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Como Conversores Analógico/Digital Funcionam


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Como Conversores Analógico/Digital Funcionam

Som Surround: Compactação de Áudio

Quando fizemos os cálculos para encontrar a quantidade de espaço em disco que um áudio com qualidade de CD necessitaria, tivemos que multiplicar o espaço requerido por dois, uma vez que os CDs utilizam dois canais independentes. Você pode gravar informações de áudio totalmente diferentes em cada canal (esquerdo e direito) de um CD. Eles são completamente independentes.

Agora imagine a quantidade de espaço que um sistema de som surround precisaria, já que eles utilizam quatro ou mais canais de áudio independentes. Se fizermos as contas para o formato de som surround mais popular atualmente, o 5.1 – que é usado pelos DVDs –, chegaríamos à conclusão de que seriam necessários 441.000 bytes por segundo de espaço em disco, ou 25 MB por minuto, se a qualidade de CD for usada. Se você pegar um filme típico de uma hora e meia de duração, seriam necessários 2,2 GB de espaço em disco simplesmente para armazenar o áudio, não contando com o filme em si.

Para os cálculos acima consideramos apenas cinco canais de áudio. O sexto canal, o canal de graves (canal do subwoofer, também conhecido como LFE, Efeitos de Baixa Freqüência ou Low Frequency Effects), necessitaria menos espaço em disco, já que podemos usar uma taxa de amostragem menor para ele, pois o subwoofer é usado apenas para sons de baixa freqüência. Daí o nome ‘5.1” e não “6”: o sexto canal não é um canal “completo”. Se consideramos o canal de subwoofer, o espaço requerido em disco seria ainda maior.

A solução é usar compressão de áudio para diminuir a quantidade de espaço em disco necessário. Todos os algoritmos de compressão de áudio disponível em DVDs são baseados em perda de dados, ou seja, o sinal de saída não é igual ao som original. Apesar de os especialistas afirmarem que os usuários comuns não conseguem perceber a diferença entre um som sem compactação (PCM) de um som com compressão de áudio baseado em perda de dados, audiófilos afirmam que conseguem perceber esta diferença. É por isto que para certos títulos o áudio PCM de dois canais (ou seja, qualidade de áudio de CD) é uma opção.

Os dois algoritmos de compressão de áudio comerciais mais populares são o Dolby Digital (também conhecido como AC3) e o DTS (Digital Theater System, Sistema de Cinema Digital). A taxa de transmissão (“bitrate”) do Dolbly Digital varia entre 384 Kbps e 448 Kbps, embora seja possível obter uma taxa de transmissão até 640 Kbps. A taxa de transmissão do DTS varia entre 768 Kbps e 1.536 Kbps. Como o DTS utiliza uma taxa de transmissão maior do que a do algoritmo AC3, especialistas afirmam que o algoritmo DTS tem uma qualidade de áudio melhor do que do Dolbly Digital, já que quanto maior a taxa de transmissão menor é a perda dos dados originais na compressão. Para efeito de comparação, um áudio PCM de 5 canais com qualidade de CD tem uma taxa de transmissão de 3.445 Kbps (mais uma vez não computamos o canal de graves).

Na prática, existem outras diferenças. Discos de DVD com codificação de áudio DTS podem ser tocados apenas em receivers capazes de decodificar DTS, enquanto todos os receivers de home theater podem tocar DVDs com compressão de áudio Dolby Digital. Em cinemas, filmes que usam som Dolby Digital têm uma faixa óptica na película com as informações de áudio digital codificadas, enquanto filmes com som DTS têm somente uma faixa de controle na película que comanda um CD-ROM que tem as informações de áudio digital armazenadas.

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Comentários de usuários

Respostas recomendadas

Na atualização desse artigo, de 08/12/2006, encontra-se um erro referente à explicação dos gráficos na página 2.

Para nossas explicações, considere o sinal analógico mostrado na Figura 1. Vamos assumir que este é um sinal de áudio, já que esta aplicação é a mais comum para conversões analógico/digital e digital/analógico. O eixo “x” representa a tensão enquanto que o eixo “y” representa o tempo.

Na verdade, o eixo "y" representa a tensão enquanto que o eixo “x” representa o tempo.

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Noosa!

Excelente artigo!

Me lembrou perfeitamente da minha segunda aula de Sistemas de Programação I que tive!

Se a aula não tivesse sido há 4 meses, poderia jurar que o professor usou o artigo como base para a aula!

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Muito bom artigo, dá para entender melhor a lógica usada nestes sistemas moduladores de sinal.

Tenho um comentário para o amigo leandrolnh:

Na atualização desse artigo, de 08/12/2006, encontra-se um erro referente à explicação dos gráficos na página 2.

Na verdade, o eixo "y" representa a tensão enquanto que o eixo “x” representa o tempo.

Pois é, isso pode confundir um pouco, mas não é propriamente um erro, apenas por convenção é considerado o eixo horizontal como o eixo X e o eixo vertical como o eixo Y. Se você reparar bem, não erro nas interpretações sobre os eixos X e Y que o Cassio Lima e o Gabriel Torres fazem sobre o gráfico.

Se não me engano o pessoal do sul do Brasil tem um jeito de escrever as notações diferentes do usual em relação ao resto do Brasil sobre os eixos X e Y ou mais eixos (tenho um professor de SC que escreve assim).

Se tiver alguém de SC ou RS, me diga se isso acontece ou não nas escolas e ou faculdades.

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Sr Gabriel preciso tirar uma duvida referente a conversores ADC/DAC

no trecho

"Informações digitais não são apenas restritas aos computadores. Quando você fala ao telefone, por exemplo, sua voz é convertida em um sinal digital (esta conversão pode ser feita na central da operadora de telefonia, caso sua linha seja analógica, ou na sua casa, caso você esteja usando uma linha ISDN ou DSL), já que sua voz é um sinal analógico e a comunicação entre as comutadoras de telefonia é feita digitalmente."

No caso DSL me parece haver um erro, pois acho que não ha conversão analogico digital da voz na minha casa ,pois o canal telefonico continua separado do canal de dados, tanto é que usamos um filtro de linha que vai conectado ao aparelho telefonico e também quando desligamos o computador o modem DSL também é desligado como poderia haver tal conversão? Os dados saem do modem DLS de forma digital e vão até o DSLAM na central enquanto a voz sai do aparelho de forma análogica e somente é transformada em digital nos circuitos ADC da central de comutação.

Poderia sim haver conversão analogico digital caso eu estivesse usando voz sobre IP,onde ai sim a voz se

transformaria em dados no meu computador que seria passado ao modem DSL que a transmitira de forma digital.

Espero ansioso pela resposta .

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Onde encontro uma descrição mais detalhada do conversor AD do tipo SAR? Imagino que o tal de Controle possa estar composto de um registrador de deslocamento e portas AND e que a própria unidade SAR possa estar formada por um latch e um registro de deslocamento, bem como o tal de Buffer por um latch.

Agradeço desde já a resposta, já que a implementação circuital detalhada possa contribuir em muito para a melhor compreensão do assunto!

No caso do conversor A/D por inclinação única faltou dizer uma coisa muito importante qual seja que a constante de tempo RC deve ser igual ao período do clock multiplicado por 2^n - 1, onde n é a quantidade de bits com que se quer codificar a amostra. Outra coisa importante a comentar seria a velocidade que precisa ter o clock para amostrar um sinal com máximo conteúdo harmônico de X KHz.

Abraço

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Também, no caso do conversor A/D por dupla inclinação, deveria ser dito que o tempo T1 fixo para carga do capacitor com a chave analógica comutada para Vin deve ser 2^n - 1 multiplicado pelo período do clock. Desta feita, também, os valores dos componentes do conjunto RC podem ser escolhidos com maior flexibilidade.

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Mais uma observação com relação ao artigo em referência.

Na página 9 onde se trata do conversor Sigma-Delta, no segundo parágrafo após a figura 14, onde diz:

A saída do flip-flop é usada para realimentar o circuito através de um conversor D/A de um bit. Este conversor D/A de um bit converterá basicamente o “0” ou o “1” armazenado no flip-flop em uma tensão de referência positiva ou negativa para ser somado na saída de um integrador somador,

corrigir para : a entrada de um integrador somador. (Ver no original em Inglês em: http://www.hardwaresecrets.com/article/How-Analog-to-Digital-Converter-ADC-Works/317/9)

Outrossim, recomendo a leitura do artigo: Delta-sigma modulation na Wikipedia em: http://en.wikipedia.org/wiki/Delta-sigma_modulation

para maiores esclarecimentos.

Abraço a todos

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  • Administrador
Mais uma observação com relação ao artigo em referência.

Na página 9 onde se trata do conversor Sigma-Delta, no segundo parágrafo após a figura 14, onde diz:

A saída do flip-flop é usada para realimentar o circuito através de um conversor D/A de um bit. Este conversor D/A de um bit converterá basicamente o “0” ou o “1” armazenado no flip-flop em uma tensão de referência positiva ou negativa para ser somado na saída de um integrador somador,

corrigir para : a entrada de um integrador somador. (Ver no original em Inglês em: http://www.hardwaresecrets.com/article/How-Analog-to-Digital-Converter-ADC-Works/317/9)

Outrossim, recomendo a leitura do artigo: Delta-sigma modulation na Wikipedia em: http://en.wikipedia.org/wiki/Delta-sigma_modulation

para maiores esclarecimentos.

Abraço a todos

Obrigado, corrigido! :)

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