Introdução
A música desmaterializada, como o próprio nome indica, não possui suportes físicos. Quando a música digital não está armazenada em um CD ou DVD, falamos de formatos desmaterializados. A música é então armazenada em formato digital em um arquivo de computador. Agora é possível acessar a mesma qualidade de áudio que sai do estúdio de gravação (Studio Master). Existem duas principais vantagens: a grande capacidade de armazenamento em comparação com os suportes físicos e uma qualidade que pode ser, dependendo da configuração, superior à do CD. Na verdade, com os arquivos de áudio você pode escolher a qualidade do formato de codificação de acordo com o volume de armazenamento desejado.
Além disso, com a informatização e a internet, os arquivos Digital são facilmente acessíveis. Para criar uma biblioteca Digital, várias possibilidades estão disponíveis: ou ripar (copiar) um CD ou um Vinil para importar no seu disco rígido, ou baixar arquivos de áudio em plataformas de música (Qobuz.com, , linnrecords.com, hdtracks…) (Desenvolveremos mais sobre este ponto na ficha prática sobre a construção de uma biblioteca musical). A audição da biblioteca desmaterializada é possível, por exemplo, a partir de um computador, de um mp3, de um Smartphone, de um tablet, de um leitor de rede, de um servidor de áudio e de uma docking station (Você pode aprofundar mais na ficha prática sobre a leitura da música desmaterializada).
O digital vs o analógico
Em 1978, as marcas Sony e Phillips se reuniram para definir um sistema padrão a fim de desenvolver a transformação do som analógico em sinal digital. Foi em 1982 que apareceu o primeiro leitor equipado com uma ótica (laser) sem contato mecânico e seu suporte, o CD.Este último podia conter até 74 minutos de música.
O analógico e o digital são dois processos utilizados para armazenar e transportar dados. Estes últimos são transportados pela corrente elétrica.
Um sinal analógico é contínuo, onde cada instante corresponde a um valor preciso, ou seja, o sinal pode assumir qualquer amplitude. Sua representação gráfica é uma curva senoidal:
Pelo contrário, o sinal Digital é codificado de forma binária (bases da informática), sendo uma sequência de 0 e 1. Sua representação é em forma de histograma:
Portanto, a reprodução de um sinal analógico raramente é isenta de perdas, pois é difícil recuperar os mesmos valores precisos de amplitude se houveram perturbações elétricas.
Por outro lado, a cópia de um sinal Digital é simples, pois há apenas dois níveis de amplitude a serem reproduzidos.
Princípio da digitalização
A digitalização é a transformação de um sinal analógico em um sinal digital. Ela compreende duas tarefas simultâneas:
- Amostragem (sampling em inglês): amostragem periódica do sinal analógico.
- A quantificação (resolução): é a atribuição de um valor digital a cada amostra coletada. Na verdade, é a escala de medição de uma amostra.
A qualidade de um sinal Digital depende de dois elementos: a frequência de amostragem, chamada taxa de amostragem, e da resolução.
Quanto maior for a taxa de amostragem (os intervalos coletados serão, portanto, menores), mais fiel será o sinal digital ao original.
A resolução é o número de bits sobre o qual se codificam os valores, ou seja, o número de valores diferentes que uma amostra pode assumir. Quanto maior a resolução, melhor é a qualidade.
Vamos pegar um exemplo com o formato de qualidade CD 16 bits, 44,1 kHz: o som é analisado 44.100 vezes por segundo em uma escala de 16 bits.
Aqui está um esquema que representa a amostragem do sinal analógico durante a conversão analógico – digital:
Fonte: http://fcosinus.free.fr/articlenum/numerique.html
A digitalização oferece, portanto, a possibilidade de atuar sobre a qualidade do sinal. Nota-se a importância da relação entre qualidade e quantidade. Você pode melhorar a qualidade do sinal em detrimento do espaço de armazenamento, ou utilizar a compressão para ganhar muito espaço disponível.
Assim, na digitalização, pode-se optar por manter ou reduzir a qualidade do sinal para:
- O custo de armazenamento
- O custo da digitalização
- Os tempos de processamento
O digital só é útil para o transporte e o armazenamento da música. De fato, nossa orelha humana funciona de maneira analógica, de forma contínua, com as vibrações dos tímpanos. Nós não decodificamos o digital de suas sequências binárias. Portanto, é necessário reconverter o sinal digital em analógico para que possamos ouvi-lo. Daí a entrada em cena do conversor digital analógico (DAC).
A escolha da frequência de amostragem não é feita ao acaso, ela deve ser suficientemente elevada para conservar a forma do sinal. Segundo o teorema de Shannon, para poder digitalizar corretamente um sinal, é necessário amostrar a uma frequência dupla (ou superior) à frequência do sinal analógico que está sendo amostrado.
Bit Rate e dinâmica teórica
O Bit Rate em francês «Débit Binaire» representa o número de elementos binários transmitidos por segundo. Ele é expresso em bits por segundo (B/s, Bit/s ou bps) ou seus múltiplos, respeitando a notação do Sistema Internacional (SI):
- o kilobit por segundo (símbolo kbit/s) = 1 000 bit/s ;
- o megabit por segundo (símbolo Mbit/s) = 1 000 kbit/s;
- o gigabit por segundo (símbolo Gbit/s) = 1 000 Mbit/s.
A taxa é frequentemente expressa em octeto, tradução inglesa de Byte; Um octeto equivale a 8 Bits por segundo. Por isso, você pode encontrar arquivos com a unidade de notação Bps (Byte per second) ou ko/s (kilo-octeto por segundo).
De acordo com o algoritmo de compressão e suas opções, podem ser obtidos dois tipos de bit rates:
- Taxa de Bits Constante (CBR)
- Taxa de Bits Variável (VBR) ou Taxa de Bits Média (ABR)
Vamos tomar o exemplo de um arquivo no formato MP3 CBR 320 kbps: Isso significa que haverá 320.000 bytes processados em um segundo de música.
A dinâmica teórica é expressa em decibéis (dB) e representa a diferença entre o som mais baixo e o som mais alto que pode ser reproduzido em um sistema. Por exemplo, uma dinâmica de 60 dB indica que há 60 níveis de decibéis entre o som mais baixo e o mais alto.
Este esquema com exemplo mostra diferentes níveis sonoros e seu equivalente em nosso ambiente cotidiano.
Exemplo de suportes e suas características:
Fonte: Prestige & Image n°68
(1): A taxa de bits é calculada usando a fórmula bits/segundo = (frequência de amostragem em Hz)*(canais)*(número de bits)
A compressão
A compressão é um processo que comprime os dados de um arquivo para economizar espaço de armazenamento. Existem dois tipos de compressão:
- Compressão sem perdas: O tamanho do arquivo é reduzido e todos os dados permanecem intactos
- Compressão com perdas: O tamanho do arquivo é consideravelmente reduzido, mas os dados excluídos são irrecuperáveis. Assim, obtém-se um arquivo degradado.
Atenção para não confundir compressão com perda de dados. Em informática, a compressão não acarreta perda de dados, ela permite, com a ajuda de algoritmos matemáticos, reduzir o tamanho do arquivo. O ganho é notável, de cerca de 40 a 50%.
Por fim, a perda de dados é simplesmente devida ao algoritmo que elimina dados considerados supérfluos (dificilmente audíveis) para reduzir o tamanho do arquivo. Um arquivo que perdeu dados é necessariamente uma vaga aproximação do sinal original e não uma representação fiel.
Podemos classificar os arquivos digitais em três categorias:
- Os ficheiros sem compressão :
Esses arquivos incorporam o sinal original, mas, sem compressão, o tamanho do arquivo é volumoso e seu download muito demorado. Esse tipo de arquivo tem pouco interesse, pois contém a mesma qualidade do sinal armazenado nos arquivos comprimidos sem perdas (Lossless), ocupando 2 ou 3 vezes mais espaço.
Aqui estão dois arquivos principais sem compressão:
WAV :(Waveforme Audio format)
O WAV é um formato de arquivo de áudio sem compressão e sem perda desenvolvido pela Microsoft. A extensão é .wav
AIFF :(Audio Interchange File Format)
O AIFF é um formato de arquivo sem compressão, portanto sem perdas, desenvolvido pela Apple para armazenar arquivos de áudio nos computadores da marca. É o equivalente ao WAV para o universo Windows. A extensão é .aif
- Os arquivos comprimidos sem perdas (Lossless):
A compressão Lossless permite a restituição integral do sinal original. O Lossless vai reduzir os dados de áudio sem destruí-los (Princípio não destrutivo). Os arquivos sem perdas permitem assim uma grande capacidade de armazenamento para uma qualidade igual ao sinal de origem. A qualidade de um arquivo Lossless é medida pela taxa de amostragem e pela resolução.
Os principais arquivos Lossless:
FLAC: (Free Lossless Audio Codec)
O FLAC é um formato de arquivo com compressão sem perda de dados. Este formato não remove nenhuma informação do fluxo de áudio. O principal interesse é que ele necessita de menos memória do que um formato sem compressão. Sua extensão é .flac
ALAC : (Apple Lossless Audio Codec)
O ALAC é um formato de arquivo com compressão sem perda de dados desenvolvido pela Apple. Vale notar que a Apple nunca utiliza a sigla ALAC, mas sim Apple Lossless. Sua extensão é .alac
Monkey’s Audio : (.APE)
APE é um formato de arquivo de áudio com compressão e sem perda. Este formato é, portanto, uma compressão lossless do formato WAV. Ao descompactar um arquivo APE, é possível recuperar o arquivo WAV original.
- Os arquivos comprimidos com perdas (Lossy):
Esse tipo de compressão é destrutivo, o algoritmo matemático vai eliminar parte dos dados de áudio considerados pouco perceptíveis ao ouvido humano. Esses arquivos oferecem uma reprodução plana com pouca presença, o detalhe sonoro foi "suavizado".
Lista dos principais arquivos comprimidos com perdas:
MP3: (MPEG Audio Layer 3)
O MP3 é um formato de arquivo com compressão. Ele comprime arquivos de áudio com perdas de dados.
AAC : (Advanced Audio Coding)
O AAC é um formato de arquivo com compressão e perda de dados. No entanto, oferece uma melhor relação qualidade/taxa de bits do que o formato mp3. Suas extensões são: .aac, .m4a, .m4p
WMA : (Windows Media Audio)
O formato WMA é o formato de compressão de áudio proprietário desenvolvido pela Microsoft. Sua extensão é .wma
Para arquivos de áudio comprimidos com perda (Lossy), o indicador de sua qualidade é a taxa de bits (Bit Rate). Quanto menos o algoritmo de compressão remove dados, maior é a taxa de bits e melhor será a qualidade sonora.
Por exemplo, para a qualidade de um formato lossy mp3:
mp3 a 320 Kbps > mp3 a 256 Kbps > mp3 a 192 Kbps > mp3 a 128 Kbps
Os principais formatos de arquivos Digital dedicados à música desmaterializada:
Fonte: Prestige & Image n°68
Cálculo do tamanho de um arquivo de áudio
Cálculo da vazão:
taxa de bits (kbit/s) = frequência de amostragem (Hz) x quantificação (bit) x número de canais
Exemplo com um CD de áudio: taxa = 44 100 Hz x 16 bits x 2 = 1411 kbit/s
Para um formato de taxa constante:
Tamanho (KB) = tempo (s) x taxa de bits (Kbit/s) / 8
Exemplo: para um arquivo MP3 codificado a 192 Kbit/s com duração de 5 minutos
Tamanho = 5 x 60 x 192 / 8 = 7 200 KB
Para um formato de taxa variável:
Tamanho médio(Ko) = tempo (s) x taxa média (Kbit/s) / 8
Tamanho máximo(Ko) = tempo (s) x taxa máxima (Kbit/s) / 8
Nossas recomendações
A escolha do formato vai depender das suas expectativas e do seu equipamento. Recomendamos, para audiófilos que possuem um sistema Hi-Fi de alta gama e grande capacidade de memória, utilizar os formatos sem compressão. Estes são os melhores formatos para reprodução de música desmaterializada. Você usará o formato WAV (Waveform Audio Format) se estiver no Windows e o formato AIFF (Apple Interchange File Format) para o ambiente MAC. Estes formatos de alta qualidade (superiores ao CD) são muito volumosos, portanto é necessário ter um espaço de armazenamento bastante grande.
Opinião maChaineHiFi :
- Qualidade: 3 estrelas
- Volume de armazenamento: Muito importante
Se o seu espaço de armazenamento for mais limitado, recomendamos fortemente o uso de formatos Lossless, ou seja, arquivos comprimidos sem perdas. Embora esses formatos de áudio passem por compressão, eles mantêm o sinal original ocupando menos espaço! Assim, você pode escolher entre quatro principais arquivos que garantem uma boa reprodução, como o FLAC (Free Lossless Audio Codec), o ALAC (Apple Lossless Audio Codec), o Monkey’s Audio (APE) e o WMA Lossless (Windows Media Audio Lossless). Informamos os detalhes técnicos para que você possa escolher o “melhor” de acordo com seus critérios.
Opinião maChaineHiFi:
- Qualidade: 2 estrelas
- Volume de armazenamento: Médio
Detalhes técnicos dos formatos Lossless:
Por fim, se por falta de espaço você for obrigado a utilizar os formatos Lossy, ou seja, arquivos comprimidos com perdas, como o mp3 (MPEG Audio Layer 3) por exemplo, recomendamos utilizar esses formatos com uma taxa de bits (Bit Rate) de 320 Kbps, que é a melhor qualidade possível. A vantagem desses formatos com perda é ocupar muito pouco espaço em um disco rígido.
Se você não tem os meios materiais para armazenar toda a sua biblioteca em formato não compactado ou Lossless, recomendamos que faça a codificação em Lossy. Também fornecemos as características técnicas para que possa escolher o “melhor” formato de acordo com seus critérios.
Opinião maChaineHiFi:
- Qualidade: 1 estrela
- Volume de armazenamento: muito baixo
Detalhes técnicos formato Lossy:
