Въведение

В днешно време навлизането в света на професионалното аудио и музикално производство е сравнително лесно. Всичко, което трябва да направите, е да изтеглите цифрова аудио работна станция (DAW) и да започнете работа по новия си проект. Често тези DAW сами вършат по-голямата част от работата, създавайки перфектната творческа среда за вашия аудио проект.

Въпреки това, когато започнете да се задълбочавате в потенциала на софтуера си, ще разберете, че има аудио настройки, които можете да регулирате, за да подобрите качеството на съдържанието си. Една от тези настройки несъмнено е честотата на дискретизация.

Да знаете какво представляват честотите на дискретизация и коя честота е най-подходяща за вашия проект, е основен аспект на аудиопродукцията, който може да промени драстично качеството на вашите творби. Няма универсален отговор, когато става въпрос за честота на дискретизация. В зависимост от съдържанието, на което вдъхвате живот, ще трябва да изберете подходящите настройки, за да гарантирате оптимални резултати.

В тази статия ще обясня какво е честота на дискретизация и защо е от съществено значение. Ще разгледам и каква честота на дискретизация трябва да използвате в зависимост от това дали сте музикален продуцент, аудиоинженер, работещ във видеоклип, или актьор за глас зад кадър.

Невъзможно е да се обясни значението на честотата на дискретизация, без да се направи преглед на човешкия слух и начина, по който аудиото се преобразува от аналогово в цифрово. Затова ще започна статията с кратко въведение в тези теми.

Това е сложна тема и доста тежка от техническа гледна точка. Ще се опитам да я запазя възможно най-проста. Въпреки това, основно разбиране на аудио честотите и как звукът се разпространява в пространството би помогнало. Тази статия може също така да помогне на начинаещите да изберат оптималната настройка за своите звукозаписни сесии.

Да се потопим!

Няколко неща за човешкия слух

Преди да навлезем в тънкостите на честотата на дискретизация, искам да изясним няколко неща за това как чуваме и интерпретираме звуците. Това ни помага да разберем как се записват и възпроизвеждат звуците. Това ви дава необходимата информация, за да подчертаете значението на честотата на дискретизация.

Когато звуковата вълна навлезе в ушния канал и стигне до тъпанчето, то вибрира и изпраща тези вибрации към три малки костици, наречени malleus, incus и stapes.

Вътрешното ухо преобразува вибрациите в електрическа енергия. След това мозъкът интерпретира сигнала. Всеки звук вибрира със специфична синусоидална честота, което го прави уникален, сякаш е звуков пръстов отпечатък. Честотата на звуковата вълна определя нейната височина.

Хората възприемат честотата на звуковите вълни като височина на звука. Можем да чуваме звуци с честота между 20 и 20 000 Hz и сме най-чувствителни към честоти между 2 000 и 5 000 Hz. С напредването на възрастта губим способността си да чуваме по-високи честоти. Някои животни, като делфините, могат да чуват честоти до 100 000 Hz; други, като китовете, могат да чуват инфразвукови звуци с честота до 7 Hz.

Колкото по-голяма е дължината на вълната на чуваемия звук, толкова по-ниска е честотата ѝ. Например нискочестотна вълна с дължина на вълната до 17 метра може да съответства на 20 Hz. И обратно, вълните с най-висока честота, до 20 000 Hz, могат да бъдат с дължина само 1,7 сантиметра.

Честотният диапазон, който се чува от хората, е ограничен и ясно определен. Затова устройствата за запис и възпроизвеждане на звук се фокусират върху улавянето на звуци, които човешките уши могат да чуят. Всички записани звуци, които чувате, от любимите ви компактдискове до полеви записи в документални филми, са направени с помощта на устройства, които прецизно улавят и възпроизвеждат звуци, които хората могат да чуят.

Технологиите са се развили въз основа на нашите слухови възможности и нужди. Съществува широк диапазон от честоти, които нашите уши и мозъци няма да регистрират, тъй като еволюцията е решила, че те не са необходими за нашето оцеляване. Въпреки това днес разполагаме с инструменти за аудиозапис, които позволяват да се улавят звуци, които дори най-тренираното човешко ухо не би могло да разпознае.

Както ще видим по-долу, оказва се, че честотите, които не можем да чуем, все пак могат да повлияят на тези в нашия чуваем диапазон. Така че в известен смисъл е важно да ги вземете предвид, когато записвате аудио. От друга страна, все още се спори дали записването на честоти извън нашия чуваем спектър оказва влияние върху качеството на звука.

Честотата на дискретизация се използва, когато преобразуваме аналогов сигнал (естествен) в цифрови данни, за да могат нашите електронни устройства да го обработят и възпроизведат.

Конвертиране на аналогов звук в цифров звук

Превръщането на звуковата вълна от аналогова в цифрова изисква записващо устройство, което може да преобразува естествените звуци в данни. Следователно преходът между аналоговите форми на вълната към цифровата информация е необходима стъпка, когато записвате звук на вашия компютър чрез цифрова аудио работна станция.

При запис специфичните характеристики на звуковата вълна, като например нейния динамичен обхват и честота, се превръщат в цифрова информация: нещо, което компютърът ни може да разбере и интерпретира. За да трансформираме оригиналната форма на вълната в цифров сигнал, трябва да опишем формата на вълната математически, като заснемем голямо количество "снимки" на тази форма на вълната, докато успеем да опишем напълно нейната амплитуда.

Тези снимки се наричат честота на дискретизация. Те ни помагат да определим характеристиките, които определят формата на вълната, така че компютърът да може да пресъздаде цифрова версия на звуковата вълна, която звучи точно (или почти) като оригинала.

Този процес на преобразуване на аудиосигнала от аналогов в цифров може да се осъществи с помощта на аудиоинтерфейс. Те свързват музикалните инструменти с вашия компютър и DAW, като пресъздават аналоговия звук като цифрова форма на вълната.

Подобно на честотата на кадрите при видеоклиповете, колкото повече информация имате, толкова по-добре. В този случай, колкото по-висока е честотата на дискретизация, толкова повече информация имаме за определено честотно съдържание, което след това може да се преобразува перфектно в битове информация.

След като вече знаем как да използваме цифровите си аудио работни станции за запис и редактиране на звуци, е време да разгледаме значението на честотата на дискретизация и да видим как тя влияе на качеството на звука.

Скорост на дискретизация: определение

Казано по-просто, честотата на дискретизация е броят пъти в секунда, когато се дискретизира звукът. Например при честота на дискретизация 44,1 kHz формата на вълната се улавя 44100 пъти в секунда.

Според теоремата на Nyquist-Shannon честотата на дискретизация трябва да бъде поне два пъти по-висока от най-високата честота, която възнамерявате да уловите, за да представите аудиосигнала точно. Чакайте, какво?

Накратко, ако искате да измерите честотата на една звукова вълна, първо трябва да определите пълния ѝ цикъл. Той се състои от положителен и отрицателен етап. И двата етапа трябва да бъдат открити и дискретизирани, ако искате точно да уловите и пресъздадете честотата.

Ако използвате стандартната честота на дискретизация 44,1 kHz, ще записвате отлично честоти, малко по-високи от 20 000 Hz, което е най-високото ниво на честота, което хората могат да чуят. Това е и причината, поради която 44,1 kHz все още се счита за стандартно качество за компактдискове. Цялата музика, която слушате на компактдискове, има тази стандартна честота на дискретизация.

Защо 44,1 kHz, а не 40 kHz? Защото при преобразуването на сигнала в цифров честотите над чуваемите за хората се филтрират чрез нискочестотен филтър. Допълнителните 4,1 kHz дават достатъчно пространство на нискочестотния филтър, така че да не се отрази на високочестотното съдържание.

Използването на по-висока честота на дискретизация от 96 000 Hz ще ви осигури диапазон от честоти до 48 000 Hz, което е много над спектъра на човешкия слух. В днешно време висококачественото оборудване за запис на музика позволява запис с още по-висока честота на дискретизация от 192 000 Hz, като по този начин се улавят звукови честоти до 96 000 Hz.

Защо имаме възможност да записваме такива високи честоти, ако изобщо не ги чуваме? Много аудиопрофесионалисти и инженери са съгласни, че честотите над чуваемия спектър все пак могат да окажат влияние върху цялостното качество на звука на записа. Фината намеса на тези ултразвукови звуци, ако не се улови правилно, може да създаде изкривяване, което пречи на честотитев спектъра 20 Hz - 20 000 Hz.

По мое мнение отрицателното въздействие на тези ултразвукови честоти върху цялостното качество на звука е незначително. Въпреки това си струва да анализирате най-често срещания проблем, с който може да се сблъскате при запис на звуци. Това ще ви помогне да решите дали увеличаването на честотата на дискретизация би подобрило качеството на записите ви.

Aliasing

Алиасингът е явление, което се появява винаги, когато звукът не се интерпретира правилно от честотата на дискретизация, която използвате. Това е сериозен проблем за звуковите дизайнери и аудиоинженерите. Поради тази причина много от тях избират по-висока честота на дискретизация, за да избегнат проблема.

Когато по-високите честоти са твърде високи, за да бъдат уловени от честотата на дискретизация, те могат да бъдат възпроизведени като по-ниски честоти. Това е така, защото всяка честота над границата на честотата на Nyquist (която, ако записвате на 44,1 kHz, би била 2 050 Hz), аудиото ще се отрази обратно, превръщайки се в "псевдоним" на по-ниски честоти.

Един пример би помогнал за изясняването на това явление. Ако записвате аудио, използвайки честота на дискретизация 44 100 Hz, и по време на фазата на смесване добавите някои ефекти, които изтласкват по-високите честоти до 26 000 Hz. Поради това допълнителните 3 950 Hz ще се отразят обратно и ще създадат аудиосигнал с честота 18 100 Hz, който ще пречи на естествените честоти.

Най-добрият начин да избегнете този проблем е да използвате по-високи честоти на дискретизация на цифровата си аудио работна станция. По този начин ще сте сигурни, че честотите над 20 000 Hz се улавят правилно. След това ще можете да ги използвате, ако това се наложи.

Съществуват и нискочестотни филтри, които отхвърлят честотите над границата на честотата на Nyquist и по този начин предотвратяват появата на алиасинг. И накрая, валидна опция е и повишаването на честотата чрез специални плъгини. Използването на процесора ще бъде много по-високо от преди, но вероятността от поява на алиасинг ще бъде по-малка.

Най-често срещаните честоти на пробите

Колкото по-висока е честотата на дискретизация, толкова по-точно ще бъде представянето на звуковата вълна. По-ниска честота на дискретизация означава по-малко дискретизации в секунда. При по-малко аудио данни представянето на звука ще бъде приблизително до известна степен.

Най-разпространените стойности на честотата на дискретизация са 44,1 kHz и 48 kHz. 44,1 kHz е стандартната честота за аудио компактдискове. Обикновено във филмите се използва аудио 48 kHz. Въпреки че и двете честоти на дискретизация могат точно да уловят целия честотен спектър на човешкия слух, музикалните продуценти и инженери често избират да използват по-високи честоти на дискретизация, за да създават записи с висока разделителна способност.

Когато става въпрос за смесване и мастериране на музика, например, е важно да има възможно най-много данни и да се улови всяка честота, която инженерите могат да използват, за да осигурят перфектния звук. Въпреки че тези ултразвукови честоти не могат да бъдат чути, те все пак си взаимодействат и създават интермодулационни изкривявания, които са ясно чуваеми.

Ето какви са възможностите, ако искате да изследвате високи честоти на дискретизация:

• 88,2 kHz

  Както споменах по-рано, честотите, които хората не могат да чуят, все още манипулират и влияят на чуваемите. Тази честота на дискретизация е отличен вариант за смесване и мастериране на музика. Тя води до по-малко алиасинг (звуци, които не могат да бъдат представени правилно в рамките на използваната честота на дискретизация) при преобразуване от цифрова в аналогова.

• 96 kHz

  Подобно на 88,2 kHz, записът на музика при 96 kHz е идеален за смесване и мастериране. Уверете се обаче, че компютърът ви може да се справи с това, тъй като всеки запис ще изисква повече процесорна мощ и място за съхранение.

• 192 kHz

  Съвременните аудио интерфейси със студийно качество поддържат честота на дискретизация до 192 kHz. Това е четири пъти повече от стандартното качество на компактдиска, което може да ви се стори малко преувеличено. Използването на тази честота на дискретизация обаче може да бъде полезно, ако планирате да забавите значително записите си, тъй като те ще запазят високото качество на звука дори при половин скорост.

Отново, разликата между тези честоти на дискретизация може да бъде много малка. Въпреки че много аудиоинженери вярват, че е от основно значение да се получи възможно най-много информация от оригиналния запис, за да се пресъздаде наистина автентичен звук.

Този подход е възможен и благодарение на огромното подобрение на технологиите, което преживяхме през последното десетилетие. Пространството за съхранение и възможностите за обработка на данни на домашните компютри значително увеличиха потенциала на това, което можем да правим с тях. Така че защо да не се възползваме максимално от това, с което разполагаме?

Тук е уловката - има риск да претоварите компютъра си и да увеличите ненужно натоварването на процесора си. Затова, освен ако не чувате ясно разлика в качеството на записите си, бих препоръчал да изберете стандартните честоти на дискретизация, които се използват от години и осигуряват безупречни резултати.

Каква честота на дискретизация трябва да използвате при запис?

Има два отговора на този въпрос - един прост и един по-сложен. Нека започнем с първия.

Като цяло записът на 44,1 kHz е сигурна опция, която ще ви осигури висококачествени записи, независимо от вида на аудиопроекта, по който работите. 44,1 kHz е най-разпространената честота на дискретизация за музикални компактдискове. Тя улавя точно целия звуков честотен спектър.

Тази честота на дискретизация е идеална, защото няма да използва много дисково пространство или повече процесорна мощ. Въпреки това тя ще осигури автентичния звук, от който се нуждаете за професионалните си записи.

Ако работите във филмовата индустрия, най-добрата честота на дискретизация е 48 kHz, тъй като това е индустриалният стандарт. По отношение на качеството на звука няма разлика между тези две честоти на дискретизация.

Сега идва по-сложният отговор. Като уловите всеки детайл от записа, ще гарантирате, че аудиото е идентично с оригиналния звук. Ако записвате албум, аудиочестотите могат да бъдат модулирани и регулирани до степен, в която ултразвуковите честоти могат да повлияят едва доловимо на звуковите.

Ако имате достатъчно опит и оборудването ви позволява да записвате с висока честота на дискретизация без проблеми, трябва да опитате. Въпросът дали качеството на звука се подобрява с по-високата честота на дискретизация все още е спорен. Може да не чуете никаква разлика или да осъзнаете, че музиката ви вече е по-дълбока и по-богата. Предлагам ви да опитате всички честоти на дискретизация и да чуете сами дали нещо се променя.

Ако възнамерявате да забавите значително записите си, определено трябва да опитате с по-високи честоти на дискретизация. Някои инженери твърдят, че чуват разликата между стандартните и по-високите честоти на дискретизация. Но дори и да е така, разликата в качеството е толкова незначителна, че 99,9 % от слушателите няма да я забележат.

Как да настроите честотата на дискретизация в DAW

Всяка DAW е различна, но тези, които предлагат възможност за промяна на честотата на дискретизация, го правят по донякъде сходен начин. Доколкото ми е известно, можете да променяте честотата на дискретизация на всички най-популярни цифрови аудио работни станции, като Ableton, FL Studio, Studio One, Cubase, Pro Tools и Reaper. Дори безплатният софтуер Audacity позволява промяна на честотата на дискретизация.

В повечето случаи ще можете да настроите честотата на дискретизация на вашия DAW в аудио предпочитанията. Оттам можете ръчно да промените честотата на дискретизация и да запазите актуализираните настройки. Някои DAW автоматично определят оптималната честота на дискретизация, обикновено 44,1 kHz или 96 kHz.

Препоръчвам ви да направите няколко теста, преди да започнете да записвате. Увеличаването на честотата на дискретизация несъмнено ще намали латентността и шансовете за алиасинг. Въпреки това то ще натовари допълнително процесора ви. Освен това ще получите много по-големи размери на файловете. В дългосрочен план това може да се отрази на производителността на компютъра ви чрез намаляване на дисковото пространство.

Ако искате да намалите честотата на дискретизация, уверете се, че не слизате под 44,1 kHz, както е според теоремата за честотата на Найквист, разгледана по-горе.

Каквото и да правите, трябва да сте сигурни, че всички чуваеми честоти са уловени точно. Всичко останало оказва минимално въздействие върху звука или може да бъде коригирано по време на постпродукцията.

Може да ви хареса и: Най-добър DAW за iPad

Заключителни мисли

Ако имате домашно звукозаписно студио, изборът на честотата на дискретизация е едно от първите решения, които трябва да вземете, преди да запишете звуци.

Като музикант предлагам да започнете с най-лесната и най-разпространена честота: 44,1 kHz. Тази честота на дискретизация улавя целия спектър на човешкия слух, не заема много място на диска и не претоварва процесора ви. Но, от друга страна, да записвате на 192 kHz и лаптопът ви да замръзва на всеки две минути е безсмислено, нали?

Професионалните звукозаписни студия могат да записват на 96 kHz или дори 192 kHz. След това пресемплират на 44,1 kHz, за да се съобразят с индустриалните стандарти. Дори аудио интерфейсите, използвани за домашен запис, позволяват честота на дискретизация до 192 kHz. Освен това повечето DAW предлагат възможност за съответна настройка на честотата на дискретизация, преди да започнете да записвате.

С напредването на технологиите честотата на дискретизация с по-висока резолюция може да стане по-популярна. Въпреки това цялостното подобрение по отношение на качеството на звука остава спорно. По принцип, докато не слизате на по-ниска честота от 44,1 kHz, всичко ще бъде наред.

Ако току-що сте започнали да работите с аудио, бих ви препоръчал да се придържате към най-често срещаните честоти на дискретизация. След това, когато напреднете и станете по-уверени в оборудването си, опитайте по-високи честоти на дискретизация. Вижте дали използването им има реално, измеримо въздействие върху качеството на звука.

Ако това не е така, спестете си неприятностите и изберете 44,1 kHz. Ако стандартите за качество на звука се променят, винаги можете да увеличите семплирането на аудиоматериала си в бъдеще. Увеличаването на семплирането е предимно автоматизиран процес, който не оказва отрицателно въздействие върху цялостното качество на звука.

Късмет!