Ако ви се е случвало да се ровите в настройките на DAW и да се ужасявате от множеството предлагани честоти на дискретизация, не сте сами. Някои големи DAW (например Logic Pro и Pro Tools) предлагат шест честоти на дискретизация: 44,1, 48, 88,2, 96, 176,4 и 192.

В случай че не сте запознати, честотата на дискретизация е резолюцията, с която се записва аудио и, в случая на виртуални инструменти, се произвежда. Предвид това бихте си помислили, че по-голямата е по-добра, нали?

Не е задължително.

Въпреки че повечето дискусии за честотата на дискретизация са съсредоточени върху границите на човешкия слух, има и някои други фактори, които трябва да се вземат предвид при избора на честота на дискретизация за запис.

И точно тук влизаме ние. В тази статия ще се потопим в нулите и единиците на цифровото аудио. Сложни? На места да. Но в края на тази статия ще знаете плюсовете и минусите на записването на 48 kHz срещу 96 kHz и ще можете да решите кое е най-доброто за вас.

Разбиране на честотата на пробите

Представете си, че покрай къщата ви се движи автомобил. Тя се движи отляво надясно и минава покрай къщата на съседа ви в едно непрекъснато движение. Това е еквивалентът на звука в аналоговия свят - формата на вълната е непрекъснат звук.

Сега да кажем, че искате да възпроизведете движението на този автомобил. Решавате да направите анимация на автомобила, който се движи отляво надясно. Колкото повече снимки на движещия се автомобил направите, толкова по-детайлно и плавно ще изглежда движението.

Ето как работи цифровото аудио - то прави серия от снимки (или проби) на аналоговата форма на вълната със свръхвисока скорост, за да я възпроизведе в цифровия свят.

Честотата на дискретизация се отнася до това колко често се правят тези снимки всяка секунда; честота на дискретизация 44,1 kHz означава, че всяка секунда се правят 44 100 дискретизации на входящата форма на вълната. По-високите честоти на дискретизация водят до заснемане на повече снимки. Но можем ли да чуем тези допълнителни детайли?

Теорема на Нюквист

Един умен младеж на име Хари Нюквист открива, че честотата на дискретизация трябва да бъде поне два пъти по-висока от най-високата честота, която се записва. Това е известно като честотата на Нюквист или границата на Нюквист.

Тъй като хората могат да чуват максимална честота от около 20 kHz, за улавянето на всички чуваеми честоти е необходима минимална честота на дискретизация от 40 kHz.

Опитите за запис на честоти над тази граница водят до алиасинг или прегъване. По-високите честоти се представят погрешно като по-ниски, което води до изкривяване или артефакти във възстановения сигнал.

Всеки съвременен цифрово-аналогов преобразувател разполага с антиалайзинг филтри за отстраняване на всякакви артефакти, които по същество действат като нискочестотен филтър за отстраняване на всякакви високи честоти, които могат да се изменят. Записът при по-високи честоти на дискретизация дава възможност на тези филтри да работят, без да прекъсват чуваеми честоти.

Казано на прост език, теоремата на Нюквист е правило "колко е достатъчно" за цифров запис.

Появата на аудио с качество CD

Стандартът за качество на компактдисковете от 44,1 kHz се появи в началото на цифровото аудио, когато твърдите дискове не бяха в състояние да съхраняват материал за албум и за тази цел бяха използвани видеорекордери.

Въз основа на честотата на кадрите и използваемите линии на кадър, главите на молива се използват за съхраняване на 3 аудио проби на кадър, което води до честота на дискретизация 44,1 kHz. Това е минималната възможна честота на дискретизация, която отговаря на теорията на Найквист и позволява запаметяването на мастъра на видеокасета. Това се превърна в аудиосистемата, която сега наричаме CD качество.

Преобразуване на Фурие

Честотата на дискретизация влияе не само върху начина, по който се улавя сигналът; тя влияе и върху начина, по който се "чете" цифровото аудио.

Преобразуването на Фурие е математически инструмент, използван за анализ на сложен сигнал и разбиването му на прости форми на вълната с различни честоти. По този начин работят приставки като еквалайзери, спектрограми и откриване на височината на звука, като анализират целия сигнал и го разбиват на по-малки ленти.

Всичко това означава, че колкото повече информация има в аудиофайла по отношение на снимките в секунда (по-високи честоти на дискретизация), толкова по-точни ще бъдат изчисленията на преобразуването на Фурие.

Честотна характеристика

Друг фактор, който трябва да се вземе предвид при обсъждането на честотата на дискретизация, е оборудването, на което записвате и наблюдавате.

Всяко аудио устройство има честотна характеристика, която може да се опише по следния начин:

• Какви честоти може да възпроизвежда и
• колко точно го прави.

Ако използвате некачествен микрофон Radioshack, за да заснемете дубликат на некачествени китари, и го възпроизведете на чифт некачествени високоговорители Radioshack, има вероятност да не звучи добре. Без значение каква честота на дискретизация използвате.

Вземи ме по-високо

След като преминахме през всички тези научни неща, можем да видим, че по-високите честоти на дискретизация ни позволяват да улавяме по-високи честоти и да ги анализираме по-подробно.

Но въпреки че записът на 96 kHz означава, че можем да уловим честоти до 48 kHz, от гледна точка на човешкото слушане няма реална чуваема разлика в сравнение със записа на 44,1 kHz. Дори за хората с изключителен слух горните честоти все още ще бъдат извън обхвата на чуваемост.

Благодарение на теорията на Найквист знаем, че 44,1 kHz е повече от достатъчно, за да се възпроизведе перфектно всеки сигнал в обхвата на човешкия слух.

Тогава защо използваме по-високи честоти на дискретизация?

48kHz: Индустриалният стандарт

Когато става въпрос за филми, телевизия и стрийминг, честотата на дискретизация 48 kHz се е превърнала в общоприетата честота на дискретизация за доставка. Макар че има и по-високи честоти на дискретизация, 48 kHz си е осигурил място като стандарт в медийната индустрия благодарение на баланса между качество, ефективност и съвместимост.

Защо се използва честота 48 kHz?

Основната причина за възприемането на честотата на дискретизация 48 kHz като стандарт в медийното производство се дължи на съвместимостта. Честотата на дискретизация се съчетаваше добре с различните видеосистеми, базирани на кадри, които се използват в европейската и NTSC телевизията, и същевременно отговаряше на изискванията за честота на Nyquist.

В днешно време платформите за стрийминг като Netflix, Disney и Amazon изискват аудиото да бъде доставено на 48 kHz и дори ако записвате стар филм за театрално разпространение, ще трябва да доставите 48 kHz стъбла за етапа на смесване.

Предимства на използването на 48kHz честота на дискретизация

Друга причина, поради която честотата на дискретизация 48 kHz се е превърнала в широко разпространена, е нейният баланс между страхотен звук и изисквания за обработка.

Антиалайзинг

Малко по-високата честота на дискретизация дава възможност за повече пространство за работа на филтрите против изравняване. При честота на дискретизация от 44,1 kHz един не толкова перфектен филтър против изравняване може да внесе едва доловими, но измерими артефакти.

От друга страна, при използване на честота на дискретизация от 48 kHz всяко възникнало изравняване ще бъде извън чуваемия спектър.

Повторно вземане на проби

Като се има предвид широкото използване на по-високата честота на дискретизация в медийната индустрия, предоставянето на аудио при 48 kHz свежда до минимум необходимостта от повторно дискретизиране. Макар че 44,1 kHz е обичайна практика в музикалната индустрия, ако работите в областта на синхронизираното лицензиране, крайният продукт трябва да бъде доставен при 48 kHz.

Процесът на преобразуване на честотата на дискретизация при увеличаване на честотата на дискретизация от по-ниски честоти на дискретизация до 48 kHz може да доведе до появата на нежелани артефакти във файла. Затова винаги е добре да записвате с по-високо качество на честотата на дискретизация и да намалявате честотата на дискретизация по-късно, ако е необходимо, например при отпечатване на CD.

Размер на файла

Записването и обработката на аудио при 48 kHz поддържат управляеми размери на файловете, което е от съществено значение за големи телевизионни и филмови проекти, при които разходите за съхранение и времето за прехвърляне на данни са важен фактор.

Ограничения при използване на честота на дискретизация 48 kHz

Използването на 48 kHz има наистина много малко ограничения. Макар че в аудио общността се водят дебати за това дали тя наистина е "достатъчно добра" за всички професионални приложения, разликата между 48 kHz и по-висока честота на дискретизация често се забелязва само в много контролирана среда за слушане от висок клас.

96 kHz: Аудио с висока разделителна способност

Макар че честотата на дискретизация 48 kHz е индустриалният стандарт за филми, телевизия, подкасти и други подобни, някои инженери предпочитат да работят на 96 kHz. Теоретичните предимства включват повече пространство за улавяне на високочестотно съдържание, намалено изравняване и подобрени възможности за обработка.

Теоретични предимства

Разширен обхват на запис

Честотата на дискретизация от 96 kHz позволява запис на честоти до 48 kHz. Макар че това е далеч отвъд диапазона на човешкия слух (който обикновено достига до около 20 kHz), някои хора твърдят, че това свръхвисокочестотно съдържание взаимодейства със звука по фини начини, които хората все пак могат да чуят.

Намален Aliasing

Спомняте ли си границата на Найкуист? Записът при 96 kHz изтласква тази граница до 48 kHz, като по този начин намалява вероятността артефакти от алиасинг да се намесят в чуваемия звук.

По-добра обработка на плъгините

Високите честоти на дискретизация могат да доведат и до по-добра обработка на някои ефекти. Това е особено забележимо при разтягане на аудио във времето или при промяна на височината на звука.

Разтягането на времето на аудио, записано при по-високи честоти на дискретизация, води до по-чист звук с по-естествено качество. Ето защо много звукови дизайнери работят с още по-висока честота на дискретизация (192 kHz).

Същото важи и за обработка като насищане и изкривяване. Тези плъгини добавят допълнително високочестотно съдържание над оригиналното ограничение на Nyquist, така че честотата на дискретизация 96 kHz ще доведе до по-малко възможности за поява на алиасинг след ефекта.

По-точно измерване на пика на пробата

Друго предимство на работата при 96 kHz е подобрената точност на измерване на пиковете на пробите. Често пикът на сигнала се появява между записаните проби - известни като междупробни пикове. Миксиращият инженер ще получи по-точно представяне на мястото, където се намират пиковете на сигнала, с по-висока честота на дискретизация, която съдържа повече проби в секунда.

Подсигуряване на качеството на звука в бъдеще

Друга възприета полза от записването на 96 kHz е да останете напред в играта. Тъй като технологиите продължават да се развиват, по-високите честоти на дискретизация могат да станат норма и някои инженери избират 96 kHz, за да осигурят съвместимост с бъдещите формати с висока резолюция.

Недостатъци на използването на 96 kHz честота на дискретизация

Записът при 96 kHz има много теоретични предимства и може да доведе до по-добро качество на звука при разтягане на времето и изпълнение на задачи за редактиране. Но тези предимства са свързани с практически компромиси в сравнение с използването на по-ниска честота на дискретизация.

Размер на файла

Всеки път, когато удвоявате честотата на дискретизация, количеството генерирани данни също се удвоява. Сесия, записана на 96 kHz, ще заема два пъти повече място от сесия на 48 kHz поради много по-големите файлове, които се създават.

При сложни проекти това може бързо да доведе до увеличаване на изискванията за съхранение и да усложни архивирането, споделянето и управлението на файлове.

Обработваща мощност

Както може да се очаква, по-високата честота на дискретизация изисква повече енергия от процесора. Освен ако не разполагате със супермощна машина, може да се окаже, че сесията ви страда от повишена латентност, по-бавно рендиране и нестабилност на системата.

Изпълнение на DAW

Въпреки че повечето DAW поддържат по-високи честоти на дискретизация, провеждането на сесия при 96 kHz или по-висока честота означава, че DAW трябва да работи по-усилено, за да предава аудио. В зависимост от вашата система и сложността на сесията се увеличава рискът от прекъсвания или смущения. Това не е идеално, когато смесвате следващия си албум.

Производителност на плъгина

Някои плъгини използват вътрешно свръхсемплиране на входящия сигнал, за да подобрят качеството на получения изход, например плъгини за измерване или ограничители. Работата им при вече висока честота на дискретизация може да влоши производителността на процесора.

Ефективност на работния процес

Макар че по-високите честоти на дискретизация могат да предложат теоретични предимства и да гарантират бъдещето, провеждането на сесия с по-висока честота може да забави работния ви процес без забележими предимства.

• Някои бюджетни аудиоинтерфейси не могат да работят с 96 kHz честота на дискретизация, което може да доведе до изкривяване на звука.
• Почти винаги ще се налага да намалявате извадката, за да създавате крайни продукти, като по този начин създавате ненужни стъпки за преобразуване.
• Ако системата ви изпитва затруднения при провеждането на сесия с по-висока честота на дискретизация, нещата неизбежно ще отнемат повече време. Смесването ще стане досадно, а след това все още ще трябва да намалявате честотата на дискретизация.

Можем ли да чуем разликата между 48 kHz и 96 kHz?

Въпросът за милион долара в тази дискусия е: могат ли хората действително да чуят разликата между 48 kHz и 96 kHz?

Зависи кого питате.

Някои обучени слушатели, особено инженерите по мастеринг и аудиофилите, твърдят, че могат да чуят фините разлики между честотите на дискретизация, особено ако става въпрос за инструмент, към който са силно настроени.

Някои хора изтъкват, че дори да не можем да чуем разликата между двете скорости на дискретизация, наличието на ултразвуково съдържание в звука може да окаже влияние върху преживяването при слушане поради хармоничното взаимодействие.

Дали това се дължи на действителни звукови разлики, или просто на психологически пристрастия, е въпрос на дискусия. Но няколко неща влияят на начина, по който чуваме звука.

Системи за възпроизвеждане

Помните ли дискусията за честотната характеристика? Дори и да имате свръхчовешки слух, далеч отвъд диапазона от 20 kHz, ако високоговорителите, които слушате, не поддържат тези ултразвукови честоти, по-високата честота на дискретизация се оказва безполезна.

Ограничения на човешкия слух

С напредването на възрастта при повечето възрастни се наблюдава влошаване на горните граници на слуха. Дори ако свръхвисоките честоти присъстват в даден звук, има голяма вероятност много слушатели да не могат да ги чуят така или иначе.

Практически съображения

Тази дискусия може да се сведе до две идеи:

• 48 kHz е стандартът в медийната индустрия и отговаря на всички звукови изисквания.
• 96 kHz изглежда доста готино, но също така е свързано с много багаж.

Изборът на правилната честота на дискретизация за вашия проект зависи от конкретните ви нужди и работен процес. Ето практическа разбивка за различните области на аудиопродукцията.

Музикална продукция: Записване, смесване и мастериране

Когато работите само с музика, изборът на честота на дискретизация се свежда до балансиране между качеството на звука и ефективността на системата.

• Записване: Някои инженери обичат да записват с висока честота на дискретизация - 96 kHz или повече, за да уловят всеки звуков детайл и да предотвратят грешки от алиасинг. За по-голямата част от музиката обаче 48 kHz е повече от достатъчна честота, която не натоварва толкова възможностите на системата и паметта. Освен това отпада необходимостта от използване на главен часовник, за да се синхронизира всичко.
• Миксиране и мастериране: Много плъгини в днешно време осигуряват вътрешно пресемплиране, за да се осигури по-точен изход, така че работата при 48 kHz все още осигурява висок стандарт на звука.
• Окончателна доставка: Платформите за стрийминг обикновено приемат файлове с честота на дискретизация 44,1 или 48 kHz. Ако музиката ще бъде възпроизведена на CD, окончателният микс ще се нуждае от преобразуване на честотата на дискретизация до 44,1 kHz. Така или иначе, записът с висока честота на дискретизация е излишен в тези ситуации.

Аудио за филми и телевизия

При работа с филми и телевизия (включително лицензиране на синхронизация ) 48 kHz е златният стандарт. В повечето случаи разделителната способност на битовата дълбочина трябва да бъде 16 бита, въпреки че е добра идея да записвате с битова дълбочина от 24 бита в началото и да намалявате за доставка.

Като се има предвид големият брой записи в постпродукционните сесии, записът при 96 kHz може да доведе до проблеми с ефективността на системата и пространството за съхранение.

Гейминг и VR

Аудиото в игрите и сценариите за виртуална реалност често изисква по-високи честоти на дискретизация поради уникалните изисквания на формата.

Често се налага широко разтягане на времето и промяна на височината на звука, затова е по-добре да записвате на 96 kHz.

Звук на живо и стрийминг

В ситуации на живо изпълнението в реално време е от първостепенно значение, което прави 48 kHz най-добрият избор.

Окончателни препоръки

Като общо правило най-ефективният и ефикасен начин за запис на аудио е с дълбочина на битовете 24 и честота на дискретизация 48 kHz.

Тези настройки са оптимално съчетание между чистота на звука и ефективност на съхранението и производителността на процесора.

Много плъгини вече извършват вътрешно свръхсемплиране при работа с тези скорости, което означава, че ползите от записването при 96 kHz са незначителни.

Освен това висококачествените цифрови ограничители и измервателни уреди компенсират пиковете между извадките, като намаляват необходимостта от по-високи честоти на извадките.

И накрая, 48 kHz е индустриален стандарт за повечето професионални дейности, което осигурява безпроблемна интеграция със сътрудници и дистрибутори.

Няколкото ситуации, в които си струва да се обмисли използването на 96 kHz за запис, са, когато:

• проектът изисква значително разтягане на времето, промяна на височината на тона или редактиране (например гранулиран синтез).
• проектът е предназначен за архивни цели и искате да осигурите бъдещето на работата.

Заключение

Изминахме много път! Ето кратък обзор на постигнатото. Ако щете, кратки бележки:

• Честотата на дискретизация от 44,1 kHz е в състояние да възпроизведе перфектно аудиосигнали до най-високите честоти в обхвата на човешкия слух.
• В телевизионната, филмовата и медийната индустрия стандартно се използва 48 kHz.
• Записът при 96 kHz изисква повече процесорна мощ и повече дисково пространство за съхранение на по-големите файлове.
• Използването на все по-високи честоти на дискретизация води до намаляваща възвръщаемост по отношение на ефективността на системата и разходите за съхранение.
• Ако знаете, че ще използвате функциите за удължаване на времето и други функции за редактиране на звука, записвайте при 96 kHz за по-добри резултати.

Не забравяйте, че контекстът, в който работите, е по-важен от преследването на цифри.

Ако сте изпълнител, аудиторията ви може да не се интересува от това, че сте създали песен на 96 kHz. Всъщност е малко вероятно да чуят разликата между нея и нещо, заснето на 44,1 kHz.

Ако записвате музика за филми и телевизия, 48 kHz е перфектният баланс между качество на звука и професионални стандарти.

А ако създавате библиотека от звуци за библиотека с ефекти, 96 kHz е правилният избор, за да се осигурят максимални възможности за редактиране.

В крайна сметка това е ваше решение. Експериментирайте с различни честоти на дискретизация и вижте кое ви звучи добре. Ако чуете забележима разлика при 96 kHz, направете го! (Но може би си купете по-голям твърд диск...).

Независимо от това кой от тях ще използвате, вървете напред и създавайте музика!