Частота d; відбір проб
Частота дискретизації
Для перетворення так званого аналогового звуку в цифровий ми використовуємо процес, який називається: відбір проб. Вибірка відбувається в конвертері (або звуковій карті). Принцип полягає в тому, щоб робити регулярні знімки, які є вимірами напруги аналогового сигналу, і перетворювати їх у цифрові дані, мовою яких є цифри (цифри).
Ось схема, що показує зразки, включені в амплітуду звукової хвилі. Кількість вибірок у цій хвилі визначає частоту дискретизації або частоту дискретизації.
частота дискретизації виражається в герцах (Гц) або (кГц). Зазвичай зустрічаються такі значення: 44 100 Гц, 48 000 Гц, 96 000 Гц, 192 000 Гц. Світовий компакт-диск та цифровий стандарт складають 44 100 Гц. Це означає, що на кожну секунду відтворюється 44 100 семплів. Чим вища частота дискретизації (кількість "знімків" звуку, зроблених за секунду), тим точнішим буде аналіз та кодування музики в цифрові дані. Частота дискретизації впливає на діапазон частот звуку від найнижчого до найвищого значення тону, яке можна зберегти.
Кодування 16-біт/44,1 кГц було найкращою якістю, доступною на момент випуску компакт-диска на початку 1980-х років, але все змінилося, і тепер ми можемо записувати та розповсюджувати музику на високих рівнях, більшу глибину бітів і частоту дискретизації. Ці формати використовувались під час студійних записів та для мастерингу протягом багатьох років.
Аудіо з високою роздільною здатністю (HRA) - це будь-який формат запису, що перевищує стандарт CD 16-біт/44,1 кГц, а записи HRA, як правило, використовують 24-бітове кодування, забезпечуючи більший динамічний діапазон, ніж CD., Та частоту дискретизації до 192 кГц. Що є вершиною комерційних реєстрацій HRA. Вся справа в тому, щоб якомога ближче наблизити звук, що звучить у студії.
Які частоти дискретизації вибрати ?
Щоб зафіксувати найдрібніші деталі на високих частотах, нам потрібно частіше брати зразки. Це працює так, що задана частота дискретизації може точно записувати звукові частоти до трохи менше половини його значення. Наприклад, частота дискретизації 48 кГц може точно записувати звукові частоти до трохи менше 24 кГц. Ця межа в половину частоти дискретизації називається частотою Найквіст, і він названий на честь одного з інженерів, який розробив розрахунок за принципом відбору проб.
Людське вухо, як правило, може чути в наступному спектрі: 20 Гц - 20 000 Гц. Як ми щойно переконалися, щоб не було очевидних втрат, частота дискретизації повинна бути принаймні в два рази перевищує максимальну частоту, що міститься в звуці. бути оцифрованою. Частота дискретизації повинна бути не менше 40000 Гц, щоб отримати правильний результат для наших вух.
Ось чому роздільна здатність 44100 Гц є найбільш використовуваною, оскільки вона дозволяє охоплювати спектр до 22 050 Гц. Ми навіть отримуємо вигоду від невеликого запасу, оскільки ми могли б округлити до 40 000 Гц, але це також означає, що якщо ви експортуєте свою музику з частота дискретизації вище 44100 Гц, ваше вухо не зможе почути різницю.
Згладжувальні фільтри
Перше, що робить аналого-цифровий перетворювач для аналогового звуку перед вибіркою, це фільтрування всіх частот, що перевищують граничні. Найквіст для бажаної частоти дискретизації. Якщо його не відфільтрувати, усі частоти, що перевищують Найквіст, будуть подані назад у зразок. Це називається ефектом згладжування.
На щастя, майже кожен перетворювач на ринку сьогодні має високоякісні фільтри згладжування. Отже, ніяких шкідливих ефектів згладжування не відбудеться, і всі частоти нижче Найквіста будуть точно записані. У більшості випадків, якщо ви використовуєте якісний перетворювач та частоту дискретизації не менше 44,1 кГц, ви можете чітко записати всі частоти, що входять до діапазону людського слуху. Тепер, коли аналого-цифровий перетворювач вимірює кожен зразок, він повинен присвоїти цьому зразку номер, оскільки саме це робить його цифровим на відміну від аналогового.
І звукові карти до 192 000 Гц ?
Є дві переваги роботи на дуже високій частоті:
- По-перше, драйвери звукової карти (особливо професійні конвертери) будуть оптимізовані для заданої частоти дискретизації. Загалом, драйвери ASIO для ваших перетворювачів оптимізовані для максимальної частоти дискретизації, яку він пропонує: 96 000 Гц та 192 000 Гц у більшості випадків. Це може бути дивно, але у вас буде менше затримок і більше полегшення для мікропроцесора з вищою частотою дискретизації.
- Друга причина - використані плагіни та банки звуку (зразки). Дійсно, деякі плагіни також оптимізовані для певної частоти. Але це в кінцевому підсумку дуже мало впливає на якість вашого звуку.
Кількісна оцінка
Як ви напевно знаєте, комп’ютери використовують двійкові числа, мову нулів та одиниць. Таким чином, вимірювання цифрової аудіо вибірки записується як рядок двійкових чисел. І подібно до того, як звичайні числа можна зробити точнішими, додавши цифри після десяткової коми, двійкові числа можна зробити більш точними, використовуючи більше роздільної здатності або більше бітів, або двійкові цифри.
Кількість бітів, яка використовується для запису вимірювання вибірки, називається бітовою глибиною. Більша бітова глибина ділить діапазон можливих амплітуд на менші та менші шматки, точніше враховуючи коливання амплітуди. Чим вище значення квантування, тим вірніше вимірювання вихідному сигналу. Збільшуючи значення квантування, точність вимірювання і, отже, вірність запису збільшуються. Ми також збільшуємо розмір створених файлів, які містять більше даних.
Найпоширеніші глибини бітів - 16 біт і 24 біти. 16-бітове аудіо є стандартом для компакт-дисків, і воно ділить амплітудний діапазон на 65 536 можливих рівнів квантування. 24-розрядний звук є стандартом для запису та різних форматів високої чіткості, і він ділить діапазон амплітуд на 16 777 216 можливих рівнів квантування, і це багато рівнів.
Висновок
Аналоговий звук перетворюється в цифровий за допомогою дискретизації з певною частотою дискретизації. І перед тим, як брати зразки, звук проходить через фільтр згладжування, щоб видалити будь-які частоти, що перевищують граничні. Найквіст або половина частоти дискретизації, що потенційно може спричинити небажані ефекти. Потім кожен зразок квантується до числа, точність якого визначається глибиною бітів. Це фундаментальний процес створення цифрового аудіо, і все це повторюється тисячі і тисячі разів щосекунди.