Какая частота дискретизации звука лучше:
как выбрать нужные ГЦ?

Автор: Иван Морозов
5.0 Оценок: 3

Выбор эксперта: топ виртуальных
генераторов звуковых частот

  1. АудиоМАСТЕР | Звуковой редактор с тонгенератором.

  2. Audacity | Редактор с продвинутым функционалом по генерации звука.
  3. Adobe Audition | Профессиональный аудиоредактор.
какая частота дискретизации лучше

Частота дискретизации — одна из основных характеристик цифрового звука. Разобраться, что означает этот параметр, важно аудиофилам и начинающим музыкантам. Мы расскажем, какая частота дискретизации лучше, и объясним, на что она влияет.

Какие бывают звуковые частоты?

Каждый звук характеризуется частотой — количеством колебаний волны за 1 секунду. Именно это значение определяет, слышим мы комариный писк, утробный гул или более сложные сочетания, которые, например, характерны для вокала и музыкальных инструментов.

В идеальной ситуации человеческое ухо воспринимает (слышит) звуки в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц. В реальности диапазон более узкий. К тому же он может меняться с возрастом, после перенесенных болезней и даже в зависимости от самочувствия в определенный момент.

В музыкальном производстве и в аудиоаппаратуре указанный диапазон разделяется на 3 поддиапазона частот:

  • Низкие (НЧ) — до 200 Гц.
  • Средние (СЧ) — от 200 Гц до 5 кГц.
  • Высокие (ВЧ) — от 5 кГц.

Встречается и более подробное деление, например на низкие басы и верхние басы низкие средние, средние средние и верхние средние, низкие высокие и верхние высокие.

На что влияет амплитудно-частотная характеристика?

Частота определяет тональность, тогда как за громкость отвечает амплитуда волны, которая исчисляется в децибелах (дБ). В действительности у всех звуков бесконечно широкий частотный спектр. Это происходит даже в тех случаях, когда они создаются генератором звуковых частот. Дополнительные значения выше и ниже по спектру возникают при воспроизведении.

Взаимосвязь амплитуды и частоты называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). Обычно ее изображают в виде графика.

частота дискредитации звука

Пример графика амплитудно-частотной характеристики

На графике видно, что звуки сохраняются даже за границами слышимого диапазона (обозначен красным). То есть мы можем просто не воспринимать звук, но по факту он еще звучит. Амплитуда — относительная характеристика, полного затухания не происходит. Колебания волн можно выявить лабораторным оборудованием.

Когда говорят об АЧХ, подразумевают диапазон, в котором звук более выражен. Например для большого барабана это 100-250 Гц, для скрипки — 180-3500 Гц, баритона — 110-392 Гц, сопрано — 262-1046 Гц. Их звучание можно подчеркнуть правильной настройкой эквалайзера.

Большое значение имеет АЧХ звуковой карты (аудиоинтерфейса), микрофона, колонок (мониторов), наушников и других устройств, которые сами по себе не генерируют звук. Они должны охватывать весь полезный спектр. В противном случае часть звуков не будет записываться (воспроизводиться).

График АЧХ звукозаписывающего и звуковоспроизводящего оборудования должен быть относительно ровным (идеальная линия возможна не всегда). Иначе сами устройства будут добавлять искажения. Чтобы улучшить АЧХ, рабочий диапазон расширяют, например от 10 Гц до 40 кГц (подобные значения можно увидеть в характеристиках устройств). Благодаря этому в слышимом спектре график — более ровный, а звучание — более качественное.

Чем отличается аналоговый сигнал от цифрового?

Звуковые волны относительно легко сохраняются и преобразуются в аналоговой аппаратуре. Конкретные частоты определяются глубиной канавки на пластинке или интенсивностью магнитного поля ленты (в кассетах и бобинах). Механические колебания и магнитное излучение преобразуются в электрические импульсы, которые усиливаются и передаются на диффузор (мембрану) динамиков или наушников. Колебания диффузора в свою очередь создают звуковые волны.

Принципиально иная ситуация с цифровой аппаратурой. Она хранит информацию в виде последовательности нулей и единиц, где 1 — это наличие электрического напряжения, а 0 — его отсутствие. Чтобы преобразовать песню или голос в поток данных, нужен специальный алгоритм. Он определенным образом разложит весь частотный спектр на единицы и нули, а также выделит блоки данных, которые будут отвечать за амплитуду.

Теорема Котельникова: зачем ее знать при работе со звуком?

Принцип, по которому звуковые колебания можно представить в цифровом виде, был предложен В.А. Котельниковым. В основе этого принципа лежит математическая модель. В зарубежных источниках используются названия «теорема отсчетов» и «теорема Найквиста-Шеннона».

При оцифровке необходимо с определенной периодичностью считывать и сохранять тональность и амплитуду сигнала. Параметр, который обозначает, насколько часто это происходит, называется частотой дискретизации.

По Котельникову, частота дискретизации должна минимум в 2 раза превышать наивысшую частоту полезного сигнала. В противном случае будет происходить потеря информации и наложение звуков. На слух это воспринимается как различного рода искажения (артефакты).

Как уже говорилось, все звуки фактически имеют бесконечный спектр. К тому же при расчетах неизбежно происходит округление значений. Поэтому при текущем уровне технологий идеальная оцифровка звука невозможна. Чтобы компенсировать потерю и искажение данных, частота дискретизации должна иметь некоторый запас. Например, по стандарту, для звуковых компакт-дисков (Audio CD) параметр составляет 44100 Гц. Максимальная частота для восприятия человеческим ухом — 20000 Гц. 44100 : 2 — 20000 = 2050 Гц (запас значений).

Сэмплы и битрейты

Частота дискретизации также называется сэмплрейтом (Sample Rate) и указывает на периодичность выборки данных в течение 1 секунды. За объем информации (количество бит), который можно передать за 1 секунду отвечает битрейт. Параметры влияют на точность кодирования, но не зависят друг от друга.

Чем точнее кодирование (лучше качество), тем выше объем пересылаемых данных. Лимит, устанавливаемый битрейтом, заставляет кодек не оцифровывать определенные части сигнала. Чем ниже битрейт, тем хуже качество.

Возможно 3 варианта битрейта:

  • Постоянный — не меняется на протяжении всей аудиозаписи. Можно точно определить конечный размер файла, но выделяемые ресурсы не всегда расходуются оптимально.
  • Переменный — алгоритм повышает или понижает параметр, исходя из определенных условий. Например устанавливает низкий для фрагментов с более ровной АЧХ и высокий — для динамичных эпизодов. Ресурсы расходуются более оптимально, но предсказать размер файла невозможно.
  • Усредненный — может меняться в заданных пределах. Частично компенсирует недостатки других разновидностей — можно рассчитать примерный размер файла и более рационально распределять ресурсы.

Максимальные и минимальные значения битрейта и сэмплрейта зависят от возможностей оборудования, а также ограничиваются требованиями конкретного аудиоформата. Например для MP3 допустим битрейт 8-320 кбит/с, а сэмплрейт — 8000-48000 Гц.

Какую частоту дискретизации используют в музыке?

Вопрос, какая частота дискретизация считается стандартной для музыки, не имеет однозначного ответа. Нижняя граница устанавливается в 44100 Гц, что соответствует CD-качеству. При этом большинство не заметит искажений.

Некоторые потоковые сервисы переходят на 48000 Гц. Это стандарт для DVD и DAT (профессиональный формат цифровой записи на магнитную ленту, сейчас используется редко). Однако даже на качественной аппаратуре не все пользователи смогут услышать разницу.

В профессиональной среде могут использоваться сэмплрейты 96000 и 192000 Гц. С такими параметрами сохраняются оригинальные студийные записи. В дальнейшем они конвертируются под требования конкретных носителей и форматов. Эти же значения поддерживаются DVD-аудио и Blu-ray.

В чем отличие частоты дискретизации в музыке и видео?

Дискретизация в видео может быть больше, чем в музыке. В звуке в кино допускается много деталей — фоновая мелодия, голос, щелчки, пение птиц и так далее. Всё это должно звучать воедино. В музыке всё проще: есть голос и музыка, без особенных дополнений и сложного фона (бэк-вокал, например, — тоже голос). Поэтому частота дискретизации в музыке ниже, чем при кодировании видеоданных. Для оцифровки видео применяются другие алгоритмы, а сэмплрейт учитывают преимущественно при разработке и настройке оборудования.

Почему высокие частоты дискретизации — это плохо?

Определяясь с тем, какую частоту дискретизации выбрать для музыки, стоит учитывать возможности оборудования (своего и потенциального слушателя), требования носителя и платформы, а также цели, для которых создается трек. Сэмплрейт от 96 КГц и выше оправдан для записи сложных инструментальных и вокальных компазиций (оперы или симфонии) в DAW-программах. Однако после параметр все равно будет снижен до 48 или 44,1 КГц.

Помните, что:

  • Сэмплрейт влияет на размер файла.
  • Обработка данных требует вычислительных мощностей. Чем выше сэмплрейт, тем сильнее нагружается компьютер или смартфон. Воспроизведение файлов с 44,1 и 48 КГц не вызывает проблем. При более высоком параметре устройство может зависнуть.
  • Сэмплрейт должен поддерживаться аудиочипом. 44,1 КГц предусматриваются всегда. Некоторые устройства из нижнего ценового сегмента также могут обрабатывать 48 КГц. Если значение не поддерживается, параллельно с воспроизведением аудиоданные кодируются с оптимальными (для конкретного устройства) характеристиками, что сильнее нагружает систему и может приводить к ошибкам.
  • Конвертация не повышает качество. Если взять файл с 44,1 КГц и преобразовать его в аудиозапись с 96 КГц, звучание не меняется.
  • Многие слушатели используют дешевое оборудование, которое их полностью устраивает. Гарнитура смартфона не всегда способна продемонстрировать разницу между низким и высоким битрейтом и ошибки в мастеринге. Даже люди с идеальным слухом на качественном оборудовании иногда не могут оценить преимущества сэмплрейта больше 48 КГц.

Как изменить частоты дискретизации в песне?

После того как вы определились, какая лучше частота дискретизации звука для музыки, может потребоваться конвертация файл с новыми значениями. Для этого пригодится звуковой редактор, например АудиоМАСТЕР.

АудиоМАСТЕР

Приложение поддерживает сэмплрейт от 8000 до 192000 Гц. Однако допустимые параметры определяются конкретным форматом. Например, для WAV это 8000-96000 Гц, а для AAC — 16000-64000 Гц.

  1. Запустите редактор и импортируйте в него нужный файл. Можно воспользоваться кнопкой «Открыть файл» или перетащить аудиозапись в окно программы.

  2. В меню «Файл» выберите «Сохранить как…».

  3. Укажите формат, битрейт, дискретизацию, разрядность (графа «Четкость») и другие нужные характеристики. Нажмите «Сохранить», чтобы применить изменения. Затем введите имя файла и выберите папку для экспорта.

Итоги

Мы рассказали, что такое сэмплрейт и на что он влияет. Теперь вы знаете, какая лучше частота дискретизации звука для наушников смартфона и насколько целесообразны высокие характеристики.

Наиболее распространенными значениями являются 44100 и 48000 Гц. Они поддерживаются популярными кодеками и современными аудиочипами в компьютерах и гаджетах. Более высокие параметры (от 96 КГц) используются в крупных студиях, например при записи симфонической музыки. Однако в дальнейшем сэмплрейт все равно снижается при производстве CD и подготовке аудиофайлов для потоковых сервисов.

Часто задаваемые вопросы:

Что такое разрядность (битность)?

Это объем информации (количество бит), которое выделяется на хранение каждого сэмпла. Наиболее распространенное значение — 16.

В чем разница между дискретизацией и сэмплированием?

Это одно и то же. В англоязычных материалах вместо «дискретизации» используется термин «sampling», что и переводится как «сэмплирование».

Что такое аудиокодек?

Специальная программа или микросхема для преобразования аналогового сигнала в поток данных и наоборот — аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналогового (ЦАП) преобразования.

Комментарии (0)
Прокомментируйте первым!
Показать все комментарии
Антиспам:
=
Введено символов: 0 из 1000
Скачать АудиоМАСТЕР прямо сейчас!
Аудиоредактор
  • Преобразите запись голоса с посмощью эффектов
  • Настройте темп, тон и тембр голоса вручную
  • Создайте уникальный эффект присутствия
СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО
Для Windows 11, 10, 8, 7, XP