Úvod

Vstup do světa profesionální zvukové a hudební produkce je v dnešní době poměrně snadný. Stačí si stáhnout digitální zvukovou pracovní stanici (DAW) a začít pracovat na svém novém projektu. Tyto DAW často odvedou většinu práce samy a vytvoří dokonalé tvůrčí prostředí pro váš zvukový projekt.

Jakmile však začnete hlouběji pronikat do možností svého softwaru, zjistíte, že existují nastavení zvuku, která můžete upravit a zlepšit tak kvalitu obsahu. Jedním z těchto nastavení je bezpochyby vzorkovací frekvence.

Znalost vzorkovacích frekvencí a toho, která frekvence je pro váš projekt nejvhodnější, je základním aspektem zvukové produkce, který může výrazně změnit kvalitu vašich výtvorů. Pokud jde o vzorkovací frekvenci, neexistuje univerzální odpověď. V závislosti na obsahu, který uvádíte v život, musíte zvolit vhodné nastavení, které zaručí optimální výsledky.

V tomto článku vysvětlím, co je to vzorkovací frekvence, proč je zásadní. Také se budu zabývat tím, jakou vzorkovací frekvenci byste měli používat podle toho, zda jste hudební producent, zvukový inženýr pracující na videu nebo herec dabující hlas.

Bylo by nemožné vysvětlit význam vzorkovací frekvence, aniž bychom poskytli přehled o lidském sluchu a o tom, jak se zvuk převádí z analogového na digitální. Proto článek začnu stručným úvodem do těchto témat.

Jedná se o složité a poměrně technicky náročné téma. Pokusím se ho co nejvíce zjednodušit. Nicméně základní znalosti o zvukových frekvencích a o tom, jak se zvuk šíří prostorem, by mohly pomoci. Tento článek může také začátečníkovi pomoci vybrat optimální nastavení pro jeho nahrávání.

Ponořme se do toho!

Několik informací o lidském sluchu

Než se ponoříme do složitostí vzorkovacích frekvencí, chtěl bych objasnit několik věcí o tom, jak slyšíme a interpretujeme zvuky. To nám pomůže pochopit, jak se zvuky nahrávají a reprodukují. Získáte tak informace, které potřebujete k tomu, abyste zdůraznili význam vzorkovací frekvence.

Zvuk se šíří vzduchem ve vlnách. Když zvuková vlna vstoupí do zvukovodu a dostane se k ušnímu bubínku, ten se rozkmitá a vyšle tyto vibrace do tří drobných kůstek zvaných kladívko, řezák a stapes.

Vnitřní ucho přeměňuje vibrace na elektrickou energii. Mozek pak signál interpretuje. Každý zvuk vibruje na specifické sinusové frekvenci, takže je jedinečný, jako by to byl zvukový otisk prstu. Frekvence zvukové vlny určuje její výšku.

Lidé vnímají frekvenci zvukových vln jako výšku tónu. Slyšíme zvuky o frekvenci 20 až 20 000 Hz a nejcitlivější jsme na frekvence mezi 2 000 a 5 000 Hz. S přibývajícím věkem ztrácíme schopnost poslouchat vyšší frekvence. Někteří živočichové, například delfíni, slyší frekvence až 100 000 Hz, jiní, například velryby, slyší infrazvuky o frekvenci až 7 Hz.

Čím delší je vlnová délka slyšitelného zvuku, tím nižší je jeho frekvence. Například nízkofrekvenční vlna s vlnovou délkou až 17 metrů může odpovídat 20 Hz. Naopak vlny s nejvyšší frekvencí, až 20 000 Hz, mohou mít pouhých 1,7 cm.

Frekvenční rozsah slyšitelný lidmi je omezený a jasně definovaný. Proto se zařízení pro záznam a přehrávání zvuku zaměřují na zachycení zvuků, které lidské uši slyší. Všechny nahrané zvuky, které slyšíte, od vašich oblíbených CD až po terénní nahrávky v dokumentárních filmech, jsou pořízeny pomocí zařízení, která přesně zachycují a reprodukují zvuky, které lidé mohou slyšet.

Technologie se vyvíjela na základě našich sluchových schopností a potřeb. Existuje široká škála frekvencí, které naše uši a mozek nezaregistrují, protože evoluce rozhodla, že nejsou nezbytné pro naše přežití. Přesto dnes máme k dispozici nástroje pro záznam zvuku, které umožňují zachytit zvuky, které by ani nejcvičenější lidské ucho nebylo schopno rozpoznat.

Jak uvidíme níže, ukazuje se, že frekvence, které neslyšíme, mohou ovlivnit i ty, které jsou v našem slyšitelném rozsahu. Svým způsobem je tedy nutné je při nahrávání zvuku brát v úvahu. Na druhou stranu, zda má nahrávání frekvencí mimo naše slyšitelné spektrum vliv na kvalitu zvuku, je stále předmětem diskuse.

Vzorkovací frekvence vstupuje do hry, když převádíme analogový (přirozený) zvukový signál na digitální data, aby je naše elektronická zařízení mohla zpracovat a reprodukovat.

Převod analogového zvuku na digitální zvuk

Převod zvukové vlny z analogové na digitální vyžaduje rekordér, který dokáže převést přirozené zvuky na data. Proto je přechod mezi analogovými průběhy na digitální informace nezbytným krokem při nahrávání zvuku na počítači prostřednictvím digitální zvukové pracovní stanice.

Při nahrávání se specifické vlastnosti zvukové vlny, jako je její dynamický rozsah a frekvence, převádějí na digitální informace: něco, čemu náš počítač může porozumět a interpretovat to. Abychom mohli původní průběh vlny převést na digitální signál, musíme jej matematicky popsat tak, že zachytíme velké množství "snímků" tohoto průběhu, dokud nedokážeme plně popsat jeho amplitudu.

Tyto snímky se nazývají vzorkovací frekvence. Pomáhají nám identifikovat vlastnosti, které definují průběh vlny, aby počítač mohl znovu vytvořit digitální verzi zvukové vlny, která zní přesně (nebo téměř) stejně jako originál.

Tento proces převodu zvukového signálu z analogového na digitální lze provést pomocí zvukového rozhraní. Připojují hudební nástroje k počítači a DAW a přetvářejí analogový zvuk jako digitální průběh.

Stejně jako u snímkové frekvence u videa platí, že čím více informací máme k dispozici, tím lépe. V tomto případě platí, že čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím více informací máme o konkrétním frekvenčním obsahu, který pak lze dokonale převést na bity informace.

Nyní, když už víme, jak používat digitální zvukové pracovní stanice k nahrávání a úpravě zvuků, je čas podívat se na význam vzorkovací frekvence a zjistit, jak ovlivňuje kvalitu zvuku.

Vzorkovací frekvence: definice

Zjednodušeně řečeno, vzorkovací frekvence je počet opakování za sekundu, kdy je zvuk vzorkován. Například při vzorkovací frekvenci 44,1 kHz je průběh zachycen 44100krát za sekundu.

Podle Nyquist-Shannonova teorému by měla být vzorkovací frekvence alespoň dvojnásobkem nejvyšší frekvence, kterou chcete zachytit, aby byl zvukový signál přesně reprezentován. Počkat, cože?

Stručně řečeno, pokud chcete měřit frekvenci zvukové vlny, musíte nejprve identifikovat její kompletní cyklus. Ten se skládá z kladné a záporné fáze. Pokud chcete frekvenci přesně zachytit a znovu vytvořit, je třeba detekovat a vzorkovat obě fáze.

Použitím standardní vzorkovací frekvence 44,1 kHz dokonale zaznamenáte frekvence o něco vyšší než 20 000 Hz, což je nejvyšší úroveň frekvencí, kterou lidé mohou slyšet. To je také důvod, proč je 44,1 kHz stále považováno za standardní kvalitu pro CD. Veškerá hudba, kterou posloucháte na CD, má tuto standardní vzorkovací frekvenci.

Proč tedy 44,1 kHz a ne 40 kHz? Protože při převodu signálu na digitální se frekvence nad lidmi slyšitelnými frekvencemi odfiltrují přes filtr dolní propusti. 4,1 kHz navíc dává filtru dolní propusti dostatek prostoru, takže neovlivní vysokofrekvenční obsah.

Při použití vyšší vzorkovací frekvence 96 000 Hz získáte rozsah frekvencí až do 48 000 Hz, tedy daleko nad spektrem lidského sluchu. Kvalitní zařízení pro nahrávání hudby dnes umožňují nahrávat s ještě vyšší vzorkovací frekvencí 192 000 Hz, tedy zachytit zvukové frekvence až do 96 000 Hz.

Proč máme možnost nahrávat tak vysoké frekvence, když je v první řadě neslyšíme? Mnoho zvukových profesionálů a inženýrů se shoduje, že frekvence nad slyšitelným spektrem mohou mít stále vliv na celkovou kvalitu zvuku nahrávky. Jemné rušení těchto ultrazvukových zvuků, pokud nejsou správně zachyceny, může způsobit zkreslení, které ruší frekvenceve spektru 20 Hz - 20 000 Hz.

Podle mého názoru je negativní vliv těchto ultrazvukových frekvencí na celkovou kvalitu zvuku zanedbatelný. Přesto stojí za to analyzovat nejčastější problém, na který můžete při nahrávání zvuků narazit. Pomůže vám to rozhodnout, zda by zvýšení vzorkovací frekvence zlepšilo kvalitu vašich nahrávek.

Aliasing

Aliasing je jev, ke kterému dochází vždy, když zvuk není správně reinterpretován použitou vzorkovací frekvencí. Je to významný problém pro zvukové designéry a zvukové inženýry. Je to důvod, proč mnoho z nich volí vyšší vzorkovací frekvenci, aby se tomuto problému vyhnuli.

Pokud jsou vyšší frekvence příliš vysoké na to, aby byly zachyceny vzorkovací frekvencí, mohou být reprodukovány jako nižší frekvence. Je to proto, že každá frekvence nad Nyquistovým frekvenčním limitem (což by v případě záznamu při 44,1 kHz bylo 2 050 Hz) se zvuk odrazí zpětně a stane se "aliasem" nižších frekvencí.

K objasnění tohoto jevu by měl pomoci příklad: Pokud nahráváte zvuk se vzorkovací frekvencí 44 100 Hz a během fáze mixování přidáte nějaké efekty, které posunou vyšší frekvence až na 26 000 Hz. Z tohoto důvodu by se dodatečných 3 950 Hz odrazilo a vytvořilo zvukový signál o frekvenci 18 100 Hz, který by rušil přirozené frekvence.

Nejlepším způsobem, jak se tomuto problému vyhnout, je použít na digitální zvukové pracovní stanici vyšší vzorkovací frekvenci. Tímto způsobem se ujistíte, že frekvence nad 20 000 Hz jsou zachyceny správně. V případě potřeby je pak budete moci použít.

Existují také dolnopropustné filtry, které vyřazují frekvence nad Nyquistovým frekvenčním limitem, a tím zabraňují vzniku aliasingu. A konečně, platnou možností je také upsampling prostřednictvím specializovaných zásuvných modulů. Spotřeba procesoru bude mnohem vyšší než dříve, ale aliasing bude méně pravděpodobný.

Nejběžnější vzorkovací frekvence

Čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím přesnější je reprezentace zvukových vln. Nižší vzorkovací frekvence znamená méně vzorků za sekundu. S menším množstvím zvukových dat bude reprezentace zvuku do určité míry přibližná.

Nejběžnější hodnoty vzorkovací frekvence jsou 44,1 kHz a 48 kHz. 44,1 kHz je standardní frekvence pro zvukové disky CD. U filmů se obecně používá zvuk s frekvencí 48 kHz. Přestože obě vzorkovací frekvence mohou přesně zachytit celé frekvenční spektrum lidského sluchu, hudební producenti a inženýři často volí vyšší vzorkovací frekvence pro vytvoření nahrávek s vysokým rozlišením.

Například při míchání a masteringu hudby je nezbytné mít co nejvíce dat a zachytit každou frekvenci, kterou mohou inženýři využít k dosažení dokonalého zvuku. I když tyto ultrazvukové frekvence nejsou slyšet, stále se vzájemně ovlivňují a vytvářejí intermodulační zkreslení, které je jasně slyšitelné.

Pokud chcete zkoumat vysoké vzorkovací frekvence, zde jsou možnosti:

• 88,2 kHz

  Jak jsem již zmínil, frekvence, které lidé neslyší, stále manipulují a ovlivňují ty slyšitelné. Tato vzorkovací frekvence je vynikající volbou pro mixování a mastering hudby. Při převodu z digitální na analogovou frekvenci vytváří méně aliasingu (zvuků, které nelze správně reprezentovat v rámci použité vzorkovací frekvence).

• 96 kHz

  Podobně jako 88,2 kHz je pro mixáž a mastering ideální nahrávání hudby při frekvenci 96 kHz. Ujistěte se však, že to váš počítač zvládne, protože každá nahrávka bude vyžadovat větší výpočetní výkon a úložný prostor.

• 192 kHz

  Moderní audio rozhraní studiové kvality podporují vzorkovací frekvenci až 192 kHz. To je čtyřnásobek standardní kvality CD, což se může zdát trochu přehnané. Použití této vzorkovací frekvence však může být užitečné, pokud plánujete výrazně zpomalit nahrávky, protože zachová kvalitu zvuku v hi-res i při poloviční rychlosti.

Rozdíl mezi těmito vzorkovacími frekvencemi může být opět velmi nepatrný. Přestože mnoho zvukových inženýrů věří, že je zásadní získat co nejvíce informací z původní nahrávky, aby bylo možné obnovit skutečně autentický zvuk.

Tento přístup je možný také díky obrovskému zdokonalení technologií, které jsme zažili v posledním desetiletí. Úložný prostor a výpočetní možnosti domácích počítačů dramaticky zvýšily potenciál toho, co s nimi můžeme dělat. Proč tedy nevyužít to, co máme k dispozici?

Zde je háček, hrozí riziko přetížení počítače a zbytečného zatížení procesoru. Pokud tedy jasně neslyšíte rozdíl v kvalitě nahrávek, doporučuji zvolit standardní vzorkovací frekvence, které se používají již léta a poskytují bezchybné výsledky.

Jakou vzorkovací frekvenci použít při nahrávání?

Na tuto otázku existují dvě odpovědi, jednoduchá a složitější. Začněme tou první.

Celkově lze říci, že nahrávání při frekvenci 44,1 kHz je bezpečnou volbou, která vám poskytne vysoce kvalitní nahrávky bez ohledu na typ zvukového projektu, na kterém pracujete. 44,1 kHz je nejběžnější vzorkovací frekvence pro hudební CD. Přesně zachycuje celé slyšitelné frekvenční spektrum.

Tato vzorkovací frekvence je ideální, protože nezabere mnoho místa na disku ani nezvýší výkon procesoru. Přesto poskytne autentický zvuk, který potřebujete pro své profesionální nahrávky.

Pokud pracujete ve filmovém průmyslu, pak je nejlepší vzorkovací frekvence 48 kHz, protože je to průmyslový standard. Z hlediska kvality zvuku není mezi těmito dvěma vzorkovacími frekvencemi žádný rozdíl.

Nyní přichází složitější odpověď. Zachycením každého detailu nahrávky zajistíte, že zvuk bude totožný s původním zvukem. Pokud nahráváte album, lze zvukové frekvence modulovat a upravovat do té míry, že ultrazvukové frekvence mohou jemně ovlivnit ty slyšitelné.

Pokud máte dostatek zkušeností a vaše zařízení vám umožňuje nahrávat s vysokou vzorkovací frekvencí bez problémů, měli byste to zkusit. Otázka, zda se kvalita zvuku s vyšší vzorkovací frekvencí zlepší, je stále diskutabilní. Možná neuslyšíte žádný rozdíl, nebo zjistíte, že vaše hudba je nyní hlubší a bohatší. Doporučuji vyzkoušet všechny vzorkovací frekvence a sami uslyšíte, zda se něco změní.

Pokud plánujete výrazně zpomalit své nahrávky, rozhodně byste měli vyzkoušet vyšší vzorkovací frekvence. Někteří inženýři tvrdí, že slyší rozdíl mezi standardní a vyšší vzorkovací frekvencí. I kdyby však slyšeli, rozdíl v kvalitě je tak zanedbatelný, že si ho 99,9 % posluchačů nevšimne.

Jak nastavit vzorkovací frekvenci v DAW

Každý DAW je jiný, ale ty, které nabízejí možnost změny vzorkovací frekvence, to dělají poněkud podobným způsobem. Pokud vím, vzorkovací frekvenci můžete měnit ve všech nejpopulárnějších digitálních zvukových pracovních stanicích, jako jsou Ableton, FL Studio, Studio One, Cubase, Pro Tools a Reaper. Dokonce i bezplatný software Audacity umožňuje změnu vzorkovací frekvence.

Ve většině případů budete moci nastavit vzorkovací frekvenci svého DAW v předvolbách zvuku. Odtud můžete ručně změnit vzorkovací frekvenci a uložit aktualizované nastavení. Některé DAW automaticky detekují optimální vzorkovací frekvenci, obvykle 44,1 kHz nebo 96 kHz.

Než začnete nahrávat, doporučuji provést několik testů. Zvýšení vzorkovací frekvence nepochybně sníží latenci a pravděpodobnost vzniku aliasingu. Přesto však bude znamenat další zátěž pro váš procesor. V konečném důsledku budete mít také mnohem větší velikost souborů. Z dlouhodobého hlediska to může mít vliv na výkon počítače, protože se zmenší místo na disku.

Pokud chcete snížit vzorkovací frekvenci, ujistěte se, že nejdete pod 44,1 kHz podle výše uvedeného Nyquistova teorému o frekvenci.

Ať už děláte cokoli, musíte se ujistit, že jsou všechny slyšitelné frekvence zachyceny přesně. Vše ostatní má na zvuk minimální vliv nebo se dá opravit během postprodukce.

Může se vám také líbit: Nejlepší DAW pro iPad

Závěrečné myšlenky

Pokud máte domácí nahrávací studio, je volba vzorkovací frekvence jedním z prvních rozhodnutí, které musíte před nahráváním zvuků učinit.

Jako hudebník doporučuji začít s nejjednodušší a nejběžnější frekvencí: 44,1 kHz. Tato vzorkovací frekvence zachycuje celé spektrum lidského sluchu, nezabírá mnoho místa na disku a nezatěžuje výkon vašeho procesoru. Ale na druhou stranu, nahrávat při 192 kHz a nechat notebook každé dvě minuty zamrznout nemá smysl, že?

Profesionální nahrávací studia mohou nahrávat s frekvencí 96 kHz nebo dokonce 192 kHz. Později pak převzorkují na 44,1 kHz, aby vyhověli průmyslovým standardům. Dokonce i zvuková rozhraní používaná pro domácí nahrávání umožňují vzorkovací frekvenci až 192 kHz. Většina DAW navíc nabízí možnost odpovídajícího nastavení vzorkovací frekvence před zahájením nahrávání.

S technologickým pokrokem se možná začnou více prosazovat vzorkovací frekvence s vyšším rozlišením. Celkové zlepšení z hlediska kvality zvuku však zůstává sporné. V zásadě platí, že pokud nepůjdete pod 44,1 kHz, budete naprosto v pohodě.

Pokud se zvukem teprve začínáte pracovat, doporučuji zůstat u nejběžnějších vzorkovacích frekvencí. Až budete postupovat a získáte větší jistotu ve svém vybavení, vyzkoušejte vyšší vzorkovací frekvence. Zjistěte, zda má jejich použití skutečný, měřitelný dopad na kvalitu zvuku.

Pokud ne, ušetřete si práci a zvolte frekvenci 44,1 kHz. Pokud se standardy kvality zvuku změní, vždy můžete v budoucnu zvukový materiál převzorkovat. Převzorkování je většinou automatizovaný proces, který nemá negativní dopad na celkovou kvalitu zvuku.

Hodně štěstí!