Als je ooit in je DAW-instellingen hebt rondgesnuffeld en verbaasd stond over het aanbod van sample rates, dan ben je niet de enige. Sommige grote DAWS (Logic Pro en Pro Tools, bijvoorbeeld) bieden zes samplefrequenties waaruit je kunt kiezen: 44.1, 48, 88.2, 96, 176.4 en 192.

Voor het geval je het niet weet, de sampling rate is de resolutie waarmee audio wordt opgenomen en, in het geval van virtuele instrumenten, geproduceerd. Daarom zou je denken dat groter beter is, toch?

Niet noodzakelijkerwijs.

Hoewel de meeste discussies over bemonsteringsfrequenties gaan over de grenzen van het menselijk gehoor, zijn er nog andere factoren om rekening mee te houden bij het kiezen van een bemonsteringsfrequentie.

En daar komen wij om de hoek kijken. Dit artikel gaat een diepe (en ik bedoel, diepe) duik nemen in de nullen en enen van digitale audio. Complex? Soms wel, ja. Maar aan het eind van dit artikel weet je wat de voor- en nadelen zijn van opnemen op 48kHz vs. 96kHz en kun je beslissen wat voor jou het beste is.

Sample rates begrijpen

Stel je voor dat er een auto langs je huis rijdt. Hij rijdt van links naar rechts en langs het huis van je buren in één continue beweging. Dat is het equivalent van geluid in de analoge wereld - de golfvorm is een continu geluid.

Stel nu dat je die rijdende auto wilt nabootsen. Je besluit een flipboekanimatie te maken van het voertuig dat van links naar rechts rijdt. Hoe meer foto's je maakt van de rijdende auto, hoe gedetailleerder en vloeiender de beweging eruitziet.

Dat is hoe digitale audio werkt; het maakt een serie foto's (of samples) van de analoge golfvorm met supersnelle snelheden, om deze na te bootsen in de digitale wereld.

Een samplefrequentie van 44,1 kHz betekent dat er elke seconde 44.100 samples van de binnenkomende golfvorm worden genomen. Hogere bemonsteringsfrequenties resulteren in meer momentopnames. Maar kunnen we dat extra detail ook horen?

Nyquist Stelling

Een slimme jongen genaamd Harry Nyquist ontdekte dat de bemonsteringsfrequentie minstens twee keer de hoogste frequentie moet zijn die wordt opgenomen. Dit staat bekend als de Nyquist frequentie of Nyquist limiet.

Aangezien mensen een maximale frequentie van ongeveer 20 kHz kunnen horen, is een minimale bemonsteringsfrequentie van 40 kHz nodig om alle hoorbare frequenties op te vangen.

Proberen om frequenties boven deze grens op te nemen leidt tot aliasing, of foldover. De hogere frequenties worden verkeerd voorgesteld als lagere frequenties, wat leidt tot vervorming of artefacten in het gereconstrueerde signaal.

Elke moderne digitaal-analoog converter heeft anti-aliasing filters om artefacten te verwijderen, die in wezen fungeren als een laagdoorlaatfilter om hoge frequenties te verwijderen die kunnen aliasen. Opnemen met een hogere sample-rate geeft deze filters de ruimte om te werken zonder hoorbare frequenties af te snijden.

Eenvoudig gezegd is het Nyquist theorema een 'hoeveel is genoeg' regel voor digitale opname.

De opkomst van audio van cd-kwaliteit

De standaard voor CD-kwaliteit van 44,1 kHz ontstond in de begindagen van digitale audio, toen harde schijven nog niet geschikt waren om materiaal van een album op te slaan en videorecorders werden gebruikt voor deze taak.

Gebaseerd op de framerate en bruikbare lijnen per frame, sloegen de potloodkoppen 3 audiosamples per frame op, wat resulteerde in een sample rate van 44,1 kHz. Dit was de minimaal mogelijke bemonsteringsfrequentie die voldeed aan de Nyquist-theorie en waarmee de master op videoband kon worden opgeslagen. Het werd wat we nu CD-kwaliteit audio noemen.

Fouriertransformatie

Sample rates hebben niet alleen invloed op hoe een signaal wordt opgevangen; ze hebben ook invloed op hoe digitale audio wordt 'gelezen'.

Fouriertransformatie is een wiskundig hulpmiddel dat wordt gebruikt om een complex signaal te analyseren en op te splitsen in eenvoudige golfvormen op verschillende frequenties. Dit is hoe plugins zoals EQ's, spectrogrammen en pitchdetectie werken, waarbij het hele signaal wordt geanalyseerd en opgedeeld in kleinere banden.

Dit alles wil zeggen dat hoe meer informatie een audiobestand bevat in termen van momentopnames per seconde (hogere sample rates), hoe nauwkeuriger de berekeningen van de fouriertransformatie zullen zijn.

Frequentiebereik

Een andere factor om rekening mee te houden bij het bespreken van sample rates is de apparatuur waarmee je opneemt en monitort.

Elk audioapparaat heeft een frequentierespons, die losjes kan worden omschreven als:

• Welke frequenties het kan reproduceren en
• hoe nauwkeurig het dat doet.

Als je een waardeloze Radioshack-microfoon gebruikt om een opname te maken op een waardeloze gitaar en je speelt het af op een paar waardeloze Radioshack-luidsprekers, dan is de kans groot dat het niet goed klinkt. Het maakt niet uit welke sampling rate je gebruikt.

Neem me hoger

Na al dit wetenschappelijke gedoe kunnen we zien dat hogere samplesnelheden ons in staat stellen om hogere frequenties vast te leggen en deze gedetailleerder te analyseren.

Maar hoewel opnemen met 96 kHz betekent dat we frequenties tot 48 kHz kunnen vastleggen, is er vanuit een menselijk luisterperspectief geen echt hoorbaar verschil met een 44,1 kHz opname. Zelfs voor mensen met een uitzonderlijk gehoor vallen de bovenste frequenties nog steeds buiten het hoorbare bereik.

En dankzij de Nyquist-theorie weten we dat 44,1 kHz meer dan voldoende is om elk signaal binnen het menselijke gehoorbereik perfect te reproduceren.

Waarom gebruiken we dan hogere bemonsteringsfrequenties?

48 kHz: De industriestandaard

Als het gaat om film, TV en streaming, is 48 kHz de algemeen geaccepteerde sample-rate voor levering. Hoewel er hogere samplefrequenties beschikbaar zijn, heeft 48 kHz zijn plaats veroverd als de standaard binnen de media-industrie dankzij de balans tussen kwaliteit, efficiëntie en compatibiliteit.

Waarom is 48 kHz het doel?

De belangrijkste reden om een bemonsteringsfrequentie van 48 kHz als standaard te gebruiken bij mediaproducties was de compatibiliteit. De bemonsteringsfrequentie speelde goed met de verschillende frame-gebaseerde videosystemen die Europese en NTSC televisie gebruiken en voldeed tegelijkertijd aan de Nyquist frequentievereisten.

Tegenwoordig vereisen streamingplatforms zoals Netflix, Disney en Amazon dat audio wordt aangeleverd met 48 kHz, en zelfs als je een ouderwetse echte film scoort voor een release in de bioscoop, moet je 48 kHz stems aanleveren voor de mixfase.

Voordelen van het gebruik van een 48 kHz samplefrequentie

Een andere reden waarom 48 kHz een algemeen geaccepteerde sample-rate is geworden, is de balans tussen geweldig geluid en verwerkingsvereisten.

Anti-Aliasing

Door de iets hogere samplefrequentie is er meer ruimte voor anti-aliasing filters om binnen te werken. Bij bemonsteringsfrequenties van 44,1 kHz kan een minder dan perfect anti-aliasing filter subtiele maar meetbare artefacten introduceren.

Aan de andere kant, als je een bemonsteringsfrequentie van 48 kHz gebruikt, zal elke aliasing die optreedt buiten het hoorbare spectrum vallen.

Herbemonstering

Gezien het wijdverbreide gebruik van de hogere sample-rate in de media-industrie, minimaliseert het aanleveren van audio op 48 kHz de noodzaak voor resampling. Hoewel 44,1 kHz gebruikelijk is in de muziekindustrie, moet het eindproduct op 48 kHz worden aangeleverd als je werkt met synchronisatielicenties.

Het sample rate conversieproces bij het upsamplen van lagere sample rates naar 48 kHz kan leiden tot de introductie van ongewenste artefacten in het bestand. Daarom is het altijd een goed idee om op te nemen met een samplefrequentie van hogere kwaliteit en later te downsamplen als dat nodig is, bijvoorbeeld bij het afdrukken naar CD.

Bestandsgrootte

Audio opnemen en verwerken op 48 kHz houdt de bestandsgrootte beheersbaar, wat essentieel is voor grote TV- en filmprojecten waar opslagkosten en gegevensoverdrachtstijden een belangrijke factor zijn.

Beperkingen van het gebruik van een 48 kHz samplefrequentie

Er zijn eigenlijk maar heel weinig beperkingen aan het gebruik van 48 kHz. Hoewel er binnen de audiogemeenschap enige discussie is over de vraag of dit echt 'goed genoeg' is voor alle professionele toepassingen, is het verschil tussen 48 kHz en een hogere sample-rate vaak alleen merkbaar in zeer gecontroleerde, high-end luisteromgevingen.

96 kHz: Audio met hoge resolutie

Hoewel een bemonsteringsfrequentie van 48 kHz de industriestandaard is voor film, TV, podcasts en dergelijke, werken sommige technici liever met 96 kHz. De theoretische voordelen zijn meer headroom voor het vastleggen van hoge frequenties, minder aliasing en betere verwerkingsmogelijkheden.

Theoretische voordelen

Uitgebreid opnamebereik

Met een bemonsteringsfrequentie van 96 kHz kunnen frequenties tot 48 kHz worden opgenomen. Hoewel dit ver buiten het bereik van het menselijk gehoor ligt (dat normaal gesproken rond de 20 kHz eindigt), beweren sommige mensen dat deze ultrahoge frequenties op subtiele manieren met het geluid interageren die mensen nog steeds kunnen horen.

Minder aliasing

Herinner je je de Nyquist-limiet nog? Opnemen met 96 kHz duwt die limiet helemaal omhoog naar 48 kHz, waardoor de kans op aliasingartefacten die hoorbaar geluid verstoren kleiner wordt.

Betere verwerking van plugins

Hoge samplesnelheden kunnen ook resulteren in betere verwerking voor sommige effecten. Dit is vooral merkbaar bij het time-stretchen van audio of het uitvoeren van pitch-shifting taken.

Time-stretching van audio die is opgenomen met een hogere sample-rate resulteert in een schoner geluid, met een natuurlijker klinkende kwaliteit. Daarom werken veel geluidsontwerpers met een nog hogere samplefrequentie (192kHz).

Hetzelfde geldt voor bewerkingen zoals verzadiging en vervorming. Deze plugins voegen extra hoge frequentie-inhoud toe boven de oorspronkelijke Nyquist-limiet, dus een samplefrequentie van 96 kHz zal resulteren in minder kans op aliasing na het effect.

Nauwkeurigere meting van monsterpieken

Een ander voordeel van werken met 96 kHz is de verbeterde nauwkeurigheid van samplepiekmetingen. Vaak treedt de piek van een signaal op tussen de samples die zijn opgenomen - bekend als intersample pieken. Een mixer krijgt een nauwkeurigere weergave van waar de signaalpieken liggen met een hogere samplefrequentie die meer samples per seconde bevat.

Audiokwaliteit klaar voor de toekomst

Een ander voordeel van opnemen met 96 kHz is dat je de concurrentie voor blijft. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt, kunnen hogere samplefrequenties de norm worden en sommige technici kiezen voor 96 kHz om compatibiliteit met toekomstige formaten met hoge resolutie te garanderen.

Nadelen van het gebruik van een 96 kHz samplefrequentie

Opnemen met 96 kHz heeft veel theoretische voordelen en kan resulteren in een betere geluidskwaliteit bij time-stretching en het uitvoeren van bewerkingstaken. Maar deze voordelen hebben praktische nadelen ten opzichte van het gebruik van een lagere sample-rate.

Bestandsgrootte

Elke keer dat je een sample rate verdubbelt, verdubbelt ook de hoeveelheid data die je genereert. Een sessie opgenomen met 96 kHz zal twee keer zoveel ruimte in beslag nemen als een 48 kHz sessie omdat er veel grotere bestanden worden aangemaakt.

Voor complexe projecten kan dit de opslagvereisten snel opdrijven en back-ups, delen en bestandsbeheer moeilijker maken.

Verwerkingskracht

Zoals je zou verwachten vraagt een hogere sample rate meer van je CPU. Tenzij je een superverslaafde machine hebt, kun je merken dat je sessie lijdt onder verhoogde latentie, langzamere rendertijden en instabiliteit van het systeem.

DAW-prestaties

Hoewel de meeste DAW's hogere sample rates ondersteunen, betekent het draaien van een sessie op 96 kHz of hoger dat de DAW harder moet werken om audio te streamen. Afhankelijk van je systeem en de complexiteit van de sessie, is er een verhoogd risico op dropouts of glitches. Niet ideaal als je je volgende banger aan het mixen bent.

Plugin prestaties

Sommige plugins oversamplen intern het binnenkomende signaal om de kwaliteit van de resulterende uitvoer te verbeteren, bijvoorbeeld meetplugins of limiters. Als je ze met een al hoge samplefrequentie uitvoert, kan dat de CPU-prestaties nadelig beïnvloeden.

Efficiënte workflow

Hoewel hogere sample rates theoretische voordelen en toekomstbestendigheid bieden, kan het uitvoeren van een sessie op een hogere rate je workflow vertragen zonder merkbare voordelen.

• Sommige goedkope audio-interfaces kunnen geen 96 kHz samplefrequenties aan, wat kan leiden tot vervorming in het geluid.
• Je zult bijna altijd moeten downsamplen om de uiteindelijke deliverables te maken, waardoor je onderweg onnodige conversiestappen maakt.
• Als je systeem moeite heeft met het uitvoeren van een sessie op een hogere sample-rate, zal het onvermijdelijk langer duren. Mixen wordt vervelend en je zult achteraf nog steeds moeten downsamplen.

Kunnen we het verschil horen tussen 48 kHz en 96 kHz?

De hamvraag in deze discussie is: kunnen mensen het verschil horen tussen 48 kHz en 96 kHz?

Hangt ervan af aan wie je het vraagt.

Sommige getrainde luisteraars, met name mastering engineers en audiofielen, beweren subtiele verschillen tussen sample rates te kunnen horen, vooral als het een instrument betreft waar ze goed op zijn ingespeeld.

Sommige mensen maken het punt dat zelfs als we het verschil tussen de twee bemonsteringsfrequenties niet kunnen horen, het bestaan van ultrasone inhoud in het geluid een impact kan hebben op de luisterervaring door harmonische interactie.

Of dit te wijten is aan echte sonische verschillen, of gewoon een psychologische vooringenomenheid is een punt van discussie. Maar een paar dingen beïnvloeden hoe we geluid horen.

Afspeelsystemen

Herinner je je de discussie over frequentierespons? Zelfs als je een supermenselijk gehoor hebt, ver voorbij het bereik van 20 kHz, als de luidsprekers waarop je luistert deze ultrasone frequenties niet ondersteunen, is de hogere sample-rate in feite nutteloos.

Beperkingen in het menselijk gehoor

De meeste volwassenen ervaren een achteruitgang in de bovenste bereiken van hun gehoor naarmate ze ouder worden. Zelfs als de ultrahoge frequenties aanwezig zijn in een geluid, is de kans groot dat veel luisteraars ze toch niet zouden kunnen horen.

Praktische overwegingen

We kunnen deze discussie terugbrengen tot twee ideeën:

• 48 kHz is de standaard voor de media-industrie en voldoet aan alle geluidsvereisten.
• 96 kHz lijkt wel cool, maar heeft ook een hoop bagage.

Het kiezen van de juiste sample rate voor je project hangt af van je specifieke behoeften en workflow. Hier volgt een praktische indeling voor verschillende gebieden van audioproductie.

Muziekproductie: Opnemen, mixen en masteren

Als je alleen met muziek werkt, komt de keuze van samplefrequentie neer op het vinden van een balans tussen audiokwaliteit en systeemefficiëntie.

• Opname: Sommige geluidstechnici willen graag opnemen met hoge samplefrequenties van 96 kHz of hoger om elk sonisch detail vast te leggen en aliasingfouten te voorkomen. Voor de meeste muziek is 48 kHz echter meer dan voldoende en minder belastend voor de systeemmogelijkheden en opslag. Bovendien is het dan niet nodig om een masterklok te gebruiken om alles synchroon te houden.
• Mixing & Mastering: Veel plugins bieden tegenwoordig interne oversampling voor een nauwkeurigere uitvoer, dus werken met 48 kHz biedt nog steeds een hoge geluidskwaliteit.
• Eindaflevering: Streamingplatforms accepteren bestanden met een samplefrequentie van 44,1 of 48 kHz. Als de muziek wordt gereproduceerd op CD, moet de uiteindelijke mix worden omgezet naar een sample rate van 44,1 kHz. Hoe dan ook, opnemen op hoge sample rates is in deze situaties overkill.

Film- en tv-audio

Voor film en televisie (inclusief sync-licenties ) is 48 kHz de gouden standaard. In de meeste gevallen zal de resolutie van de bitdiepte 16 bits moeten zijn, hoewel het een goed idee is om met een bitdiepte van 24 op te nemen en te ditheren voor aflevering.

Gezien het hoge aantal sporen in postproductiesessies kan opnemen met 96 kHz problemen opleveren voor de efficiëntie van het systeem en de opslagruimte.

Gaming en VR

Audio in gaming en virtualrealityscenario's vraagt vaak om hogere sample rates vanwege de unieke eisen van het formaat.

Er is vaak uitgebreide time-stretching en pitch-shifting van geluiden nodig, dus het is beter om op 96 kHz op te nemen.

Live geluid en streaming

In live situaties zijn realtime prestaties topprioriteit, waardoor 48 kHz de beste keuze is.

Definitieve aanbevelingen

Als algemene vuistregel geldt dat de meest efficiënte en effectieve manier om audio op te nemen een bitdiepte van 24 en een samplefrequentie van 48 kHz is.

Deze instellingen vormen een ideale balans tussen sonische helderheid en efficiëntie in opslag en CPU-prestaties.

Veel plugins voeren al interne oversampling uit terwijl ze met deze snelheden werken, wat betekent dat de voordelen van opnemen met 96 kHz verwaarloosbaar zijn.

Daarnaast compenseren digitale begrenzers en meters van hoge kwaliteit inter-sample pieken, waardoor er minder behoefte is aan hogere sample rates.

Tot slot is 48 kHz een industriestandaard voor het meeste professionele werk, wat zorgt voor een naadloze integratie met medewerkers en distributeurs.

De weinige situaties waarin het de moeite waard kan zijn om op te nemen met 96 kHz zijn wanneer:

• een project uitgebreide time-stretching, pitch-shifting of editing (zoals granulaire synthese) vereist.
• Een project is bedoeld voor archiveringsdoeleinden en je wilt het werk toekomstbestendig maken.

Conclusie

We hebben al veel gedaan! Hier is een kort overzicht van wat we hebben besproken. De cliff notes, als je wilt:

• Met een samplefrequentie van 44,1 kHz kunnen audiosignalen tot aan de hoogste frequenties binnen het bereik van het menselijk gehoor perfect worden gereproduceerd.
• De TV-, film- en media-industrie gebruiken standaard 48 kHz.
• Opnemen met 96 kHz vereist meer rekenkracht en meer schijfruimte om de resulterende grotere bestanden op te slaan.
• Het gebruik van steeds hogere bemonsteringsfrequenties resulteert in afnemende opbrengsten met betrekking tot systeemefficiëntie en opslagkosten.
• Als je weet dat je time-stretching en andere bewerkingsfuncties gaat gebruiken op je audio, neem dan op met 96 kHz voor betere resultaten.

Onthoud dat de context waarin je werkt belangrijker is dan het najagen van cijfers.

Als artiest kan het je publiek misschien niet schelen dat je een track hebt geproduceerd met 96 kHz. Het is zelfs onwaarschijnlijk dat ze het verschil horen tussen die opname en iets dat is opgenomen met 44,1 kHz.

Als je muziek opneemt voor film en tv, is 48 kHz de perfecte balans tussen geluidskwaliteit en professionele standaarden.

En als je een bibliotheek met geluiden opbouwt voor een effectenbibliotheek, dan is 96 kHz de beste keuze voor maximale bewerkingsmogelijkheden.

Uiteindelijk is het aan jou. Experimenteer met verschillende sample rates en kijk wat voor jou goed klinkt. Als je een merkbaar verschil hoort bij 96 kHz, ga er dan voor! (Maar koop misschien een grotere harde schijf...).

Welke je uiteindelijk ook gebruikt, maak muziek!