Processamento de sinal de áudio é uma subárea do processamento de sinais que se dedica à manipulação eletrônica de sinais de áudio. Esses sinais são representações eletrônicas de ondas sonoras — ondas longitudinais que se propagam pelo ar, compostas por compressões e rarefações. A energia contida nos sinais de áudio, ou nível de potência sonora ou acústica, é geralmente medida em decibels. Os sinais de áudio podem ser representados em formato ou analógico, e o processamento pode ocorrer em qualquer um desses domínios. Processadores analógicos atuam diretamente sobre o sinal elétrico, enquanto os digitais operam matematicamente sobre sua representação digital.

História O interesse pelo processamento de sinal de áudio surgiu no início do século XX com invenções como o telefone, o fonógrafo e o rádio, que possibilitaram a transmissão e o armazenamento de sinais de áudio. O processamento de áudio foi essencial para as primeiras , devido aos desafios com as . A teoria do processamento de sinais e sua aplicação ao áudio foi amplamente desenvolvida nos Bell Labs em meados do século XX. O trabalho inicial de Claude Shannon e Harry Nyquist em teoria da comunicação, teoria de amostragem e modulação por código de pulso (PCM) estabeleceu as bases para o campo. Em 1957, tornou-se a primeira pessoa a sintetizar áudio a partir de um computador, dando origem à música por computador.

Avanços significativos em codificação de áudio digital e compressão de dados de áudio incluem a (DPCM) por nos Bell Labs em 1950, a (LPC) por (Universidade de Nagoya) e Shuzo Saito (Nippon Telegraph and Telephone) em 1966, a DPCM adaptativa (ADPCM) por P. Cummiskey, e James L. Flanagan nos Bell Labs em 1973,P. Cummiskey, Nikil S. Jayant, and J. L. Flanagan, "Adaptive quantization in differential PCM coding of speech", Bell Syst. Tech. J., vol. 52, pp. 1105—1118, Set. 1973 a transformada discreta de cosseno (DCT) por , T. Natarajan e em 1974, e a (MDCT) por J. P. Princen, A. W. Johnson e A. B. Bradley na Universidade de Surrey em 1987.J. P. Princen, A. W. Johnson und A. B. Bradley: Subband/transform coding using filter bank designs based on time domain aliasing cancellation, IEEE Proc. Intl. Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), 2161–2164, 1987. A LPC é a base para a codificação perceptual e é amplamente utilizada em , enquanto a MDCT é amplamente usada em formatos modernos de , como MP3 e Advanced Audio Coding (AAC).

Tipos

Analógico

Um sinal de áudio analógico é um sinal contínuo representado por uma tensão ou corrente elétrica que é análoga às ondas sonoras no ar. O processamento de sinal analógico envolve a alteração física do sinal contínuo por meio de circuitos elétricos, modificando a tensão, corrente ou carga.

Historicamente, antes da ampla adoção da tecnologia digital, o processamento analógico era o único método disponível para manipular sinais. Desde então, com o avanço de computadores e softwares mais acessíveis e capazes, o processamento digital de sinais tornou-se predominante. No entanto, em aplicações musicais, a tecnologia analógica ainda é valorizada por produzir respostas não lineares que são difíceis de replicar com filtros digitais.

Digital

Uma representação digital expressa a forma de onda de áudio como uma sequência de símbolos, geralmente números binários. Isso permite o processamento de sinais utilizando circuitos digitais, como processadores de sinal digital, microprocessadores e computadores de uso geral. A maioria dos sistemas de áudio modernos adota uma abordagem digital, pois as técnicas de processamento de sinal digital são muito mais poderosas e eficientes do que as do domínio analógico.

Aplicações

Os métodos de processamento e áreas de aplicação incluem armazenamento de áudio, compressão de dados de áudio, , , localização acústica, detecção acústica, , cancelamento de ruído, , , síntese e aprimoramento (como , , compressão de nível, remoção ou adição de eco e reverberação, entre outros).

Radiodifusão de áudio

O processamento de sinal de áudio é utilizado na radiodifusão para melhorar a fidelidade dos sinais, otimizar a largura de banda ou reduzir a latência. Nesse contexto, o processamento mais crítico ocorre imediatamente antes do transmissor. O processador de áudio deve evitar ou minimizar a , compensar transmissores não lineares (um problema potencial em transmissões de onda média e onda curta) e ajustar o volume geral ao nível desejado.

Controle ativo de ruído

O controle ativo de ruído é uma técnica projetada para reduzir sons indesejados. Ao criar um sinal idêntico ao ruído indesejado, mas com polaridade oposta, os dois sinais se cancelam por meio de interferência destrutiva.

Síntese de áudio

A síntese de áudio é a geração eletrônica de sinais de áudio. Um instrumento musical que realiza essa tarefa é chamado de sintetizador. Os sintetizadores podem imitar sons ou gerar novos. A síntese de áudio também é usada para gerar fala humana por meio da síntese de fala.

Efeitos de áudio

Os efeitos de áudio alteram o som de um instrumento musical ou outra fonte de áudio. Efeitos comuns incluem distorção, frequentemente usada com guitarra elétrica em blues elétrico e rock; efeitos dinâmicos, como pedal de volume e compressores, que afetam o volume; filtros, como e , que modificam faixas de frequência; efeitos de modulação, como chorus, e ; efeitos de altura, como alteradores de altura; e efeitos temporais, como reverberação e delay, que criam ecos e emulam o som de diferentes espaços.

Músicos, engenheiros de áudio e produtores usam unidades de efeitos durante apresentações ao vivo ou em estúdio, geralmente com guitarra elétrica, baixo, teclado eletrônico ou piano elétrico. Embora os efeitos sejam mais comuns com instrumentos elétricos ou eletrônicos, eles podem ser aplicados a qualquer fonte de áudio, como instrumentos acústicos, bateria e vocais.

Audição computacional A audição computacional (CA) ou escuta por máquina é o campo geral de estudo de algoritmos e sistemas para interpretação de áudio por máquinas. Como o conceito de uma máquina "ouvir" é amplo e vago, a audição computacional reúne várias disciplinas que originalmente abordavam problemas específicos ou tinham aplicações concretas em mente. O engenheiro , em entrevista à Technology Review, descreve esses sistemas como:"softwares que usam som para localizar pessoas se movendo em salas, monitorar máquinas para detectar falhas iminentes ou acionar câmeras de tráfego para gravar acidentes."Paris Smaragdis taught computers how to play more life-like musicInspirada por modelos de audição humana, a CA aborda questões de representação, , agrupamento, uso de conhecimento musical e semântica geral do som para realizar operações inteligentes em sinais de áudio e música por computadores. Tecnicamente, isso exige uma combinação de métodos de processamento de sinais, modelagem auditiva, percepção musical e cognição, reconhecimento de padrões e aprendizado de máquina, além de métodos tradicionais de inteligência artificial para representação de conhecimento musical.

Ver também Placa de som Efeito sonoro Taxa de compressão de dados

Referências

Leitura adicional

Categoria:Processamento de sinais Categoria:Som digital Categoria:Música eletrônica