o debate analógico vs Digital audio é muito polarizante. Reparei que a maioria das pessoas defende um lado ou outro, permitindo pouco espaço para nuances. A verdade é que tanto o áudio analógico quanto o digital têm desvantagens e vantagens. Espero oferecer uma explicação imparcial das diferenças neste post.

a diferença entre áudio analógico e digital é encontrada na forma como a informação de áudio é armazenada. As ondas sonoras são uma série de vibrações através de um meio. A tecnologia analógica de gravação de áudio armazena esta informação criando uma série de cargas magnéticas ao longo de um carretel de fita magnética. A tecnologia de áudio Digital armazena informações de áudio como uma série de valores numéricos em um disco rígido.

neste post, você vai aprender os prós e contras de cada método de gravação, juntamente com a diferença entre tecnologias de áudio analógico e digital para aplicações de som ao vivo.

a diferença entre áudio analógico e digital é encontrada na forma como a informação de áudio é armazenada. A tecnologia analógica de gravação de áudio armazena esta informação criando uma série de cargas magnéticas ao longo de um carretel de fita magnética. A tecnologia de áudio Digital armazena informações de áudio como uma série de valores numéricos em um disco rígido.

a informação neste post foi escrita para ser o mais fácil de entender possível. Alguns conceitos neste artigo farão mais sentido se você tiver uma compreensão básica de como o som funciona. Se você achar alguma das seguintes seções confusas, sinta-se à vontade para referenciar este post que eu escrevi em bases de áudio.

Antes de começar a discutir as diferenças entre sistemas de áudio digitais e analógicos, acho que é importante mencionar que todos os sistemas de áudio digitais incluem alguma tecnologia de áudio analógica. Microfones são dispositivos de áudio analógicos que transduzem a energia acústica em um sinal elétrico analógico. Preamplifiers, Amplificadores de potência, e altifalantes são todos dispositivos analógicos, também. O foco principal desta seção será destacar as principais diferenças na tecnologia de gravação analógica e digital.

Áudio Analógico

Fita

fita magnética é o melhor método de áudio analógico para gravação e reprodução. As máquinas de fita funcionam de acordo com o seguinte princípio: quando uma corrente elétrica é enviada através de um fio, um campo magnético forma-se em torno do fio, e vice-versa.

para gravar áudio, uma máquina de fita envia sinais de áudio eléctricos através de um fio enrolado em torno de um íman que é mantido próximo da fita magnética. Esta bobina de arame em torno do íman é chamada de cabeça de disco. À medida que a fita passa através do campo magnético criado pela cabeça de registro, as partículas ao longo da fita são carregadas magneticamente. O padrão das cargas magnéticas ao longo da fita assemelha-se ao sinal de áudio enviado através da bobina do fio. A amplitude do sinal de áudio correlaciona-se com a magnitude das cargas magnéticas criadas na fita.

para reproduzir o áudio, o processo é revertido. A fita magnetizada cria uma corrente elétrica na cabeça de jogo, que se conecta a um amplificador para ser tocado através de alto-falantes.

existem vários tipos de máquinas de fita e fita que afetam a qualidade do áudio gravado. As duas variáveis principais são a velocidade da fita e largura da fita.

Fita de Velocidade

A taxa na qual a banda passa o registro de cabeça afeta a qualidade da gravação. Uma velocidade de fita mais rápida produz uma gravação com maior frequência de resposta, menos hiss, e quedas mais curtas. A velocidade da máquina de fita é medida em polegadas por segundo (ips). As velocidades comuns da máquina de fita são de 7 – ½ ips, 15 ips e 30 ips. O padrão para a gravação profissional é de 15 ips.

Largura da fita

a largura da fita também afeta a qualidade da gravação. Fita mais larga permite uma gravação de maior qualidade. No entanto, a largura da fita pode ser utilizada para gravar mais faixas em vez de melhorar a qualidade de áudio de uma única faixa. Isto permite que várias fontes sejam gravadas e reproduzidas de forma independente.

Vinil

Vinyl records é o meio de consumo padrão para gravações analógicas de áudio. Eles são mais fáceis de manter, armazenar e distribuir. Comparado com fita, discos de vinil são menos vulneráveis aos elementos. Enquanto a fita pode ser destruída por exposição magnética, os registros de vinil são imunes aos campos magnéticos porque eles usam um meio diferente de armazenamento de áudio. Ao invés de Carga Magnética, Os sulcos texturizados na superfície dos registros de vinil armazenam a informação de áudio.

Como um disco de vinil gira a uma taxa específica, um estilete viaja através das ranhuras em sua superfície. Como o stylus se move para trás e para a frente com as ranhuras, ele cria uma corrente elétrica em um fio que se conecta a um amplificador para ser tocado através de alto-falantes. A amplitude do sinal de áudio está correlacionada com a intensidade no movimento do estilete.

Você pode ver uma animação de como um disco de vinil funciona por Animagraffs. Animagraffs é um site que cria animações incríveis de várias tecnologias.

discos de vinil são usados apenas para reprodução no mundo moderno. Gravações analógicas são feitas com fita magnética. As fitas são usadas para criar moldes para pressionar a informação para discos de vinil.

Áudio Digital

PCM (modulação por código de impulsos)

PCM, ou modulação por código de impulsos, é o método padrão para codificar sinais de áudio em informações binárias. Na gravação analógica de áudio, um modelo das ondas sonoras é criado usando carga magnética. No entanto, o PCM cria um modelo das ondas sonoras armazenando uma sequência de valores numéricos que representam a amplitude em vários pontos ao longo de uma onda.

estes valores são representados por grupos de bits binários, chamados de amostras. Cada amostra representa um valor numérico dentro de uma gama pré-determinada de valores possíveis. Este processo é chamado de quantização, e é realizado por um conversor analógico-digital (conversor A-to-D).

durante a reprodução de uma gravação digital, as amostras são convertidas de volta para sinais elétricos e enviadas para altifalantes. Este processo é realizado por um conversor digital a Analógico (Conversor D-A-A ou DAC).

Aqui está uma ilustração simplificada de como as ondas de áudio são armazenadas usando amostras digitais:

Profundidade de Bits

Cada amostra representa um valor dentro de um intervalo de valores possíveis. A gama de valores possíveis é determinada pela profundidade do bit. Profundidade de bits é o termo que descreve quantos bits são incluídos em cada amostra. cada bit pode representar dois valores possíveis. Amostras que utilizam mais bits podem representar uma maior gama de valores, e portanto podem armazenar informações mais precisas sobre a amplitude de uma onda sonora. Cada vez que um bit é adicionado, o número de valores possíveis é dobrado. Enquanto um bit pode representar dois valores, dois bits podem representar quatro valores, três bits podem representar oito valores, e assim por diante.

Bit Depth	Possible Values
1-bit	2
2-bit	4
4-bit	16
8-bit	256
16-bit (CD Standard)	65,536
24-bit (Professional Standard)	16,777,216

a profundidade de bits padrão para CDs é de 16 bits, permitindo 64.536 possíveis valores de amplitude. O padrão profissional é um pouco de profundidade de 24 bits, o que permite 16.777.7.216 possíveis valores de amplitude! No entanto, a maioria dos estúdios gravam e mixam usando 32-bit floating point, que será discutido em um post diferente.

taxa de amostragem

a taxa de amostragem determina quantas amostras são colhidas de uma onda sonora por segundo. A frequência da amostra é medida em Hertz (Hz). O registo a uma taxa de amostragem mais elevada permite registar frequências mais elevadas.

O Teorema de Nyquist afirma que a amostragem digital só pode representar fielmente frequências inferiores a metade da taxa de amostragem. Isto significa que se você quiser capturar 20kHz, a maior frequência audível para os humanos, você deve usar uma taxa de amostra superior a 40kHz.

Por esta razão, 44.1 kHz é a taxa de amostragem padrão para CDs. O áudio profissional para vídeo utiliza um padrão de 48kHz. Muitas gravações superam muito esses padrões, com taxas de amostra de 96kHz e mais além!embora o benefício das taxas de amostragem mais elevadas seja frequentemente entendido como uma extensão da Gama de frequências registada, este não é o principal benefício. Eu não vou entrar muito fundo nele neste post, mas tem mais a ver com o tipo de filtro anti-aliasing que pode ser usado para filtrar frequências mais altas com menos artefatos. A largura de banda resultante de uma gravação de 44,1 kHz e uma gravação de 96 kHz são virtualmente a mesma no final.

formatos de Compressão De Dados De Áudio Digital

os arquivos de áudio produzidos pelos estúdios de gravação são muito grandes, devido à quantidade de informação que eles contêm. Se uma música de 3 minutos for gravada com uma profundidade de 24 bits e uma taxa de amostragem de 96kHz, o tamanho do arquivo será de aproximadamente 52MB. Este arquivo é muito grande para aplicações de consumo, como streaming. Por esta razão, os formatos de compressão de dados são usados. Compressão de dados é um método de reduzir o tamanho de um arquivo. Existem duas categorias principais de formatos de compressão de dados, lossy e lossless.

formatos de Compressão de dados com perdas (MP3 & Streaming)

Se a informação for perdida através do processo de compressão de dados, o formato de compressão utilizado é lossy. Infelizmente, os formatos de compressão de dados mais utilizados no áudio consumidor são lossy. Isto significa que, embora algoritmos especiais sejam usados para reduzir efeitos negativos, os dados são perdidos durante o processo de compressão do arquivo. Uma vez que os dados são perdidos, ele nunca pode ser restaurado.

os formatos de compressão de dados de áudio com Perdas mais comuns são MP3, AAC e Ogg Vorbis. Estes formatos são usados para armazenar muitos arquivos com espaço limitado de disco rígido ou conteúdo de streaming sobre conexões de internet de largura de banda limitada.

os algoritmos proprietários por trás destes formatos visam priorizar o conteúdo baseado em modelos de percepção humana do som e destruir o conteúdo de baixa prioridade.

formatos de Compressão de dados sem perdas (FLAC & AIFF)

Se nenhuma informação for perdida através do processo de compressão de dados, o formato de compressão utilizado é sem perdas. Alguns serviços de streaming, como a maré, utilizam compressão sem perdas. Usando estes formatos, a informação pode ser codificada em um arquivo menor e posteriormente decodificada, finalmente restaurando a informação original PCM como um arquivo WAV. Embora estes formatos economizem algum espaço em comparação com arquivos descompactados, eles não estão em nenhum lugar perto da eficiência dos formatos lossy.

diferenças chave entre áudio analógico e Digital: Gravação e reprodução

Como pode ver, as tecnologias de gravação analógica e digital de áudio partilham um objectivo comum – criar um modelo de formas de ondas acústicas que possam ser reproduzidas com a maior precisão possível. Cada Tecnologia Realiza este objetivo muito bem. A qualidade de áudio alcançada usando um método não é necessariamente melhor do que o outro, apenas diferente. As qualidades únicas de cada método serão exploradas nesta seção.tal como mencionado acima, a gama de frequências de um sinal digital está limitada a frequências abaixo da frequência Nyquist. Em teoria, os limites superiores dos meios de gravação analógicos são muito maiores do que o alcance humano da audição. esta diferença não é tão significativa como pensa. Em primeiro lugar, qualquer benefício de uma largura de banda alargada para além de uma gravação digital a 44.1 kHz taxa de amostra estaria além da Gama de percepção humana – para não mencionar as gamas de frequência estendidas possíveis por taxas de amostra mais elevadas. em segundo lugar, a maioria dos equipamentos de áudio (Microfones, Altifalantes, etc.) tem filtros de limitação de banda incorporados. Estes são efetivamente filtros de passagem Baixos que impedem a captura ou reprodução de frequências além da Gama humana de audição. Assim, há uma diferença técnica na faixa de frequência entre áudio analógico e digital, mas não uma diferença prática.

Na verdade, o principal benefício de maiores taxas de amostra em áudio digital não é realmente uma maior faixa de frequência para o ouvinte, mas a capacidade de usar diferentes filtros anti-aliasing. Isso não efetivamente amplia a faixa de frequência, mas em vez disso reduz os artefatos causados pela amostragem. Vou aprofundar este conceito mais tarde.

Sound Floor

a principal desvantagem para a tecnologia analógica de gravação de áudio é que ela tem um nível de ruído significativamente mais elevado em comparação com a tecnologia digital. mesmo a fita analógica de alta qualidade contém ruído magnético. Esta é a causa de hiss em gravações analógicas. O chão de ruído teórico de uma gravação digital de 24 bits é – 144dB-efetivamente infinito.lembre-se, o piso de ruído de qualquer sistema é tão baixo quanto o piso de ruído combinado de todos os seus componentes. Isto significa que mesmo os sistemas digitais serão ruidosos se a cadeia de sinais contiver elementos eletrônicos ruidosos.

vulnerabilidade & longevidade

não só os meios analógicos, tais como fita e vinil, contêm ruído inerente, mas também são extremamente vulneráveis à degradação ao longo do tempo. As mídias digitais, como discos rígidos e CDs, são muito mais resistentes.todos os meios físicos, analógicos e digitais, degradam-se ao longo do tempo. A primeira vez que uma gravação é tocada de volta é o melhor que a gravação vai soar. Ouve discos de vinil antigos, e isto torna-se óbvio. a fita analógica deve ser preservada em condições muito específicas para evitar a perda de qualidade ao longo do tempo. Discos de vinil são danificados cada vez que são tocados. Os meios digitais também podem ser danificados, mas a degradação é muito mais fácil de prevenir.

uma gravação digital é uma série de números que podem ser reproduzidos infinitas vezes com precisão perfeita, enquanto que cada reprodução de áudio analógico adiciona ao ruído total da gravação. Por exemplo, se você transferir uma gravação de fita para outro carretel de fita, você terá gravado o ruído do primeiro carretel para o segundo carretel.

portabilidade e reprodutibilidade

finalmente, os meios de áudio digitais são drasticamente mais Portáteis e reprodutíveis do que os meios analógicos. Não só são discos rígidos e armazenamento flash muito menor e mais leve do que bobinas de fita e discos de vinil, mas a informação digital guardada sobre eles pode ser enviado através do planeta em segundos usando a Internet. A reprodução da informação digital não tem praticamente qualquer custo em comparação com a reprodução de meios analógicos.

nesta secção, em vez de sistemas de gravação, vou destacar as diferenças entre os sistemas de reforço e distribuição analógico e digital de áudio. Estes são os sistemas utilizados em aplicações de endereços públicos e concertos ao vivo.

Áudio Analógico

Sistemas áudio analógicos para reforço e distribuição de som não requerem tecnologia de gravação. um sinal acústico é convertido em electricidade através de um microfone. O sinal de áudio elétrico é enviado para um pré-amplificador de microfone, em seguida, para efeitos de áudio analógicos e misturadores, e, finalmente, para um amplificador. O sinal de áudio amplificado é convertido de volta para a energia acústica por um altifalante.

do início ao fim de qualquer cadeia de sinal analógico, o sinal de áudio é na forma de energia acústica ou elétrica. Não há necessidade de armazenar o sinal. Tudo acontece em tempo real à velocidade da eletricidade em um fio: cerca de 75% da velocidade da luz.

Áudio Digital

sistemas áudio digitais para reforço e distribuição de som requerem tecnologia de gravação.

o sinal de áudio elétrico é convertido, ou quantizado, em PCM (modulação de código de pulso). Sempre que um sinal é convertido de analógico para digital ou digital para analógico, esta quantização ocorre. Isso significa que cada sinal enviado de e para um efeito digital usando cabos analógicos é convertido para PCM dentro da unidade, processado, e então convertido de volta para a energia elétrica. Todos os processadores de áudio digital, mixers e amplificadores criam gravações breves para processar sinais de áudio.

diferenças chave entre áudio analógico e Digital: reforço e distribuição

latência

embora a velocidade a que estas quantizações digitais são processadas seja extremamente rápida, elas ainda são muito mais lentas do que a eletricidade que se move através de um fio. Esta característica dos sistemas de áudio digital tem o efeito negativo de adicionar latência ao sinal. Latência é o atraso de um sinal causado pelo processamento.

Todos os sistemas áudio digitais adicionam latência à cadeia de sinais. No entanto, os efeitos da latência foram drasticamente reduzidos à medida que a tecnologia continua a melhorar. Um dos principais inconvenientes para adicionar latência a um sistema é o risco de interferência de fase destrutiva. Se um sinal tomar dois caminhos, cada um adicionando latência ao sinal de forma diferente, os sinais estarão fora de fase, e pode causar filtragem de comb ou eco. Latência também pode fazer com que uma experiência de monitoramento não natural para músicos e outros talentos. Se um sinal é atrasado, a pessoa que fala ou toca um instrumento pode ser confundida como eles se monitoram com fones de ouvido. Por esta razão, é geralmente melhor monitorar diretamente através de uma cadeia de sinal analógico se o sistema digital adiciona latência demais a um sinal.

portabilidade

a principal desvantagem dos sistemas analógicos é o seu peso e tamanho. Misturadores de áudio digitais modernos contêm dentro deles equalizadores, compressores, portões e outros efeitos para cada canal. Sistemas analógicos com as mesmas capacidades de processamento exigiriam várias prateleiras e milhares de quilos de engrenagens.

é muito mais simples configurar efeitos digitais na mosca dentro de uma consola digital, sem necessidade de adicionar cabos analógicos para patching. Se um engenheiro de mix gostaria de tentar um efeito diferente no meio do show, eles devem simplesmente pressionar alguns botões com um sistema digital. Esta mudança pode exigir repatching de um sistema analógico.enquanto o equipamento analógico contém os Componentes elétricos pesados que compõem equalizadores, compressores e efeitos de reverberação, os chips de processamento de sinais digitais oferecem ferramentas similares em uma fração do espaço e do peso.à medida que acorrenta cada vez mais efeitos analógicos, o ruído electrónico de cada dispositivo soma-se. Usando mais efeitos digitais não adiciona ruído ao sinal porque o sinal nunca sai do processador de sinal digital. Somente o ruído inerente de um único dispositivo está presente, ao invés do ruído inerente de muitos dispositivos.

o Debate continua

a verdade é que ambos os sistemas de áudio analógicos e digitais têm valor no mundo moderno. O debate sobre o qual é melhor e o que é pior nunca terminará, porque não há uma resposta clara.

Há um milhão de aplicações para a tecnologia de áudio, e cada um pede um conjunto único de equipamentos. Como engenheiro de áudio, músico ou ouvinte, cada um deve decidir sobre um conjunto de equipamentos de áudio que atende às necessidades de cada situação única.