segunda-feira, setembro 26, 2005

MUSICA DIGITAL DE ALTA RESOLUÇÃO



NOVOS FORMATOS DIGITAIS PARA MÚSICA COM ALTA RESOLUÇÃO


Este artigo destina-se a esclarecer, na medida do possível, o cidadão menos atento às mudanças tecnológicas no nosso universo digital.
Um universo ainda muito imperfeito, mas que vai, pouco a pouco, ganhando terreno, mercê do baixo custo (em comparação com os custos das aparelhagens analógicas tradicionais de alta qualidade).
Isto pretende apenas prestar esclarecimentos mais ou menos razoáveis, sem querer dar um curso intensivo sobre tratamento de som ou edição de som digital. Mas vai com certeza ajudar as pessoas a perceber como se chamam os bois e a fazer escolhas com algum conhecimento de causa.

Para que nos entendamos, aqui vai uma explicação das abreviaturas usadas:

CD - Compact Disc
DVD - Digital Video Disc ( disco de vídeo digital, embora não sirva só para vídeo)
SACD - Super Audio Compact Disc
DAC - Digital to Analog Converter (conversor de digital para analógico)
ADC - Analog to Digital Converter (o inverso do de cima)
Samples - parcelas, ou fatias de música.
bit - dígito simples (pode ser um 0 ou um 1)
byte - grupo de 8 dígitos (por ex: 01101000, ou 11111110, ou 00011000, etc...)
Kilobyte (Kb) - 1024 bytes
Megabyte (Mb) - 1024 Kb
Gigabyte (Gb ou GB) - 1024 Mb
PCM - Pulse Code Modulation (formato musical sem compressão)
DSD - Direct Stream Digital, ou 1 bit para Sigma-Delta
CDA - formato PCM 44.1Khz a 16bits quando gravado em CD


O formato CDA (áudio CD) é limitada nos seguintes aspectos:

Camadas (layers): 1
Canais: 2 (stéreo)
Frequência de amostragem (Sample rate): 44.100 Hz
Profundidade (Quantization): 16 bits

O que quer isto dizer?


Camadas: cada CD tem apenas uma camada onde podem ser gravados dados.
Toda a gente sabe o que são os canais (um direito e um esquerdo).

A Frequência de amostragem: o som é dividido em pequenos impulsos (neste caso 44.100 impulsos em cada segundo de música). Esses impulsos são também chamados "amostras" (do inglês: "samples"). Estes impulsos representam uma vibração. Todos juntos compõe o som complexo que nós ouvimos (melodia, harmonia, ruído, etc...).
A unidade de medida, como qualquer frequência é o Hertz (por ex. 500 Hz são 500 impulsos por segundo).
A profundidade, em bits, é a quantidade de informação que cada impulso traz consigo, ou seja, a informação da frequência e da amplitude da onda sonora que representa. Quanto mais bits forem usados para definir esse impulso, mais preciso pode ser o som bem como mais complicado ou mais completo. Ou então podemos reservar mais dígitos para definir uma muito maior amplitude, ou ambas as coisas.

Esta forma de representar a música em formato digital chama-se PCM (Pulse Code Modulation).

Estas limitações do CD, tanto causadas pelo formato de tratamento de dados, como pelo suporte físico (o disco e o leitor de CDs) não faz um trabalho muito perfeito porque se consegue notar a diferença entre este processo e o processo analógico em que a música não é dividida em parcelas. O som natural é composto por ondas sonoras contínuas e tantas quantas quisermos ao mesmo tempo.

Então pergunta-se: porque gravamos em digital e não em analógico?
E responde-se: porque é muito muito muito mais barato.

A diferença entre o equipamento de estúdio analógico e digital é um abismo. Junto duas imagens que pecam por defeito (é que no estúdio analógico, atrás da mesa misturadora analógica está um armário cheio de aparelhos que custam uma fortuna).

O estúdio digital puro, tem um bom computador, um bom digitalizador e mais alguns instrumentos acessórios que o analógico também tem de ter. Mas o gravador, mesa misturadora, processadores de efeitos (equalizador, reverb, maximizer, compressor, intensificador de estéreo, chorus, flanger, distorcedor, warmifier, ditter), só para dar uma ideia, e todo o resto da panóplia são software contido no computador.
Só em cabos para ligar o equipamento, o analógico gasta quilómetros de fio de cobre, tubo de borracha e alguns quilos de fichas banhadas a ouro.

Com a invenção do DVD surgiu a possibilidade de armazenar muito mais bits no mesmo disco.

Vejamos:

CD = 44100 amostras por segundo vezes 16 bits cada uma dá 705.600 bits por segundo. Cada Byte são 8 bits, logo 88.200 bytes por segundo em cada canal. Como são dois canais, temos 176.400 bytes por segundo. Como o CD tem 800 Mega Bytes, ou seja, 800*1024 Kbytes, ou seja, 800*1024*1024 = 838.860.800 Bytes, então a dividir pelos 176.400 bytes por segundo, dá 4.755 segundos de música, ou 79 minutos. Como se roubam alguns bits para definir a estrutura do CD, número das faixas, nome, e duração, consegue-se gravar 70min. de música.

Ora acontece que o DVD (single layer) diz que tem 4,7 Gigabytes. Sabemos que isto não é verdade. São apenas 4.700.000.000 bytes, O que dá 4,38 GB na realidade.
Quer isto dizer que num DVD podemos meter pelo menos uns 5,8 CDs. Ou então, gravar a música de 1 CD com 5,8 vezes mais resolução.

Agora se pensarmos que há DVDs dual layer que armazenam 7,95 GB e outros ainda para 15,9 GB (double side, dual layer), as possibilidades aumentam um bocado.



Para dar uma ideia da diferença entre a capacidade DVD-Audio e o CD, junto um quadro de comparações:

Para além desta maior capacidade de armazenamento de dados, o formato de gravação/leitura dos sistemas de DVD, permitem outras coisas:

Multicanal - a possibilidade de ter música de alta resolução em 6 canais diferentes.

Imagem + música - podem ser gravadas imagens ou um filme para aparecer junto com a música. Os aparelhos de DVD-Audio têm capacidade para ler o formato normal de DVD-vídeo.

Multi-formato - para além da música de alta resolução, o disco pode também conter a mesma música em formato PCM-stéreo ou AC3 ou AC97 (para poder ouvir-se num DVD-Vídeo, com ou sem Dolby Surround).

Por exemplo: num DVD single layer, poder-se-ia fazer uma distribuição da sua alta capacidade de armazenamento de dados da seguinte forma:

Num DVD dual layer, pode-se ainda aproveitar para gravar uma coisa em cada camada (layer), aumentando assim a compatibilidade.
As camadas estão sobrepostas no disco (uma por cima da outra) e o laser do leitor tem a possibilidade de focar a camada que for indicada pelo software que se encontra gravado na raíz da primeira camada.

IMPORTANTES CONSIDERAÇÕES:

O formato DVD-Áudio, não deve confundir-se com os actuais formatos disponíveis para sistemas DVD-Vídeo. Os sistemas de multicanal disponíveis nos DVD-Vídeo, contèm faixas de música de baixa resolução, comprimida e codificada para ser compreendida pelo processador AC3 ou AC97 presente nos aparelhos. O Dolby surround 5.1 ou mesmo o THX 7.1 é audio de baixa resolução codificado. A banda de áudio de maior qualidade, presente num DVD-Vídeo, é habitualmente a PCM-estéreo, que pode ter 96KHz/24bits (parecido com o DVD-Audio de 2 canais, mas não igual porque não reflecte aumento de amplitude).

O DVD àudio, devido à maior amplitude que permite, (até 144db) dispara tanta corrente eléctrica para os circuitos do DAC (Digital to Analog Converter) que os vulgares circuitos de 5 volts dos nossos aparelhos de DVD-vídeo, derretem. Os aparelhos de DVD-Áudio, possuem circuitos de 10 volts.

Os amplificadores, colunas, etc, têm de ser adaptados a este aumento de amplitude. Os actuais vão à vida em muito pouco tempo (às vezes em segundos).
Este formato está disponível ao público desde o ano 2000 embora os leitores custem entre os 1.500 e os 4.000 EUROS.


O SUPER AUDIO CD

Chegou agora a hora de falar do SACD (Super Audio Compact Disc).

Este sistema, desenvolvido pela Sony, usa também a alta capacidade dos discos semelhantes ao DVD, mas com uma tecnologia diferente e um formato de leitura/gravação diferente também, chamado DSD (Direct Stream Digital).

Este sistema parece-me ser mais parecido com o formato analógico, logo mais parecido com o natural do que o PCM.
A sua resposta à frequência é semelhante e a sua amplitude é também sensivelmente a mesma do DVD-Audio.
O SACD grava bit a bit (não em impulsos) a uma taxa de 2.824 Megabites por segundo o que dá 64 vezes mais do que a resolução de CD. Dá ainda mais que a resolução DVD-Áudio, embora seja questionado se isso é perceptível ao ouvido humano.
A gravação em DSD (também chamada 1 bit para sigma delta) elimina defeitos causados pelo corte da música em impulsos e sua quantização (como acontece no PCM), mas estudos independentes indicam que também sofre de alguns defeitos inerentes ao seu tratamento e manuseamento, nomeadamente falta de linearidade e ruído de alta frequência.

Acontece que, muitas vezes, é preciso passar a gravação para PCM para conseguir editá-la (quando assim acontece, lá se vão as vantagens do DSD).
O SACD tem também uma interessante característica: possui 3 camadas (layers):
A primeira camada, à superfície, é um CD normal de 700MB, para poder ser lida pelo aparelho normal de CD, por ex. o CD do carro.
As outras duas são DVD layers que contêm a gravação da música em formato DSD de alta resolução e eventualmente imagens acessórias, menus, etc...


Já que estamos a falar de discos de DVD, cabe aqui talvez denunciar um mal-entendido:

Como sabemos, os computadores trabalham em sistema hexadecimal, em vez do decimal a que estamos habituados. Daí as coisas aparecerem em multiplos de 16 em vez de múltiplos de 10.
1 Kilobyte não são 1.000 bytes, mas sim 1.024 bytes, ou seja, 64x16 bytes.
Os fabricantes de DVD resolveram aproveitar esta idiossincrasia de linguagem em seu favor e, em vez de considerarem múltiplos de 16, contam em multiplos de 10 (sistema decimal). Isso é incorrecto em termos informáticos, mas correcto em português, inglês, frances, etc...
Para melhor explicar a capacidade dos vários tipos de DVD, fiz um quadrozinho explicativo.

Esta coisa dos bits e Bytes não tem ciência nenhuma. É aritmética pura da 4ª classe. Os iniciados na matéria é que usam linguagens complicadas para que as pessoas comuns não percebam e fiquem a pensar que aquilo é tudo muito complicado e que os tipos são uma espécie de druidas milagreiros.


posted by Avô Mokka @ 11:40 p.m.

3 Comments:

At 4:04 a.m., Anonymous Anónimo said...

As minhas felicitações por esta lição de mestre sobre tudo o que rodeia o mundo da musica digital e não só.
Consigo está-se sempre a aprender e um leigo como eu ao ler este post fica com um conhecimento mais abrangente sobre como se produz musica.

 
At 5:44 p.m., Anonymous Anónimo said...

Parece-me entender que em formato digital é sempre um sub-produto daquilo que é a gravação em analógico.
Então, é apenas por uma questão de preço que usamos CDs em vez de fita magnética ?
Ou a gravação a 24bits resolve definitivamente o problema ?
E os grupos que tocam ao vivo usando processadores de efeitos de 16 e 18bits?
E os sintetizadores MIDI com processamento a 48Hz / 16bits?
Estes não adianta nada passá-los a DVDAudio que eles nunca vão ter a resolução exigida pelos melómanos?

Mas há mais: Quase todos os grupos pop trabalham com guitarras eléctricas, pianos eléctricos, processadores de efeitos, etc. anteriores aos microprocessadores de 24 bits. Isso quer dizer que o som destes não tem remédio ?

Como é que isto funciona exactamente ?

ass: Pedro

 
At 12:08 a.m., Blogger Avô Mokka said...

Caro Pedro: o DVDA ou SACD são formatos vocacionados para apreciadores de som, que são habitualmente apreciadores de música. Está virado para os grandes concertos, os trabalhos dos grandes músicos ou para a música tradicional com instrumentos acústicos.
Evidentemente que não estamos agora a pensar em gravar com perfeição os concertos POP ou PIMBA cujo som natural é uma barulheira sem definição nenhuma, ou os concertos amplificados com os tais processadores de 18bits. Há um principo nestas coisas que funciona muito bem: "shit in shit out", ou seja, o resultado nunca será muito melhor do que a origem.
Se gravarmos um som fraco com boa qualidade de gravação, obteremos um DVDA de um som fraco muito bem definido.
Não duvido que, daqui a uns anos até o rancho das ceifeiras de fajões gravará em DVDA porque as pessoas não vão querer ficar inferiorizadas por não usar o top da tecnologia, mas que será supérfluo, isso sim.

Quanto aos 24bits serem a solução definitiva: claro que não.
O analógico é a solução definitiva.
Todos os músicos com dinheiro gravam em analógico. Depois passam para digital, mas ficam com a fita magnética para arquivo. Conforme a tecnologia for evoluindo, pega-se na fita e volta-se a digitalizar, cada vez com mais qualidade.

Lembra-te que eu trabalho, nos Estúdios Mokka com processadores de efeitos de 192Kz/64bits de processamento interno. Isto quer dizer alguma coisa, não?

inté
ass: http://estudiosmokka.pt.vu

 

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