Если вы когда-нибудь копались в настройках своей DAW и удивлялись количеству предлагаемых частот дискретизации, вы не одиноки. Некоторые крупные DAW (например, Logic Pro и Pro Tools) предлагают шесть частот дискретизации на выбор: 44,1, 48, 88,2, 96, 176,4 и 192.

Если вы не знаете, частота дискретизации - это разрешение, с которым записывается и, в случае виртуальных инструментов, воспроизводится звук. Учитывая это, можно подумать, что больше - значит лучше, верно?

Не обязательно.

Хотя большинство дискуссий о частоте дискретизации сосредоточено вокруг пределов человеческого слуха, есть и другие факторы, которые следует принимать во внимание при выборе частоты дискретизации для записи.

И вот тут-то мы и вступаем в дело. В этой статье мы глубоко (и я имею в виду глубоко) погрузимся в нули и единицы цифрового аудио. Сложный? Местами да. Но к концу этой статьи вы будете знать плюсы и минусы записи в 48 кГц и 96 кГц и сможете решить, что лучше для вас.

Понимание частоты дискретизации

Представьте, что мимо вашего дома движется автомобиль. Она движется слева направо и проезжает мимо дома вашего соседа в одном непрерывном движении. Это эквивалент звука в аналоговом мире - форма волны представляет собой непрерывный звук.

Теперь предположим, что вы хотите воспроизвести движение этого автомобиля. Вы решили сделать анимацию в виде перелистывающейся книги, где автомобиль движется слева направо. Чем больше изображений движущегося автомобиля вы сделаете, тем более детализированным и плавным будет выглядеть движение.

Именно так работает цифровое аудио: оно делает серию снимков (или сэмплов) аналоговой формы волны на сверхскоростной скорости, чтобы воспроизвести ее в цифровом мире.

Частота дискретизации означает, как часто делаются снимки в секунду; частота дискретизации 44,1 кГц означает, что в секунду делается 44 100 снимков входящей формы волны. Более высокая частота дискретизации позволяет получить больше снимков. Но слышим ли мы эти дополнительные детали?

Теорема Найквиста

Умный молодой человек по имени Гарри Найквист обнаружил, что частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше самой высокой записываемой частоты. Это значение известно как частота Найквиста, или предел Найквиста.

Поскольку человек слышит максимальную частоту около 20 кГц, для захвата всех слышимых частот требуется минимальная частота дискретизации 40 кГц.

Попытка записать частоты, превышающие этот предел, приводит к алиасингу, или затуханию. Более высокие частоты искажаются как более низкие, что приводит к искажениям или артефактам в восстановленном сигнале.

Каждый современный цифро-аналоговый преобразователь имеет фильтры сглаживания для удаления любых артефактов, по сути действуя как фильтр низких частот для удаления высоких частот, которые могут искажаться. Запись с более высокой частотой дискретизации позволяет этим фильтрам работать без отсечения слышимых частот.

Проще говоря, теорема Найквиста - это правило "сколько хватит" для цифровой записи.

Появление качественного аудио CD

Стандарт качества CD 44,1 кГц появился на заре цифрового аудио, когда жесткие диски не справлялись с задачей хранения материала, равного объему альбома, и для этой цели использовались видеомагнитофоны.

Исходя из частоты кадров и используемых строк на кадр, карандашные головки использовали для хранения 3 аудиосэмпла на кадр, что давало частоту дискретизации 44,1 кГц. Это была минимально возможная частота дискретизации, которая соответствовала теории Найквиста и позволяла хранить мастер-файл на видеокассете. Это стало тем, что мы сейчас называем качеством звука на CD.

Преобразование Фурье

Частота дискретизации влияет не только на способ захвата сигнала, но и на способ "считывания" цифрового аудио.

Преобразование Фурье - это математический инструмент, используемый для анализа сложного сигнала и разбиения его на простые формы волны на разных частотах. Именно так работают такие плагины, как эквалайзеры, спектрограммы и питч-детекторы, анализируя весь сигнал и разбивая его на более мелкие полосы.

При этом чем больше в аудиофайле информации в виде снимков в секунду (выше частота дискретизации), тем точнее будут вычисления преобразования Фурье.

Частотная характеристика

Еще один фактор, который следует учитывать при обсуждении частоты дискретизации, - это оборудование, на котором вы записываете и контролируете звук.

У каждого устройства для воспроизведения звука есть частотная характеристика, которую можно описать примерно так:

• Какие частоты он может воспроизводить, и
• насколько точно он это делает.

Если вы используете дрянной микрофон Radioshack, чтобы записать дубль на дрянной гитаре, и воспроизводите его на паре дрянных колонок Radioshack, есть шанс, что он будет звучать не очень хорошо. Неважно, какую частоту дискретизации вы используете.

Возьми меня выше

Проанализировав все эти научные штучки, мы видим, что более высокая частота дискретизации позволяет нам захватывать более высокие частоты и анализировать их более детально.

Но хотя запись на частоте 96 кГц означает, что мы можем захватить частоты до 48 кГц, с точки зрения человеческого слуха нет никакой реальной разницы с записью на частоте 44,1 кГц. Даже для тех, кто обладает исключительным слухом, верхние частоты все равно будут вне зоны слышимости.

А благодаря теории Найквиста мы знаем, что 44,1 кГц более чем достаточно для идеального воспроизведения любого сигнала в пределах человеческого слуха.

Почему же мы используем более высокие частоты дискретизации?

48 кГц: Отраслевой стандарт

Когда речь идет о кино, телевидении и потоковом вещании, частота дискретизации 48 кГц стала общепринятой для передачи данных. Хотя существуют и более высокие частоты дискретизации, 48 кГц заняли свое место в качестве стандарта в медиаиндустрии благодаря балансу качества, эффективности и совместимости.

Почему 48 кГц - это лучший вариант?

Основной причиной принятия частоты дискретизации 48 кГц в качестве стандарта в медиапроизводстве была совместимость. Эта частота дискретизации хорошо сочеталась с различными системами покадрового видео, используемыми в европейском телевидении и телевидении NTSC, и в то же время удовлетворяла требованиям частоты Найквиста.

Сегодня потоковые платформы, такие как Netflix, Disney и Amazon, требуют, чтобы звук был представлен в 48 кГц, и даже если вы записываете старый фильм для театрального релиза, от вас потребуется предоставить стебли в 48 кГц для этапа микширования.

Преимущества использования частоты дискретизации 48 кГц

Еще одна причина, по которой частота дискретизации 48 кГц стала общепринятой, - это баланс между отличным звучанием и требованиями к обработке.

Сглаживание

Немного более высокая частота дискретизации обеспечивает большее пространство для работы антиалиасинговых фильтров. При частоте дискретизации 44,1 кГц менее совершенный антиалиасинговый фильтр может внести едва заметные, но измеримые артефакты.

С другой стороны, при использовании частоты дискретизации 48 кГц любой возникающий алиасинг будет находиться за пределами слышимого спектра.

Повторная выборка

Учитывая широкое распространение более высокой частоты дискретизации в медиаиндустрии, передача звука с частотой 48 кГц сводит к минимуму необходимость повторного сэмплирования. Хотя 44,1 кГц является обычной практикой в музыкальной индустрии, если вы работаете по лицензии на синхронизацию, готовый продукт должен быть передан в 48 кГц.

Процесс преобразования частоты дискретизации при повышении частоты дискретизации с более низкой до 48 кГц может привести к появлению нежелательных артефактов в файле. Поэтому всегда лучше записывать с более высокой частотой дискретизации и при необходимости понижать ее позже, например, при печати на CD.

Размер файла

Запись и обработка звука на частоте 48 кГц позволяет сохранить приемлемый размер файлов, что очень важно для крупных теле- и кинопроектов, где стоимость хранения и время передачи данных являются важным фактором.

Ограничения при использовании частоты дискретизации 48 кГц

Ограничений для использования 48 кГц на самом деле очень мало. Хотя в аудиосообществе ведутся споры о том, является ли она действительно "достаточно хорошей" для всех профессиональных приложений, разница между 48 кГц и более высокой частотой дискретизации часто заметна только в очень контролируемой, высококлассной среде прослушивания.

96 кГц: Аудио высокого разрешения

Хотя частота дискретизации 48 кГц является промышленным стандартом для кино, телевидения, подкастов и т. п., некоторые инженеры предпочитают работать на частоте 96 кГц. Теоретические преимущества включают в себя больший запас для захвата высокочастотного контента, уменьшение алиасинга и улучшенные возможности обработки.

Теоретические преимущества

Увеличенный диапазон записи

Частота дискретизации 96 кГц позволяет записывать частоты до 48 кГц. Хотя это далеко за пределами диапазона человеческого слуха (который обычно достигает максимума около 20 кГц), некоторые люди утверждают, что эти сверхвысокие частоты взаимодействуют со звуком тончайшими способами, которые человек все же может услышать.

Уменьшенное сглаживание

Помните о пределе Найквиста? Запись на частоте 96 кГц сдвигает этот предел до 48 кГц, что снижает вероятность появления артефактов алиасинга, мешающих восприятию звука.

Улучшенная обработка плагинов

Высокая частота дискретизации также может привести к улучшению обработки некоторых эффектов. Это особенно заметно при растягивании звука во времени или сдвиге высоты тона.

Растягивание во времени звука, записанного с более высокой частотой дискретизации, позволяет получить более чистый звук с более естественным звучанием. Именно поэтому многие саунд-дизайнеры работают с еще более высокой частотой дискретизации (192 кГц).

То же самое касается таких обработок, как насыщение и искажение. Эти плагины добавляют дополнительное высокочастотное содержимое выше исходного предела Найквиста, поэтому частота дискретизации 96 кГц уменьшает возможность возникновения алиасинга после эффекта.

Более точное измерение пика образца

Еще одним преимуществом работы на частоте 96 кГц является повышенная точность измерения пиков образцов. Часто пик сигнала возникает между записанными сэмплами - это так называемые межсэмплерные пики. Инженер по микшированию получит более точное представление о том, где находятся пики сигнала, при более высокой частоте дискретизации, содержащей большее количество сэмплов в секунду.

Обеспечение качества звука в будущем

Еще одно предполагаемое преимущество записи на частоте 96 кГц - это возможность опередить время. По мере развития технологий более высокие частоты дискретизации могут стать нормой, и некоторые инженеры выбирают 96 кГц, чтобы обеспечить совместимость с будущими форматами высокого разрешения.

Недостатки использования частоты дискретизации 96 кГц

Запись на частоте 96 кГц имеет множество теоретических преимуществ и может привести к улучшению качества звука при растягивании во времени и выполнении задач редактирования. Однако эти преимущества имеют практические недостатки по сравнению с использованием более низкой частоты дискретизации.

Размер файла

Каждый раз, когда вы удваиваете частоту дискретизации, объем генерируемых данных также удваивается. Сессия, записанная на частоте 96 кГц, займет в два раза больше места, чем сессия на частоте 48 кГц, поскольку создаваемые файлы будут гораздо больше.

Для сложных проектов это может быстро увеличить требования к хранению и усложнить резервное копирование, совместное использование и управление файлами.

Мощность обработки

Как и следовало ожидать, более высокая частота дискретизации требует больше энергии от вашего процессора. Если у вас не супернавороченная машина, вы можете обнаружить, что ваша сессия страдает от повышенной задержки, замедленного рендеринга и нестабильности системы.

Производительность DAW

Хотя большинство DAW поддерживают более высокие частоты дискретизации, при работе с сессией на частоте 96 кГц или выше DAW приходится прилагать больше усилий для передачи звука. В зависимости от вашей системы и сложности сессии возрастает риск выпадений или сбоев. Не самый лучший вариант, когда вы микшируете свой следующий трек.

Производительность плагина

Некоторые плагины внутренне передискретизируют входящий сигнал, чтобы улучшить качество выходного сигнала, например, плагины-измерители или лимитеры. Их запуск при уже высокой частоте дискретизации может снизить производительность процессора.

Эффективность рабочего процесса

Хотя более высокая частота дискретизации может дать теоретические преимущества и задел на будущее, выполнение сессии на более высокой частоте может замедлить ваш рабочий процесс без каких-либо заметных преимуществ.

• Некоторые бюджетные аудиоинтерфейсы не могут работать с частотой дискретизации 96 кГц, что может привести к искажению звука.
• Для создания конечного результата почти всегда придется понижать дискретизацию, создавая ненужные шаги преобразования.
• Если ваша система не справляется с сессией на более высокой частоте дискретизации, все неизбежно займет больше времени. Микширование станет утомительным, и вам все равно придется потом понижать дискретизацию.

Можно ли услышать разницу между 48 и 96 кГц?

Вопрос на миллион долларов в этой дискуссии: могут ли люди на самом деле услышать разницу между 48 и 96 кГц?

Зависит от того, кого вы спросите.

Некоторые опытные слушатели, в частности инженеры по мастерингу и аудиофилы, утверждают, что способны услышать тонкие различия между частотами дискретизации, особенно если речь идет об инструменте, к которому они очень хорошо настроены.

Некоторые люди утверждают, что даже если мы не слышим разницы между двумя частотами дискретизации, наличие сверхзвукового содержимого в звуке может повлиять на впечатления от прослушивания из-за гармонического взаимодействия.

Связано ли это с реальными звуковыми различиями или просто с психологическими предубеждениями - вопрос спорный. Но на то, как мы слышим звук, влияет несколько факторов.

Системы воспроизведения

Помните обсуждение частотной характеристики? Даже если вы обладаете сверхчеловеческим слухом, выходящим далеко за пределы диапазона 20 кГц, если колонки, на которых вы слушаете, не поддерживают эти ультразвуковые частоты, более высокая частота дискретизации становится фактически бесполезной.

Пределы слышимости человека

С возрастом у большинства взрослых людей ухудшается слух в верхних диапазонах. Даже если в звуке присутствуют сверхвысокие частоты, велика вероятность, что многие слушатели все равно не смогут их услышать.

Практические соображения

Мы можем свести эту дискуссию к двум идеям:

• 48 кГц - это стандарт медиаиндустрии, который отвечает всем требованиям.
• 96 кГц - это, вроде бы, круто, но с большим багажом.

Выбор правильной частоты дискретизации для вашего проекта зависит от ваших конкретных потребностей и рабочего процесса. Вот практическая разбивка для разных областей аудиопроизводства.

Музыкальное производство: Запись, микширование и мастеринг

Если вы работаете только с музыкой, выбор частоты дискретизации сводится к балансу между качеством звука и эффективностью системы.

• Запись: Некоторые инженеры предпочитают записывать треки на высоких частотах дискретизации 96 кГц и выше, чтобы передать каждую звуковую деталь и предотвратить ошибки алиасинга. Однако для большинства музыкальных композиций более чем достаточно 48 кГц, которые меньше нагружают возможности системы и хранилища. Кроме того, отпадает необходимость в использовании мастер-часов для синхронизации.
• Микширование и мастеринг: Многие плагины сегодня обеспечивают внутреннюю передискретизацию для более точного вывода, поэтому работа на частоте 48 кГц по-прежнему обеспечивает высокий стандарт звука.
• Конечная доставка: Потоковые платформы обычно принимают файлы с частотой дискретизации 44,1 или 48 кГц. Если музыка будет воспроизводиться на CD, то в финальном миксе потребуется преобразование частоты дискретизации до 44,1 кГц. В любом случае, запись с высокой частотой дискретизации - излишество в таких ситуациях.

Аудио для кино и телевидения

При работе в кино и на телевидении (включая синхронное лицензирование ) золотым стандартом является 48 кГц. В большинстве случаев разрешение битовой глубины должно составлять 16 бит, хотя для начала лучше записывать с битовой глубиной 24, а при передаче понижать ее.

Учитывая большое количество дорожек в сессиях постпродакшн, запись на частоте 96 кГц может создать проблемы с эффективностью системы и местом для хранения.

Игры и VR

Аудио в играх и сценариях виртуальной реальности часто требует более высокой частоты дискретизации из-за уникальных требований формата.

Часто требуется значительное растягивание звуков во времени и изменение высоты тона, поэтому лучше записывать на частоте 96 кГц.

Живой звук и потоковое вещание

В живых выступлениях приоритет отдается работе в реальном времени, поэтому 48 кГц - лучший выбор.

Заключительные рекомендации

По общему правилу, наиболее эффективным и действенным способом записи звука является запись с битовой глубиной 24 и частотой дискретизации 48 кГц.

Эти настройки представляют собой оптимальное сочетание чистоты звучания и эффективности использования памяти и процессора.

Многие плагины уже осуществляют внутреннюю передискретизацию при работе на этих частотах, а значит, преимущества записи на 96 кГц незначительны.

Кроме того, высококачественные цифровые лимитеры и измерители компенсируют междискретные пики, снижая потребность в более высоких частотах дискретизации.

Наконец, 48 кГц является промышленным стандартом для большинства профессиональных работ, что обеспечивает беспрепятственную интеграцию с коллегами и дистрибьюторами.

Несколько ситуаций, когда может быть целесообразно использовать 96 кГц для записи, - это случаи, когда:

• проект требует значительного растяжения во времени, сдвига высоты тона или редактирования (например, гранулярный синтез).
• проект предназначен для архивных целей, и вы хотите защитить работу на будущее.

Заключение

Мы проделали огромную работу! Вот краткий обзор того, что было пройдено. Если хотите, краткое содержание:

• Частота дискретизации 44,1 кГц позволяет идеально воспроизводить аудиосигналы вплоть до самых высоких частот в диапазоне человеческого слуха.
• В телевидении, кино и медиаиндустрии в качестве стандарта используется 48 кГц.
• Запись на частоте 96 кГц требует большей вычислительной мощности и большего объема дискового пространства для хранения файлов большого размера.
• Использование все более высоких частот дискретизации приводит к снижению отдачи в отношении эффективности системы и стоимости хранения данных.
• Если вы знаете, что будете использовать временную растяжку и другие функции редактирования аудио, записывайте на частоте 96 кГц, чтобы получить лучшие результаты.

Помните, что контекст, в котором вы работаете, важнее, чем погоня за цифрами.

Если вы артист, вашей аудитории может быть все равно, что вы записали трек на частоте 96 кГц. На самом деле, вряд ли они услышат разницу между ним и тем, что было записано на частоте 44,1 кГц.

Если вы записываете музыку для кино и телевидения, то 48 кГц - это идеальный баланс между качеством звука и профессиональными стандартами.

А если вы создаете библиотеку звуков для библиотеки эффектов, то 96 кГц - это то, что нужно, чтобы обеспечить максимальные возможности редактирования.

В конечном счете, выбор за вами. Поэкспериментируйте с разными частотами дискретизации и посмотрите, что звучит лучше. Если вы услышите заметную разницу при 96 кГц, действуйте! (Но, возможно, купите более емкий жесткий диск...).

Независимо от того, какой вариант вы выберете, идите вперед и создавайте музыку!