24-bit (144dB) é capaz de armazenar com folga os sinais gerados pelos melhores, e mais caros, circuitos analógicos de áudio (120dB, e centenas de milhares de dólares).

Isso quer dizer que, se o seu áudio gravado em 24-bit "está baixo", tudo que você precisa fazer é aumentá-lo, sem a menor preocupação, até 48dB ou mais se necessário. Dito isto,

o máximo que será necessário pra produzir um CD de música sem compressão excessiva será um ganho de

, que é correspondente ao headroom necessário para garantir que não haja distorção ou outros artefatos na gravação. Para materiais em vídeo ou para TV, a calibragem padrão mais comum é a mesma adotada no Saci Estúdio,

(padrão TV e DVD, com algumas variações dependendo da emissora e codificação).

Para gravações lembre-se também que em uma situação ideal, se o pico exceder 0dBFS em apenas um momento da gravação, o sinal estará comprometido e o take deverá será descartado, causando perda de tempo e inspiração musical. Se o take for um

existem ferramentas para atenuar a distorção, mas o ideal é não arriscar com sinais no limite, para não perdermos um

Abaixo, link para artigo da respeitada revista Sound on Sound que dá a mesma recomendação, explicando a parte mais simples, em inglês. Existem artigos, livros e diversos fóruns onde os desenvolvedores

recomendam usar o equipamento/software no nível para o qual foi projetado.

//www.soundonsound.com/sos/sep10/articles/qa0910-1.htm

Essa é uma simplificação pra uso prático de algumas consequências da matemática e eletrônica envolvidas no processo de digitalização por amostragem, para aprofundar-se no assunto as palavras-chave são: "Nyquist Shannon theorem" "quantization error" "intersample peaks" "dithering" "anti-aliasing" "signal to noise ratio" "analog to digital conversion" "band limited". As analogias com imagens são muito comuns e válidas, mas lembre-se que ao descrever a onda de áudio o sinal é limitado no espectro (aproximadamente de 20Hz a 20kHz) portanto a partir de um certo ponto um aumento de resolução não traz melhoria na reprodução do áudio: assim como dois pontos determinam uma única reta, e três pontos não-colineares determinam um único triângulo, assim também as amostras da digitalização por amostragem ao serem convertidas de volta para o analógico determinam PERFEITAMENTE a onda dentro do espectro e tempo limitados. (aonde "perfeitamente" tem o sentido "da melhor forma possível", "de uma forma que não pode ser melhorada". Qualquer degradação a partir desse ponto ("erro de arredondamento") é inerente ao processo de digitalização e não depende da resolução/amostragem. Essa degradação não pode ser evitada, portanto não iremos discutir aqui.)

Caso encontre algum erro ou expressão que possa ser interpretada erroneamente, fique à vontade para entrar em contato apontando. Esta página não pretende ser um artigo acadêmico, apenas explicar simples e corretamente o assunto. Como tentei traduzir os termos, conto com a ajuda dos leitores para apontar qualquer ambiguidade.

Quais as vantagens é desvantagens da relação de sinais analógicos é digitais?

O que são erros de amostragem na digitalização?

Como é feita a conversão de sinal analógico para digital?

Qual a diferença entre sinais analógicos é digitais?