Áudio digital: frequência de amostragem, bits por amostra e critério de Nyquist

Áudio digital

Em áudio digital, a forma de onda de som é repartida em amostras individuais, regularmente espaçadas no tempo, constituindo uma aproximação à forma de onda original. Este processo é o que se chama de conversão analógico-digital, ou também de amostragem.

Frequência de amostragem

Por taxa de amostragem ou frequência de amostragem entende-se o número de amostras retiradas da forma de onda original, por segundo. Quanto mais elevada for a taxa de amostragem, melhor será a aproximação à onda original.

A taxa de amostragem limita a gama de frequências que o sinal a amostrar pode conter, sendo que o limite máximo para essa gama é metade do valor da taxa de amostragem. Este valor provém de um teorema muito conhecido na gíria do áudio: o Teorema de Nyquist.

Portanto, para um sinal com frequências até 8000 Hertz, é necessário que a taxa de amostragem seja maior ou igual a 16000 Hertz. Por exemplo, nos sistemas baseados em Compact Disc Audio (CD), a taxa de amostragem é de 44100 Hertz (44100 amostras por segundo), visto que a frequência máxima que um ouvido humano pode captar é de cerca de 20000 Hertz.

Bits por amostra

O som é representado então por uma sequência de amostras, regularmente espaçadas no tempo. Essas amostras são representadas numericamente, em formato digital. Este formato consiste num código, chamado código binário, em que os números são representados sob a forma de uma sequência de bits. Um bit pode apenas apresentar o valor ‘0’ ou o valor ‘1’, retratando dois estados possíveis: ligado (‘on’) ou desligado (‘off’). Portanto, se usarmos apenas um bit, apenas temos a capacidade de exprimir dois números. Se acrescentarmos mais um bit, o número de combinações possíveis duplica: ’00’, ’01’, ’10’ ou ’11’, o que significa que já podemos exprimir 2×2= quatro números.

O número de bits usados para representação determina a precisão (ou resolução) em amplitude do processo de amostragem referido atrás. Quanto mais bits forem usados, maior será essa resolução. Para obtermos uma resolução equivalente à de um sistema CD de áudio, são necessários 16 bits, o que significa que temos 65536 combinações numéricas possíveis. Os valores de amplitude amostrados são sempre arredondados para o código binário mais próximo.

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