Якщо ви коли-небудь копалися в налаштуваннях своєї DAW і були вражені різноманітністю пропонованих частот дискретизації, ви не самотні. Деякі провідні DAWS (наприклад, Logic Pro і Pro Tools) пропонують шість частот дискретизації на вибір: 44.1, 48, 88.2, 96, 176.4 і 192.

Якщо ви не знаєте, частота дискретизації - це роздільна здатність, з якою записується звук, а у випадку з віртуальними інструментами - відтворюється. З огляду на це, ви можете подумати, що чим більше, тим краще, чи не так?

Не обов'язково.

Хоча більшість дискусій про частоту дискретизації зосереджені навколо меж людського слуху, є й інші фактори, які слід враховувати при виборі частоти дискретизації для запису.

І ось тут ми вступаємо в гру. У цій статті ми глибоко (і я маю на увазі, дуже глибоко) зануримося в нулі та одиниці цифрового аудіо. Складно? Місцями, так. Але до кінця цієї статті ви будете знати всі плюси і мінуси запису з частотою 48 кГц і 96 кГц, і зможете вирішити, яка з них найкраща для вас.

Розуміння частоти вибірки

Уявіть, що повз ваш будинок проїжджає автомобіль. Він рухається зліва направо і проїжджає повз будинок вашого сусіда одним безперервним рухом. Це еквівалент звуку в аналоговому світі - форма хвилі є безперервним звуком.

Тепер уявіть, що ви хочете відтворити рух цього автомобіля. Ви вирішили зробити анімацію перегортання книги, яка показує, як автомобіль рухається зліва направо. Чим більше зображень руху автомобіля ви зробите, тим більш детальним і плавним буде рух.

Саме так працює цифрове аудіо: воно робить серію знімків (або семплів) аналогової форми сигналу на надшвидких швидкостях, щоб відтворити її в цифровому світі.

Частота дискретизації означає, як часто ці знімки робляться щосекунди; частота дискретизації 44,1 кГц означає, що щосекунди робиться 44 100 знімків вхідного сигналу. Чим вища частота дискретизації, тим більше знімків робиться. Але чи можемо ми почути ці додаткові деталі?

Теорема Найквіста

Розумний молодий хлопець на ім'я Гаррі Найквіст виявив, що частота дискретизації повинна бути принаймні вдвічі більшою за найвищу частоту, що записується. Ця частота відома як частота Найквіста, або межа Найквіста.

Оскільки людина може чути максимальну частоту близько 20 кГц, мінімальна частота дискретизації 40 кГц необхідна для захоплення всіх чутних частот.

Спроба записати частоти, вищі за цю межу, призводить до аліасингу, або накладання. Більш високі частоти помилково сприймаються як більш низькі, що призводить до спотворення або артефактів у відновленому сигналі.

Кожен сучасний цифро-аналоговий перетворювач має фільтри згладжування для усунення будь-яких артефактів, які, по суті, діють як фільтр низьких частот для усунення високих частот, які можуть заважати. Запис з вищою частотою дискретизації дозволяє цим фільтрам працювати без відсікання чутних частот.

Простіше кажучи, теорема Найквіста - це правило "скільки буде достатньо" для цифрового запису.

Поява якісного аудіо на компакт-дисках

Стандарт якості компакт-дисків 44,1 кГц з'явився на початку розвитку цифрового аудіо, коли жорсткі диски не справлялися із завданням зберігання матеріалу вартістю в цілий альбом, і для цього були перепрофільовані відеомагнітофони.

Виходячи з частоти кадрів і кількості корисних ліній у кадрі, олівцеві головки використовувалися для зберігання 3 звукових семплів на кадр, що давало частоту дискретизації 44,1 кГц. Це була мінімально можлива частота дискретизації, яка відповідала теорії Найквіста і дозволяла зберігати майстер на відеокасеті. Це стало тим, що ми зараз називаємо якістю звуку на компакт-дисках.

Перетворення Фур'є

Частота дискретизації впливає не лише на те, як захоплюється сигнал, але й на те, як "зчитується" цифрове аудіо.

Перетворення Фур'є - це математичний інструмент, який використовується для аналізу складного сигналу і розбиття його на прості форми хвиль на різних частотах. Саме так працюють такі плагіни, як еквалайзери, спектрограми та визначення висоти тону, аналізуючи весь сигнал і розбиваючи його на менші смуги.

Отже, чим більше інформації містить аудіофайл у вигляді знімків за секунду (вища частота дискретизації), тим точнішими будуть розрахунки перетворення Фур'є.

Частотна характеристика

Ще один фактор, який слід враховувати при обговоренні частоти дискретизації - це обладнання, на якому ви записуєте і контролюєте.

Кожна частина аудіо габбінів має частотну характеристику, яку можна умовно описати так:

• Які частоти він може відтворювати та
• наскільки точно вона це робить.

Якщо ви використовуєте паршивий мікрофон Radioshack, щоб записати дубль на паршивій гітарі і відтворити його на парі паршивих колонок Radioshack, швидше за все, він не буде звучати добре. Незалежно від того, яку частоту дискретизації ви використовуєте.

Візьми мене вище

Проаналізувавши всі ці наукоподібні речі, ми бачимо, що вища частота дискретизації дозволяє нам вловлювати вищі частоти і аналізувати їх більш детально.

Але хоча запис з частотою 96 кГц означає, що ми можемо захоплювати частоти до 48 кГц, з точки зору людського слуху немає реальної звукової різниці із записом з частотою 44,1 кГц. Навіть для людей з винятковим слухом верхні частоти все одно будуть поза межами чутності.

А завдяки теорії Найквіста ми знаємо, що частоти 44,1 кГц більш ніж достатньо для ідеального відтворення будь-якого сигналу в межах діапазону людського слуху.

Чому ж ми використовуємо вищу частоту дискретизації?

48 кГц: Промисловий стандарт

Коли мова йде про кіно, телебачення та потокове передавання, 48 кГц стала загальноприйнятою частотою дискретизації для передачі даних. Незважаючи на те, що існують вищі частоти дискретизації, 48 кГц забезпечила собі місце стандарту в медіа-індустрії завдяки балансу якості, ефективності та сумісності.

Чому 48 кГц - це "Go-To"?

Основною причиною прийняття частоти дискретизації 48 кГц як стандарту в медіа-виробництві була сумісність. Ця частота дискретизації добре поєднувалася з різними кадровими відеосистемами, які використовуються в європейському та NTSC-телебаченні, і в той же час задовольняла вимогам частоти Найквіста.

Сьогодні стрімінгові платформи, такі як Netflix, Disney та Amazon, вимагають, щоб аудіо було подано з частотою 48 кГц, і навіть якщо ви записуєте олдскульний фільм для кінотеатрального прокату, вам потрібно буде подати стебла з частотою 48 кГц для етапу зведення.

Переваги використання частоти дискретизації 48 кГц

Ще одна причина, чому 48 кГц стала загальноприйнятою частотою дискретизації, - це баланс між чудовим звучанням і вимогами до обробки.

Згладжування

Трохи вища частота дискретизації дає більше простору для роботи фільтрів згладжування. При частоті дискретизації 44,1 кГц не зовсім досконалий фільтр згладжування може вносити ледь помітні, але помітні артефакти.

З іншого боку, при використанні частоти дискретизації 48 кГц, будь-яке аліасинг, що виникає, буде поза межами чутного спектру.

Передискретизація

Враховуючи широке використання високої частоти дискретизації в медіаіндустрії, передача аудіо з частотою 48 кГц мінімізує потребу в передискретизації. Хоча 44,1 кГц є звичайною практикою в музичній індустрії, якщо ви працюєте з синхронним ліцензуванням, готовий продукт повинен бути доставлений з частотою 48 кГц.

Процес перетворення частоти дискретизації при підвищенні частоти дискретизації з нижчої до 48 кГц може призвести до появи небажаних артефактів у файлі. Тому завжди корисно записувати з вищою частотою дискретизації, а потім знизити частоту дискретизації, якщо це необхідно, наприклад, під час друку на CD.

Розмір файлу

Запис і обробка звуку на частоті 48 кГц дозволяє контролювати розмір файлів, що важливо для великих теле- і кінопроектів, де витрати на зберігання і час передачі даних є важливими факторами.

Обмеження використання частоти дискретизації 48 кГц

Насправді існує дуже мало обмежень для використання 48 кГц. Хоча в аудіо-спільноті точаться суперечки про те, чи дійсно ця частота "достатньо хороша" для всіх професійних застосувань, різниця між 48 кГц і вищою частотою дискретизації часто помітна лише в дуже контрольованому, високоякісному середовищі прослуховування.

96 кГц: Звук з високою роздільною здатністю

Хоча частота дискретизації 48 кГц є галузевим стандартом для кіно, телебачення, подкастів тощо, деякі інженери вважають за краще працювати з частотою 96 кГц. Теоретичні переваги включають більший запас для захоплення високочастотного контенту, зменшення аліасингу та покращення можливостей обробки.

Теоретичні переваги

Розширений діапазон запису

Частота дискретизації 96 кГц дозволяє записувати частоти до 48 кГц. Хоча це далеко за межами діапазону людського слуху (який зазвичай сягає близько 20 кГц), дехто стверджує, що цей надвисокочастотний вміст взаємодіє зі звуком тонкими способами, які людина все ще може почути.

Зменшене згладжування

Пам'ятаєте межу Найквіста? Запис з частотою 96 кГц відсуває цю межу аж до 48 кГц, таким чином зменшуючи ймовірність того, що артефакти аліасингу втручатимуться в будь-який чутний звук.

Покращена обробка плагінів

Висока частота дискретизації також може призвести до кращої обробки деяких ефектів. Це особливо помітно при розтягуванні аудіо в часі або при виконанні завдань зі зміною висоти тону.

Розтягнуте в часі аудіо, записане з вищою частотою дискретизації, дає чистіший звук з більш природним звучанням. Ось чому багато саунд-дизайнерів працюють з ще вищою частотою дискретизації (192 кГц).

Те саме стосується обробки, наприклад, насиченості та спотворення. Ці плагіни додають додатковий високочастотний вміст вище початкової межі Найквіста, тому частота дискретизації 96 кГц призведе до меншої можливості для аліасингу пост-ефекту.

Більш точне вимірювання піків зразка

Ще однією перевагою роботи з частотою 96 кГц є підвищена точність вимірювання піків відліків. Часто пік сигналу виникає між записаними відліками - так звані міжвідлікові піки. Міксинг-інженер отримає більш точне уявлення про те, де лежать піки сигналу, з вищою частотою дискретизації, яка містить більше семплів на секунду.

Якість звуку з перспективою на майбутнє

Ще одна передбачувана перевага запису з частотою 96 кГц - це можливість залишатися на крок попереду. Оскільки технології продовжують розвиватися, вища частота дискретизації може стати нормою, і деякі інженери обирають 96 кГц, щоб забезпечити сумісність з майбутніми форматами високої роздільної здатності.

Недоліки використання частоти дискретизації 96 кГц

Запис з частотою 96 кГц має багато теоретичних переваг і може забезпечити кращу якість звуку при розтягуванні в часі та виконанні завдань редагування. Але ці переваги досягаються за рахунок практичних компромісів порівняно з використанням нижчої частоти дискретизації.

Розмір файлу

Кожного разу, коли ви подвоюєте частоту дискретизації, обсяг даних, які ви генеруєте, також подвоюється. Сеанс, записаний з частотою 96 кГц, займе вдвічі більше місця, ніж сеанс з частотою 48 кГц, оскільки створюються набагато більші файли.

Для складних проектів це може швидко збільшити вимоги до сховища та ускладнити резервне копіювання, спільний доступ і керування файлами.

Обчислювальна потужність

Як і слід було очікувати, вища частота дискретизації вимагає більшого навантаження на процесор. Якщо у вас не надсучасний комп'ютер, ви можете помітити, що ваша сесія страждає від підвищеної затримки, повільного рендерингу та нестабільності системи.

Продуктивність DAW

Хоча більшість DAW підтримують вищі частоти дискретизації, запуск сесії з частотою 96 кГц або вище означає, що DAW доводиться більше працювати над потоковою передачею звуку. Залежно від вашої системи і складності сесії, збільшується ризик випадань або збоїв. Це не ідеально, коли ви зводите свій наступний трек.

Продуктивність плагіна

Деякі плагіни внутрішньо передискретизують вхідний сигнал, щоб покращити якість вихідного сигналу, наприклад, плагіни-дозатори або лімітери. Запуск цих плагінів з високою частотою дискретизації може погіршити продуктивність процесора.

Ефективність робочого процесу

Хоча вища частота дискретизації може мати теоретичні переваги і бути перспективною, запуск сеансу з вищою частотою може сповільнити ваш робочий процес без будь-яких помітних переваг.

• Деякі бюджетні аудіоінтерфейси не можуть працювати з частотою дискретизації 96 кГц, що може призвести до спотворення звуку.
• Майже завжди вам доведеться зменшувати вибірку для створення кінцевих результатів, створюючи непотрібні кроки перетворення на цьому шляху.
• Якщо ваша система не може запустити сесію з високою частотою дискретизації, це неминуче займе більше часу. Зведення стане нудним, і вам все одно доведеться знижувати частоту дискретизації.

Чи можемо ми почути різницю між 48 кГц і 96 кГц?

Питання на мільйон доларів у цій дискусії: чи можуть люди насправді почути різницю між 48 кГц і 96 кГц?

Залежить від того, кого ви запитаєте.

Деякі досвідчені слухачі, зокрема, мастеринг-інженери та аудіофіли, стверджують, що здатні почути ледь вловимі відмінності між частотами дискретизації, особливо якщо це інструмент, до якого вони добре налаштовані.

Дехто стверджує, що навіть якщо ми не чуємо різниці між двома частотами дискретизації, існування ультразвукового вмісту в звуці може впливати на слуховий досвід через гармонійну взаємодію.

Чи пов'язано це з реальними звуковими відмінностями, чи просто з психологічним упередженням - це питання дискусійне. Але кілька речей впливають на те, як ми чуємо звук.

Системи відтворення

Пам'ятаєте дискусію про частотну характеристику? Навіть якщо у вас надлюдський слух, що виходить далеко за межі діапазону 20 кГц, якщо колонки, на яких ви слухаєте, не підтримують ці ультразвукові частоти, вища частота дискретизації стає фактично марною.

Обмеження людського слуху

Більшість дорослих людей з віком відчувають погіршення слуху у верхніх діапазонах. Навіть якщо надвисокі частоти присутні в звуці, велика ймовірність того, що багато слухачів все одно не зможуть їх почути.

Практичні міркування

Ми можемо звести цю дискусію до двох ідей:

• 48 кГц - це стандарт медіа-індустрії, і він відповідає всім звуковим вимогам.
• 96 кГц здається крутим, але також має багато недоліків.

Вибір правильної частоти дискретизації для вашого проекту залежить від ваших конкретних потреб і робочого процесу. Ось практичні рекомендації для різних сфер аудіовиробництва.

Музичне продакшн: Запис, зведення та мастеринг

Коли ви працюєте лише з музикою, вибір частоти дискретизації зводиться до балансу між якістю звуку та ефективністю системи.

• Запис: Деякі інженери люблять записувати з високою частотою дискретизації 96 кГц або вище, щоб захопити кожну звукову деталь і запобігти помилкам аліасингу. Однак для більшості музики 48 кГц більш ніж достатньо, і це менше навантаження на можливості системи і пам'ять. Крім того, це виключає необхідність використання генераторного годинника для синхронізації.
• Зведення та мастеринг: Багато плагінів сьогодні забезпечують внутрішню передискретизацію для більш точного виводу, тому робота з частотою 48 кГц все ще забезпечує високий стандарт звуку.
• Фінальна доставка: Потокові платформи, як правило, приймають файли з частотою дискретизації 44,1 або 48 кГц. Якщо музика буде відтворюватися на компакт-диску, фінальний мікс потребує перетворення частоти дискретизації до 44,1 кГц. У будь-якому випадку, запис з високою частотою дискретизації в таких ситуаціях є надмірністю.

Кіно та телебачення Аудіо

При роботі в кіно і на телебаченні (включаючи ліцензування синхронізації ) 48 кГц є золотим стандартом. У більшості випадків розрядність має бути 16 біт, хоча для початку варто записувати з розрядністю 24 біт, а потім зменшити її для доставки.

Враховуючи велику кількість доріжок, які використовуються під час пост-продакшну, запис з частотою 96 кГц може спричинити проблеми з ефективністю системи та обсягом пам'яті.

Ігри та VR

Аудіо в іграх і сценаріях віртуальної реальності часто вимагає більш високої частоти дискретизації через унікальні вимоги формату.

Часто потрібне значне розтягування звуків у часі та зміщення висоти то ну, тому краще записувати з частотою 96 кГц.

Живий звук та стрімінг

У живих умовах продуктивність в реальному часі є пріоритетною, тому 48 кГц - найкращий вибір.

Заключні рекомендації

Як правило, найефективнішим і найефективнішим способом запису аудіо є запис з бітовою глибиною 24 і частотою дискретизації 48 кГц.

Ці налаштування є золотою серединою між чистотою звуку та ефективністю використання пам'яті і продуктивністю процесора.

Багато плагінів вже виконують внутрішню передискретизацію під час роботи на цих частотах, а це означає, що переваги запису на 96 кГц незначні.

Крім того, високоякісні цифрові лімітери і вимірювачі компенсують міждискретні піки, зменшуючи потребу в більш високій частоті дискретизації.

Нарешті, 48 кГц є галузевим стандартом для більшості професійних робіт, що забезпечує безперешкодну інтеграцію з колегами та дистриб'юторами.

Є кілька ситуацій, коли варто розглянути можливість використання 96 кГц для запису:

• проект вимагає значного розтягування в часі, зміни висоти тону або редагування (наприклад, гранульованого синтезу).
• проект призначений для архівних цілей, і ви хочете захистити роботу на майбутнє.

Висновок

Ми пройшли великий шлях! Ось короткий підсумок того, що було зроблено. Конспект, якщо хочете:

• Частота дискретизації 44,1 кГц здатна ідеально відтворювати аудіосигнали аж до найвищих частот у діапазоні людського слуху.
• Телебачення, кіно та медіа-індустрія використовують 48 кГц як стандарт.
• Запис з частотою 96 кГц вимагає більшої обчислювальної потужності і більшого дискового простору для зберігання більших файлів.
• Використання все більш високих частот дискретизації призводить до зменшення віддачі щодо ефективності системи та витрат на зберігання.
• Якщо ви знаєте, що будете використовувати розтягування в часі та інші функції редагування аудіо, записуйте з частотою 96 кГц для кращого результату.

Пам'ятайте, що контекст, в якому ви працюєте, важливіший, ніж гонитва за цифрами.

Якщо ви артист, вашій аудиторії може бути байдуже, що ви записали трек з частотою 96 кГц. Насправді, навряд чи вони почують різницю між ним і чимось, записаним з частотою 44,1 кГц.

Якщо ви записуєте музику для кіно і телебачення, 48 кГц - це ідеальний баланс між якістю звуку і професійними стандартами.

А якщо ви створюєте бібліотеку звуків для бібліотеки ефектів, 96 кГц - це найкращий вибір для забезпечення максимальних можливостей редагування.

Зрештою, це ваш вибір. Поекспериментуйте з різними частотами дискретизації і подивіться, що звучить краще для вас. Якщо ви почуєте помітну різницю на 96 кГц - вперед! (Але, можливо, купите більший жорсткий диск...).

Незалежно від того, що ви в кінцевому підсумку використовуєте, йдіть вперед і створюйте музику!