O som digital

Julho 2015

O que é o som ?


O som é uma vibração do ar, isto é, uma sequência de sobrepressões e depressões do ar em relação a uma média, que é a pressão atmosférica. Mas, para realmente se convencer disto, basta que coloque um objeto barulhento (despertador, por exemplo) debaixo duma cúpula vazia para perceber que o objeto inicialmente barulhento não emite nenhum som se não estiver rodeado de ar!

A maneira mais simples de reproduzir um som atualmente é fazer vibrar um objeto. Desta maneira, um violino emite um som quando o arco faz vibrar as suas cordas, um piano emite uma nota quando se bate uma tecla porque um martelo vai bater numa corda e fazê-la vibrar.

Para reproduzir sons, utilizam-se geralmente alto-falantes. Trata-se, com efeito, de uma membrana ligada a um eletroímã que, de acordo com as solicitações de uma corrente eléctrica vai avançar e recuar muito rapidamente, o que provoca uma vibração do ar situado à frente dele, isto é, som!




Desta maneira, produzem-se ondas sonoras que podem ser representadas num gráfico como as variações da pressão do ar (ou da eletricidade no eletroímã) em função do tempo. Obtém-se então uma representação da forma seguinte:





Esta representação de um som chama-se espectro de modulação de amplitude (modulação da amplitude de um som em função do tempo). O sonograma representa em contrapartida a variação das frequências sonoras em função do tempo. Pode-se observar que um sonograma apresenta uma frequência fundamental, à qual se sobrepõem frequências mais elevadas, chamadas harmônicas.




É o que permite distinguir várias fontes sonoras:os sons graves terão frequências baixas, e os sons agudos frequências elevadas.


Amostragem do som


Para poder representar um som num computador, é necessário conseguir convertê-lo em valores digitais, porque este só sabe trabalhar com este tipo de valores. Trata-se, assim, de aumentar pequenas amostras de som (o que corresponde a aumentar as diferenças de pressão) em intervalos de tempos precisos. Chama-se esta ação de amostragem ou de digitalização do som. O intervalo de tempo entre duas amostras chama-se taxa de amostragem. Dado que para restituir um som que parece contínuo para os nossos ouvidos são necessárias amostras de cada 100 000i de segundo, é mais prático raciocinar sobre o número de amostras por segundo, expressadas em Hertz (Hz). Eis alguns exemplos de taxas de amostragem e qualidades dos sons associados :


Taxa de amostragem Qualidade do som
44 100 Hzqualidade CD
22 000 Hzqualidade rádio
8 000 Hzqualidade telefone



O valor da taxa de amostragem, para um CD áudio por exemplo, não é arbitrário, decorre realmente do teorema de Shannon. A frequência de amostragem deve ser suficientemente grande, a fim de preservar a forma do sinal. O Teorema de Nyquist - Shannon estipula que a frequência de amostragem deve ser igual ou superior ao dobro da frequência máxima contida neste sinal. O nosso ouvido percebe os sons até cercq de 20 000 Hz, é necessário, desta forma, uma frequência de amostragem de aproximadamente 40 000 Hz, ni mínimo para obter uma qualidade satisfatória. Existem diversas frequências de amostragem normalizadas:

  • 32 kHz : para a rádio FM digital (banda concorrida limitada a 15 kHz)
  • 44.1 kHz : para o áudio profissional e os discos compactos
  • 48 kHz : para os registadores numéricos multipistas profissionais e o registro grande público (DAT, MiniDisc...)

Representação informática do som


A cada amostra (que corresponde a um intervalo de tempos) é associado um valor que determina o valor da pressão do ar nesse momento, o som por conseguinte não é representado como uma curva contínua que apresenta variações, mas como uma sequência de valores para cada intervalo de tempo:





O computador trabalha com bits, é necessário por isso determinar o número de valores que a amostra pode tomar, isso implica fixar o número de bits no qual se codificam os valores das amostras.

  • Com uma codificação de 8 bits, tem-se 28 possibilidades de valores, quer dizer de 256 valores possíveis
  • Com uma codificação das 16 bits, tem-se 216 possibilidades de valores, quer dizer de 65536 valores possíveis



Com a segunda representação, ter-se-á, obviamente, uma qualidade de som bem melhor, mas também uma necessidade de memória muito mais importante.


Por último, a estereofonia precisa de dois canais sobre os quais se regista individualmente um som, que será fornecido ao altifalante da esquerda, bem como um som que será difundido no da direita.

Um som é então representado (informaticamente) por vários parâmetros:

  • a frequência de amostragem
  • o número de bits de uma amostra
  • o número de vias (só uma corresponde ao mono, duas ao estéreo, e quatro à quadrifonia)

Memória requerida para armazenar um som


É simples de calcular a dimensão de uma sequência sonora não comprimida. Com efeito, conhecendo o número de bits sobre o qual é codificada uma amostra, conhece-se a dimensão deste (a dimensão de uma amostra é o número de bits...).


Para conhecer a dimensão de uma via, basta conhecer a taxa de amostragem, que vai permitir-nos saber o número de amostras por segundo, e por conseguinte a dimensão que ocupa um segundo de música. Este vale :
Taxa de amostragem x Número de bits

Assim, para saber o espaço memória que consome um extracto sonoro de vários segundos, basta multiplicar o valor precedente pelo número de segundos:
Taxa de amostragem x Número de bits x Número de segundos

Por último, a dimensão final do extracto deve multiplicar-se pelo número de vias (será então duas vezes mais importante em estéreo que em mono...).
A dimensão em bits de um extracto sonoro é então igual :

Taxa de amostragem x Número de bits x Número de segundos x Número de vias

Para uma leitura offline, é possível baixar gratuitamente este artigo no formato PDF:
O-som-digital .pdf

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