Bit Perfect Audio – Fidelidade de som digital

Geralmente quando um sistema operativo processa um sinal sonoro, a informação digital guardada do sinal original não é conservada de uma forma fiel até chegar ao processo de a transformar na forma analógica. Isto verifica-se para a maioria de sistemas operativos que estão a funcionar com as definições originais. Tendo em conta os conhecimentos de como funciona uma onda, tornasse mais fácil compreender a necessidade de ocorrerem alterações ao sinal.

Sistemas operativos tem a necessidade de conseguir reproduzir vários sinais sonoros ao mesmo tempo e no acto de converter o sinal digital em analógico existe a limitação física de apenas um sinal  elétrico poder ser formado, sinal esse que é depois enviado a um amplificador e que por sua vez é enviado para as colunas de som. Numa eventual hipótese de se utilizar múltiplos sinais analógicos de som, ao serem somados antes de passar no amplificador, estes iriam superar a capacidade máxima do amplificador e geraria um sinal linear (uma onda quadrada) com amplitude na capacidade máxima do amplificador, resultando num fenómeno comummente referido como clipping que leva à distorção do sinal original.

Para que se consiga reproduzir múltiplos sinais sonoros é então necessário que haja um sinal digital que contenha os vários sons pretendidos a ser reproduzidos somados na forma de uma onda digital antes que este seja convertido a analógico. Como os sinais sonoros podem estar gravados com resolução de frequência diferentes, estes não podem ser simplesmente somados visto que não existe uma coordenada comum entre os pontos de frequência de dois sinais de diferentes frequências. Para resolver este problema define-se uma frequência base para o sinal final (44.1 kHz, 48 kHz, 96 kHz, etc.) e a quantidade de bits utilizados para definir a amplitude de cada ponto do sinal (8 bit, 16 bit, 32 bit, etc.) e de seguida os sinais que se pretende somar são convertidos de forma a  encaixar na configuração escolhida. No caso de o sinal que se pretende somar, ou até se for só um sinal a ser reproduzido, estiver nas mesmas definições do sinal final, este em principio pode não sofrer qualquer alteração, contudo um sinal em condições diferentes é interpolado para que os seus pontos de informação coincidam na formatação do sinal final.

Dependendo da precisão  do tipo de interpolação utilizado, é possível que o resultado final da interpretação aos pontos previamente existentes não seja exata na posição de frequência e na intensidade após interpolação alterando assim o resultado comparativamente ao original. E nos casos onde é preciso interpolar para maiores frequências, está-se efetivamente a criar pontos de informação onde não existiam antes, ou a remover em caso de diminuição da frequência final. Isto poderá ou não criar alterações percetíveis na audição humana, dependendo do software por onde passa o sinal que varia de caso para caso conforme as configurações de software de cada utilizador. Logo a forma mais segura de garantir que não houve alterações e de não ficar obcecado com eventuais mudanças seria de evitar que este processo ocorra em situações onde se pretende obter som o mais fiel possível à fonte.

Posto isto fica então estabelecido que devido à necessidade de serem processados vários sinais sonoros é difícil conservar o sinal original para que este seja convertido tal e qual como estaria guardado. Para fins de reproduzir musica de uma forma fiel à fonte digital guardada, uma forma de ultrapassar este problema está em fazer um bypass ao software servidor de som do sistema operativo e enviar o sinal diretamente da fonte ao software que envia diretamente o sinal para ser convertido a analógico. Inclusive este bypass torna-se especialmente interessante para quem pretende enviar o sinal diretamente para um conversor analógico/digital externo de alta qualidade pois o sinal chega inalterado ao equipamento externo. Existem múltiplas maneiras de fazer este bypass e estas variam para o sistema operativo em questão. Por forma a focar as alternativas, este guia vai apontar formas de conseguir ter bit perfect audio direcionado a leitores de música, o que geralmente é o que detém maior necessidade de áudio fiel ao original, para dois sistemas operativos, Windows e Linux Distros.

Windows

Na plataforma Windows o leitor de áudio recomendado é o Foobar2000. Este leitor é excelente para lidar com bibliotecas de música com milhares de ficheiros e é extensivamente customizável tanto na sua aparência como na forma como funciona.

Para atribuir a capacidade a este leitor de ter bit perfect sound output é necessário instalar o componente WASAPI que é facilmente instalado com reconhecimento automático pelo foobar2000. Após este componente estar instalado é preciso abrir as preferências do programa, ir para  playback e na secção output na lista Device é preciso escolher a opção “WASAPI” seguido do nome da placa de som (seria algo como “WASAPI(event):Speakers”. O WASAPI também tem a opção de escolher bit depth de output. Para placas de som que suportem 24 bit ou mais deve ser escolhido o maior valor possível. Ficheiros de apenas 16 bit não são deturpados com esta opção. Após isto em principio o foobar2000 está configurado para fazer o bypass ao servidor de som do Windows e envia diretamente a informação para a placa de som. Uma forma simples de verificar se esta opção está a funcionar seria de abrir um ficheiro de som no foobar2000 (sem ter mais nenhuma fonte de som a trabalhar) e de após verificar que o foobar2000 está a trabalhar procede-se a tentar abrir outra fonte de som  (um vídeo no Youtube por exemplo) e se essa fonte não funcionar enquanto o foobar2000 reproduz musica, isso quer dizer que está a funcionar como pretendido.

Existem outros software que têm funções semelhantes como ASIO/ASIO4ALL que podem ser utilizados com o mesmo propósito para outras fontes de som sem ser reprodutores de música. Apesar de este artigo não entrar em mais detalhe sobre estes, fica aqui a dica para quem tiver a necessidade de resolver problemas desta natureza.

bitperfect_example2

Linux

A maioria das distros de Linux vem com o software ALSA pré instalado juntamente com o servidor de som Pulse Audio (caso ALSA não esteja instalado este é então um requisito para conseguir bit perfect audio neste guia). Existem vários reprodutores de música que permitem enviar o sinal diretamente para o ALSA que por sua vez envia o sinal para o conversor analógico sem que este seja alterado. Alguns desses reprodutores de música são o Gmusicbrowser, DeaDBeef, Guayadeque e Quod Libet.
Para configurar o Gmusicbrowser (e nos outros o processo é semelhante) de forma a enviar o sinal para ALSA, procede-se a abrir as opções, navegar para a tab de AUDIO e no output device colocar a opção “alsa”. A seguir abre-se as “advanced options” e na secção “alsa device” é preciso colocar a identificação do caminho para onde é enviado o sinal. Como podem haver vários caminhos devido a saídas analógicas, digitais, saídas para um DAC (Digital analogue converter) externo, etc., é então necessário identificar qual a saída que está em uso para o caso específico individual. Abrindo a linha de comandos de Linux, faz-se correr o código “aplay -l” que nos dá a lista de dispositivos ligados por onde pode ser enviado o sinal.

bitperfect_example1

Neste caso específico pretende-se enviar para a saída da placa de som da motherboard do computador. A placa de som é a ALC1150, no caso deste exemplo, e o caminho a indicar é “hw:0,0” onde o primeiro 0 indica o dispositivo a ser utilizado e o segundo indica o caminho disponível dentro do dispositivo escolhido, que neste caso é a saída analógica ligada ás colunas de som. Tendo colocado então a designação do caminho no sítio indicado, para testar se a configuração está a funcionar, reinicia-se o reprodutor de musica, abre-se um ficheiro de musica e se esta estiver a ser reproduzida sem problemas verifica-se então se outras fontes de som conseguem trabalhar ao mesmo tempo. Se não conseguirem significa que a configuração ficou bem feita.

Fontes de informação/imagens:

Link1
Link2

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