Fundamentos do Som e Técnicas de Processamento de Áudio

Conceitos Fundamentais do Som

Elementos Essenciais do Som

O som possui 4 elementos:

• Fonte excitadora (ex: dedos na corda do violão);
• Superfície vibratória (ex: caixa do violão);
• Meio de propagação (ex: ar ou aço);
• Receptor (ex: ouvido ou microfone).

Nível de Intensidade Sonora (dB)

A intensidade sonora em decibéis (dB) é calculada pela fórmula: dB = 10 x log10 (I/I₀), onde I₀ é uma intensidade de referência. Existem vários níveis de referência:

• dBm: 1 miliwatt (mW)
• dBu ou dBv: 0.775 volt (V)
• dBV: 1 volt (V)
• dB SPL: 10⁻²² watt/cm² (limiar da audição humana)

Tipos de Ruído

Ruído Rosa

O ruído rosa caracteriza-se por manter a potência (energia) igual entre todas as oitavas sonoras, sendo usado para calibrar sistemas de áudio. Do ponto de vista teórico, a produção de um verdadeiro sinal de ruído rosa é impossível, pois a energia desse sinal seria infinita. Esses sinais são, portanto, aproximados dentro da banda de frequências desejadas.

Ruído Branco

O ruído branco é um tipo de ruído produzido pela combinação simultânea de sons de todas as frequências. É chamado de branco devido a uma analogia feita ao funcionamento da luz branca, que é obtida a partir da combinação de todas as frequências de luz.

Microfone: O Transdutor de Áudio

O som analógico é o som gerado de forma natural. O receptor que mais se assemelha a um receptor analógico é o microfone. O microfone é um transdutor que converte o som em sinais elétricos.

Na maioria dos microfones em uso, as ondas sonoras são convertidas em vibrações mecânicas através de uma fina membrana e, em seguida, convertidas em sinal elétrico (oscilações na voltagem da corrente transmitida pelo cabo) através de uma bobina móvel.

Processamento de Som (Efeitos e Dinâmica)

Amplificação e Atenuação

É a operação de aumentar ou diminuir o volume do sinal, realizada pelo amplificador. Todos os pontos da onda são somados ou subtraídos por um certo número (em dB) definido no amplificador. É o tipo de processamento mais básico.

Compressão

A Compressão é um tipo de amplificação cujo número é controlado pelo próprio sinal, diminuindo os picos fortes e aumentando os sinais fracos, comprimindo a curva (diminuindo a amplitude dinâmica).

É utilizada para:

• Manter o sinal de som mais constante (ex: compensar variações de voz de um cantor no palco devido à posição do microfone);
• Minimizar o clipping quando a gama de quantificação é baixa.

Os parâmetros principais incluem:

• Taxa de compressão (razão entrada-saída);
• Tempo de ataque (quão rápido a compressão atua após o sinal atingir determinado limiar);
• Tempo de decaimento (quão rápido a compressão para depois que o sinal fica abaixo do limiar novamente).

Modelagem de Envoltória

Operação onde a amplificação varia no tempo de acordo com uma envoltória específica.

Noise Gate

O Noise Gate funciona como uma chave para eliminar o ruído. Assim que o sinal de áudio cai abaixo do limiar de detecção, o ruído é eliminado e fica o silêncio em seu lugar, funcionando como o inverso de um limitador.

Parâmetros principais:

• Limiar da detecção de sinal (em dB);
• Tempo de ataque e tempo de decaimento (que definem a velocidade com que o Noise Gate começa/para de atuar quando o limiar é atingido).

O algoritmo é bastante simples: para toda amostra da entrada, se o valor da amostra for menor que o limiar, então seu valor será zero; caso contrário, continuará com o mesmo valor.

Equalização

A Equalização trata-se da utilização de filtros para modificar a resposta em frequência de um sinal de áudio. Pode-se controlar então graves e agudos de acordo com as capacidades do aparelho. Também existem a equalização gráfica e a equalização paramétrica.

A equalização é utilizada para:

• Melhorar a qualidade sonora de um instrumento;
• Produzir efeitos especiais (como dar um som robótico à voz de alguém);
• Ressaltar um instrumento que está mascarado por outros;
• Reduzir o ruído (rejeitando na faixa fora do instrumento desejado).