Diferença qualitativa entre formatos de som digitais

No passado escrevemos sobre vários formatos de som, de codificadores de som, os codecs, e as vantagens que cada um oferece. Desta vez trazemos uma experiência didática com intuito de demonstrar as diferenças que existem entre o sinal de som original e as versões que foram convertidas da cópia mestre (atenção que como cópia mestre refere-se a uma versão equivalente ao que se arranja num CD de música comercial e não ás masterizações originais que estão nas mãos dos produtores).

 Como já foi dito, o som digital não passa de uma onda que tem uma representação matemática. Esta representação permite-nos inferir que cada valor de amplitude temporal pode ser anulado pela soma do seu simétrico, e assim podemos equacionar dois sinais iguais onde um é simétrico, ou invertido, e do resultado da soma de ambos esperamos obter…silêncio!

 Para se verificar esta asserção procedeu-se a usar o software de manipulação de som Audacity versão 2.1.2, que é livre e de código aberto. A música usada para esta experiência foi “Loner” da banda Black Sabbath do álbum 13.

Como foi possível ver no vídeo acima, e tal como era esperado, a soma dos sinais simétricos anulou-se. Desta forma podemos então quantificar as diferenças causadas pela conversão de ficheiros de som digitais para formatos que removem conteúdo no processo de codificação. Esta experiência vai estar restrita a 3 formatos de som: flac que serve como cópia mestre, mp3 por ser (infelizmente) o mais popular e ogg que é uma boa alternativa ao anterior, e cujas capacidades merecem ser expostas ao público. É também importante referir que o formato ogg é usado na atualidade pelo serviço de streaming de música Spotify.

A música acima mencionada foi convertida para os formatos mp3 e ogg com recurso ao software Gnome SoundConverter versão 2.1.6 usando os parâmetros que permitissem a melhor qualidade para cada formato, logo ogg ficou com maior bitrate que mp3. Para verificar as diferenças usou-se o mesmo procedimento do vídeo anterior mais um passo que envolve sincronizar manualmente a onda devido à conversão para mp3 acrescentar um pequeno vazio ao início da música. A qualidade de sincronização pode ser verificada na figura seguinte.

alinhamento loner mp3

O resultado pode ser visto no vídeo abaixo.

 O primeiro resultado que se retira deste vídeo é que, ao contrário do primeiro, as ondas não se anulam, pelo que daqui se concluem duas coisas importantes: primeiro é que as diferenças entre uma música em mp3 e flac são percetíveis ao ouvido humano, a segunda é que destas diferenças é facilmente reconhecível a música que se está a ouvir pelo seu ritmo, assim como o som da máquina de barbear a roçar no microfone…AND GOD BLESS OZZY OSBOURNE!! Ahem…

De seguida procedemos a um outro teste que desta vez compara a mesma música entre os formatos mp3 e ogg. Na figura seguinte é possível observar uma imagem que compara o alinhamento de ambos os ficheiros de música. É importante referir para quem queira aventurar-se a fazer mesmos testes que o formato ogg convertido de flac não altera o alinhamento da onda em relação ao original.

alinhamento loner mp3 vs ogg

Os resultados são semelhantes aos anteriores o que nos indica que as diferenças sonoras entre mp3 e ogg também são percetíveis.

Ora, depois de termos lido vários artigos de várias fontes que inferem repetidamente que o ouvido humano não consegue distinguir as diferenças de som entre a resolução destes formatos, eis um exemplo.

Os nossos resultados deixam-nos inquietados. É certo que não temos maneira de garantir que estes testes são infalíveis, mas por outro lado o alinhamento das ondas parece-nos ser suficientemente preciso para garantir que as diferenças causadas entre a má sincronização tenham uma amplitude baixa que em teoria deveria ser de difícil audição quando a soma das ondas é reproduzida. Não estando então satisfeitos com o que obtivemos continuamos então para mais testes.

 Agora em vez de sermos nós a realizar a conversão de formato de ficheiros, vamos utilizar músicas que foram convertidas pela fonte que as produziu. O exemplo seguinte usa a música “…Steel for Humans” da banda sonora do jogo “The Witcher 3“. Os moldes do exemplo são iguais aos anteriores com comparação entre flac e mp3.

Neste vídeo já se nota menos a diferença entre as ondas contudo, a masterização da música original é também importante para a avaliação entre as diferenças. A primeira música foi masterizada de uma forma que aumenta a amplitude do som de forma a que quando é reproduzida pareça ser mais alta. Mesmo assim no exemplo acima ainda se pode escutar diferenças importantes como o ritmo dos tambores da música e menos percetível mas ainda presente encontra-se também a voz do coro a cantar.

De seguida temos a mesma experiência mas agora para flac vs ogg. Relembramos agora que neste caso não foi necessário fazer alinhamento manual por ser formato ogg, contudo o produtor original não disponibiliza a música neste formato pelo que tivemos de ser nós a fazer a conversão pelo mesmo método mencionado acima.

Neste exemplo escutam-se ainda menos diferenças do que ano anterior onde era usado o mp3 e a intensidade das diferenças é ainda menos como pode ser observado no gráfico de intensidade (pequena barra verde no topo do vídeo).

 Por último vamos pegar num caso ainda mais dramático! Até agora as musicas usadas como exemplo são feitas com instrumentos naturais e com vocais reais, mas agora vamos pegar em música “eletrónica” que usa sintetizadores para construir os sons. A diferença de onda de um sintetizador para um instrumento real está em que o sintetizador recria sempre o mesmo som enquanto que para fazer o mesmo num instrumento real torna-se numa tarefa difícil. Os sintetizadores usam sons modelados matematicamente por isso na sua maioria os formatos de onda costumam ser simples ao ponto de não necessitarem de muita resolução de frequência para serem bem reproduzidos. O exemplo que se segue usa a música “Welcome to VA-11 HALL-A” do artista Garoad que está presente no álbum Second Round que pode ser obtido no site Bandcamp.

 Apesar da comparação ser feita com musicas cujo formato é fornecido pelo produtor, por ser em mp3 tivemos mais uma vez de alinhar a onda com a versão em flac. A qualidade do alinhamento pode ser visualizada na imagem abaixo.

alinhamento va11halla mp3

 Curiosamente na imagem acima podemos já verificar mesmo antes de se ouvir as diferenças que a versão de baixo (mp3) tem zonas onde a densidade de sinais é inferior! Mais uma vez relembramos que esta versão vem do produtor original.

As diferenças podem ser ouvidas no vídeo abaixo.

Este exemplo acaba por ser o mais inesperado de todos, pois devido à natureza da música estaríamos à espera de encontrar diferenças mas negligenciáveis, contudo encontramos uma música bastante reconhecível na subtração destes dois formatos.

 

No fim de isto tudo esperamos ter conseguido chegar a conclusões mais definitivas sobre a natureza da qualidade de som digital assim como as motivações que levam entidades diferentes a optar por formatos diferentes, onde uns são mais produtivos e retratam melhor a “visão” original do artista e outros que são mais antiquados que a própria Internet cough…mp3…cough. Admitimos também que a motivação que levou à escrita deste artigo não foi tanto para demonstrar as capacidades do formato ogg, apesar deste o bem merecer, mas foi mais para demonstrar que existem claras diferenças entre a qualidade de música entre um formato lossless e um formato lossy.

 -Ricardo

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