1) O documento discute o som e sua propagação através do ar, bem como a aquisição, amostragem e quantização do som digital. 2) É explicado que maiores taxas de amostragem e profundidade de bits resultam em melhor qualidade de som, mas também em arquivos maiores. 3) São descritos vários formatos de arquivos de áudio, incluindo não compactados, compactados com perdas e sem perdas, e seus respectivos algoritmos de compactação.

1. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
DIRECÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO CENTRO
ESCOLA SECUNDÁRIA DE AVELAR BROTERO
Curso Profissional de Técnico de Multimédia
Ano Lectivo 2009/2010
Técnicas de Multimédia
Professor: João Leal

2. SOM
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3. O som é a propagação de uma frente de
compressão mecânica ou onda mecânica; esta onda
se propaga de forma circuncêntrica, apenas em
meios materiais - que têm massa e elasticidade,
como os sólidos, líquidos ou gasosos, quer dizer,
não se propaga no vácuo.
wikipédia
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4. O som propaga-se no ar através de um movimento
ordenado das partículas que o constituem.
Quando fazemos vibrar as nossas cordas vocais,
ou quando tocamos uma nota musical num
instrumento, fazemos com que as partículas do ar que
nos rodeiam entrem numa oscilação que dá origem ao
som que ouvimos.
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5. A propagação do som no espaço deve-se ao
facto de umas partículas transmitirem o seu
movimento às suas partículas vizinhas (e assim
sucessivamente), levando a que a oscilação
inicialmente produzida nas nossas cordas vocais ou
instrumento musical se propague através do espaço
aberto, até chegar aos nossos ouvidos.
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6. A aquisição do som equivale a gravar um som analógico para digital,
obtendo um conjunto de amostras do sinal analógico por segundo. Quanto maior
for este número de amostras por segundo maior será a fidelidade do som, isto é,
maior será, depois, a semelhança entre o som reproduzido e o som original.
Amostrar um sinal significa obter valores dele em determinados pontos,
geralmente em intervalos constantes, segundo uma determinada frequência,
designada por taxa de amostragem e medida em Hertz (Hz). As taxas de
amostragem de 44,1 Hz e de 48 Hz são utilizadas, respectivamente, para áudio com
qualidade de CD e DVD.
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7. Tal como a imagem, o áudio digital pode ser quantizado com diferentes
resoluções, isto é, cada amostra pode ser quantificada com mais ou menos bits.
Quanto maior for a resolução, maior será a profundidade de bits utilizada, melhor será
a qualidade de som e maior será o ficheiro armazenado.
Profundidade de bits por amostra Quantidade de valores possíveis
8 256
16 65 536
24 16 777 216
Portanto, a qualidade de reprodução de um som é determinada pelo
tamanho das amostras em bits e pela sua taxa de amostragem em Hz. Quanto maiores
forem estes valores, maior será a qualidade do som reproduzido, assim como o
tamanho do ficheiro de áudio armazenado.
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8. Quanto maior for o tamanho de um ficheiro de áudio, mais espaço este
ocupará em disco, ao ser armazenado, e mais tempo levará o seu carregamento
através da Internet ou através de outra rede informática.
Para se obter a qualidade de um CD digital de música, utilizam-se 44 100
amostras por segundo e cada amostra tem uma profundidade ou resolução de 16
bits, ou seja, 1 400 000 bits por segundo ou 1400 Kbps ou 1,4 Mbps.
Este valor 1,4 Mbps indica que a quantidade de informação a debitar é
grande e o ficheiro áudio será grande. Desta forma, surge a necessidade de aplicar
algoritmos de compressão para reduzir os ficheiros de áudio.
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9. Formatos de Ficheiros
Os ficheiros de áudio, se não estiverem comprimidos, apresentam um
tamanho grande porque contêm uma enorme quantidade de dados. Estes ficheiros
podem incluir outros dados, para além dos dados de áudio, tais como o nome do
ficheiro, o tamanho, a duração, o número de canais, …
Assim, os ficheiros de áudio digital podem assumir os formatos não
comprimidos ou comprimidos, resultando ficheiros diferentes em tamanho e
qualidade do áudio gravado.
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10. Ficheiros Não Comprimidos
Depois do sinal amostrado e quantizado, utiliza-se a técnica de
codificação PCM (Pulse Code Modulation) na gravação dos ficheiros de música
em CD áudio. Esta codificação faz-se sem recurso a algoritmos de compressão e
estes ficheiros apresentam grandes tamanhos.
A maior parte dos formatos de ficheiros não comprimidos são nativos de
sistemas operativos específicos, tais como:
Waveform Audio: formato de áudio digital nativo do sistema operativo Windows.
Utilizam a extensão wav.
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11. Waveform Audio: formato de áudio digital nativo do sistema operativo Windows.
Utilizam a extensão wav.
Audio Interchange File Format: formato de áudio utilizado pela Apple com
extensão aiff ou aif.
Audio: formato utilizado pela Sun e pelo sistema operativo Unix, com extensão au.
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12. Sound: formato semelhante ao au, mas com extensão snd.
Musical Instrument Digital Interface: permite conectar sintetizadores, teclados
electrónicos e outros instrumentos electrónicos ao computador. São ficheiros midi
que não são propriamente ficheiros áudio, mas como armazenam notas musicais
encontram-se dentro desta categoria. Têm extensão mid.
Compact Disc Digital Audio: formato usado para codificar música em discos
comerciais, não sendo armazenado nos computadores e sendo necessário convertê-
lo para o conseguir. Utiliza a extensão cda.
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13. Ficheiros Comprimidos
Quando se quer ter um arquivo de música próprio e portátil, o mais
conveniente é ter ficheiros de áudio comprimidos.
Designa-se por compressão um conjunto de algoritmos que tanto
comprime como descomprime um ficheiro de som. Os codecs
(COmpression/DECompression) permitem comprimir o ficheiro num gravador ou
permitem ouvir o som no leitor de música.
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14. A compressão de ficheiros áudio tem em consideração as características
do ouvido humano e as suas limitações na percepção de sons, resultando
algoritmos de codificação que permitem reduzir a quantidade de dados
armazenados num ficheiro. Utilizam-se algoritmos como o ADPCM, True Speech,
MP3 ou MPEG.
No áudio, tal como nas imagens, os ficheiros podem ser compactados até
um certo ponto sem perda de qualidade.
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15. Compressão com perdas
Numa compressão com perdas existe uma perda de informação original
para criar um ficheiro menor.
Nesta compressão de áudio são rejeitadas determinadas frequências do
espectro e removidos dados desnecessários, utilizando uma técnica designada por
codificação perceptual. O ouvido humano geralmente não percebe que a
informação foi perdida.
Por isso, para muitos utilizadores o som de um ficheiro comprimido é
aceitável, mas para outros a compressão representa uma alternativa inaceitável à
reprodução de som de alta-fidelidade.
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16. Hoje em dia, o formato mais popular deste tipo de compressão é o MP3,
embora existam outros formatos que funcionem da mesma maneira.
Alguns formatos de ficheiros com uma compressão com perdas:
Motion Picture Experts Group (MPEG): família de standards para áudio e vídeo
onde se incluem o MPEG-1, MPEG-2, MPEG-1 Layer 3 (MP3) e o MPEG-4.
Adaptative Transform Acoustic Coding 3 (ATRAC3): formato compatível com os
produtos da Sony e que oferece um som e compressão razoáveis. Extensão omg.
Liquid Audio: concorrente do MP3 e muito popular nos anos 90. A sua extensão é
lqt.
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17. OGG Vorbis: tecnologia de codificação de código aberto (opens source) para o
sistema operativo Linux. Foi desenhado para substituir o MP3 e o WMA. Extensão
ogg.
QuickTime Audio: Essencialmente tecnologia MPEG-4, suportando áudio, vídeo e
MP3. Extensão qt ou mov.
RealAudio Media: desenhado para a reprodução de áudio em tempo real numa rede,
necessitando de um leitor próprio para reproduzir o som. Extensão ra ou ram.
Windows Media Audio: formato de áudio digital da Microsoft alternativo ao MP3 com
extensão wma.
TwinVQ: Algoritmo criado pela Yamaha, cada vez mais divulgado, mais eficiente e
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com mais qualidade do que o MP3. Extensão vqa.

18. Compressão sem perdas
Ao contrário de uma compressão com perdas, numa compressão sem
perdas não é afectada a qualidade da informação original, mas resulta um ficheiro
de tamanho maior, embora não tão grande como um ficheiro não comprimido.
Nesta compressão de áudio sem perdas os dados são “apertados” sem
haver rejeição de informação. Alguns dados são removidos temporariamente, mas
são recolocados mais tarde, de acordo com o algoritmo de descompressão. Assim, é
produzido um som com maior qualidade, mas também um ficheiro maior.
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19. Para se criar um repositório de alta-fidelidade digital, a melhor solução é usar
um formato de compressão sem perdas. Estes formatos trabalham de forma idêntica a
uma compressão zip. Os bits redundantes são eliminados para ser criado um ficheiro
comprimido.
Como se torna evidente, esta compressão não cria ficheiros tão pequenos
como numa compressão com perdas e, por isto, não é recomendada para leitores de
música portáteis, onde o espaço de armazenamento é limitado.
Alguns formatos de compressão sem perdas:
Apple Lossless Audio Codec: formato disponível para ser usado com o Apple’s iTunes e
o iPod. Extensão m4a.
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20. Free Lossless Codec: formato de código aberto, aceite por muitas empresas de
electrónica e usado com a maior parte dos sistemas operativos. Tem qualidade de
som semelhante ao MP3. Extensão flac.
Windows Media Audio Lossless: formato da Microsoft, disponível nas versões 9 e
10 do Windows Media Player. Usa a mesma extensão wma de um ficheiro normal
do Windows Media Audio. Boa opção para compressão sem perdas.
WavPack: é um formato semelhante ao formato flac, mas não é muito usado.
Extensão wv.
Shorten: Oferece uma compressão de 2 para 1. Ganhou popularidade entre as
pessoas que gravam concertos e os partilham na Internet. A extensão é shn.
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21. Software
Existe muito software para trabalhar com Som e que pode efectuar
operações de captura, reprodução, edição, conversão de formatos e gravação em
suporte óptico.
Para realizar a captura é necessário ter um software de captura ligado à
placa de som e ao microfone. Por outro lado, a captura também pode ser realizada
através da utilização de software MIDI, permitindo a ligação de outro tipo de
hardware (teclados musicais e outros instrumentos musicais).
Para efectuar a reprodução do som é necessário ter um software de
reprodução ligado à placa de som e às colunas.
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22. O software de edição de som possibilita a sua modificação.
O software de conversão de formatos permite alterá-los, possibilitando
que sejam guardados em formatos diferentes dos iniciais.
Este tipo de software pode ser adquirido de uma forma relativamente fácil
na Internet, como shareware, freeware ou pagos.
Exemplos de software de som:
Winamp, JetAudio, MySoundStudio, CDBurnerXPPro, Nero, Windows Media
Player, RealPlayer, SwiffRec, 3D MP3 Sound Recorder, StepVoice Recorder,…
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