A influência do Sample Rate na qualidade de som dos temas já foi falado num outro tópico (Qualidade do som - a importância do 'sample rate' e dos 'bits' ).
Foi referido que quanto maior é o sample rate, maior é a definição/detalhe do som. Foi ainda dito que o CD áudio reproduz música a 44.100Hz sample rate, a título de exemplo.
Contudo, o Sample Rate é um conceito que começa a ganhar ainda mais importância quando aprofundamos o estudo da sua relação com o espectro sonoro do áudio. A informação que se segue tem como objectivo explorar esta relação e tenta explicar, sem matemática, os conceitos por detrás da prática.
Sample rate vs. frequência dos sonsUm som com sample rate de 44.100Hz é capaz de reproduzir frequências audíveis/sentidas no espaço entre 7Hz e 22.050Hz. Por outro lado, um som com sample rate de 48.000Hz, é capaz de reproduzir frequências sonoras até 24.000Hz. Sons com sample rate de 22.050 Hz é só capaz de reproduzir frequências sonoras até ao máximo de 11.025Hz. Sons samplados a 96.000Hz, reproduzem frequências até ao máximo de 48.000Hz, muito acima do limite de 20.000Hz capazes de ser detectado pelo ouvido. Já notaram algum padrão a partir destes exemplos?
Pois, o que se verifica é que o Sample Rate dos sons limita de certa forma o espectro de frequências sonoras a serem reproduzidas. A frequência sonora máxima capaz de ser reproduzida por um som é precisamente
metade do Sample Rate desse som.
Já imaginaram as implicações que isto pode ter, por exemplo, nas gravações de som?
Para qualquer som que se deseje gravar é preciso, deste modo, ter em conta a frequência sonora máxima que queremos captar! Sabendo a frequência sonora máxima que queremos captar nas gravações, o próximo passo é garantir que esse áudio seja samplado com uma frequência (o sample rate) duas vezes superior à frequência sonora.
Sendo assim, explica-se por que razão é importante manter um sample rate mínimo de 44100Hz, para conseguirmos captar (samplar) todo o espectro audível captado pelo ouvido humano, que cobre a região entre os 20Hz e os 20.000Hz. Na realidade um sample rate de 44.100Hz garante uma captura de frequências até aos 22.050Hz, como referido anteriomente.
Teorema de Nyquist-Shannon e samplagem do áudioPara nós produtores, interessa saber que existe um conceito matemático que lida com a relação entre o sample rate e o espectro de frequências dos sons, conceito esse que se dá pelo nome de
Teorema de Nyquist-Shannon.
Claro que não é necessário relembrar a matemática por detrás deste Teorema para se produzir música, mas é certamente útil saber que ele existe e para quê que serve!
Na prática, o Teorema de Nyqvist-Shannon diz-nos que, para 'captar'/re-criar todo o espectro sonoro de um determinado som a gravar, o sample rate (usado na gravação desse mesmo som) tem que ter um valor que corresponde ao dobro da frequência sonora máxima que o espectro desse mesmo som possui. Por isso, como o som de um CD áudio tem um sample rate standard de 44.100Hz, logo a frequência sonora máxima capaz de ser reproduzida é de 22.050Hz, precisamente metade do sample rate!
Durante a samplagem de um som, todas as frequências sonoras acima da frequência sonora máxima (reproduzida) são brutalmente atenuadas usando filtros anti-aliasing.
À frequência sonora máxima capaz de ser captada pelos conversores, dá-se o nome de Frequência de Nyquist. Para a gravação de áudio a 44.100Hz (sample rate), a Frequência de Nyquist será 22.050Hz.
Algumas gravações digitais de alta definição (áudio cristalino) já usam um sample rate que ronda os 48.000Hz ou 96.000Hz. Com este elevado sampling é possível reproduzir frequências até ao tecto de 24.000Hz ou 48.000Hz, o que
possivelmente contribui para a excelente qualidade de som (aliás, existe uma grande controvérsia em relação ao facto do ouvido humano conseguir detectar um aumento da qualidade do som quando este é reproduzido a elevado sample rate; o curioso é que se sabe que a sensibilidade do ouvido humano a frequências sonoras acima dos 20kHz é bastante reduzida, pois um adulto geralmente não ouve acima dos 18kHz - algum fenómeno estranho acontece e não está aparentemente relacionado com a 'frequency response' do ouvido humano).
Já ouviram um DVD-áudio? Recomendo a experiência para perceber a vantagem de se usar Sampling Rate tão elevado para reproduzir som
(De notar que a elevada qualidade do DVD-áudio deve-se não só ao elevado sampling rate mas também à elevada resolução de 24-bits!)
Para informação mais aprofundada sobre o Teorema de Nyquist-Shannon e Áudio Digital, é sugerida a leitura dos seguintes documentos:
www.lavryengineering.com/documents/Sampling_Theory.pdfwww.ambisonic.net/pdf/hiresaudio.pdfL-band
Música & Clubbing
