Bevezetés

A professzionális hang- és zenei produkció világába való belépés manapság viszonylag egyszerű. Mindössze annyit kell tennie, hogy letölt egy digitális audio munkaállomást (DAW), és elkezd dolgozni új projektjén. Gyakran ezek a DAW-k a munka nagy részét maguk végzik el, tökéletes kreatív környezetet teremtve az audio projektjéhez.

Ahogy azonban elkezd mélyebbre ásni a szoftverben rejlő lehetőségekbe, rájön, hogy vannak olyan audiobeállítások, amelyekkel javíthatja a tartalom minőségét. Az egyik ilyen beállítás kétségtelenül a mintavételi arány.

A mintavételi sebességek ismerete és a projektedhez legmegfelelőbb mintavételi sebesség ismerete alapvető szempont az audioprodukcióban, amely drámaian megváltoztathatja az alkotásaid minőségét. A mintavételi sebességgel kapcsolatban nincs egyformán alkalmazható válasz. A tartalomtól függően, amelyet életre akarsz kelteni, ki kell választanod a megfelelő beállításokat az optimális eredmény garantálása érdekében.

Ebben a cikkben elmagyarázom, hogy mi a mintavételi frekvencia, miért lényeges. Azt is átnézem, hogy milyen mintavételi frekvenciát érdemes használni annak alapján, hogy zenei producer, videóban dolgozó hangmérnök vagy szinkronszínész vagy.

Lehetetlen lenne elmagyarázni a mintavételi frekvencia fontosságát anélkül, hogy áttekintést adnék az emberi hallásról és arról, hogyan alakul át a hang analógról digitálisra. Ezért a cikket e témák rövid bemutatásával kezdem.

Ez egy összetett téma, és eléggé technikás. Megpróbálom a lehető legegyszerűbbnek tartani. Azonban a hangfrekvenciák és a hang térben való terjedésének alapvető megértése segítene. Ez a cikk segíthet egy kezdőnek is kiválasztani az optimális beállításokat a felvételekhez.

Merüljünk el!

Néhány dolog az emberi hallásról

Mielőtt belemerülnénk a mintavételi frekvenciák rejtelmeibe, szeretnék tisztázni néhány dolgot arról, hogyan halljuk és értelmezzük a hangokat. Ez segít megérteni, hogyan történik a hangok rögzítése és reprodukálása. Ez adja meg a szükséges információkat ahhoz, hogy rávilágítsunk a mintavételi frekvencia fontosságára.

A hang hullámokban terjed a levegőben. Amikor egy hanghullám belép a hallójáratba, és eléri a dobhártyát, az rezeg, és ezeket a rezgéseket három apró csontra, az üregi csontra, a metszőcsontra és a kengyelre küldi.

A belső fül a rezgéseket elektromos energiává alakítja át. Az agy ezután értelmezi a jelet. Minden hang egy meghatározott szinuszos frekvencián rezeg, ami egyedivé teszi, mintha egy hangos ujjlenyomat lenne. A hanghullám frekvenciája határozza meg a hangmagasságát.

Az ember a hanghullámok frekvenciáját hangmagasságként érzékeli. 20 és 20 000 Hz közötti hangokat hallunk, és a legérzékenyebbek a 2 000 és 5 000 Hz közötti frekvenciákra vagyunk. Ahogy öregszünk, elveszítjük a magasabb frekvenciák hallásának képességét. Egyes állatok, például a delfinek, akár 100 000 Hz-es frekvenciákat is hallanak; mások, például a bálnák, 7 Hz-ig terjedő infravörös hangokat hallanak.

Minél hosszabb a hallható hang hullámhossza, annál kisebb a frekvenciája. Például egy alacsony frekvenciájú hullám, amelynek hullámhossza akár 17 méter is lehet, 20 Hz-nek felel meg. Ezzel szemben a legmagasabb frekvenciájú hullámok, akár 20 000 Hz is lehet akár 1,7 centiméteres.

Az emberek által hallható frekvenciatartomány korlátozott és világosan meghatározott. Ezért a hangfelvevő és -lejátszó eszközök az emberi fül által hallható hangok rögzítésére összpontosítanak. Minden felvett hang, amit hall, a kedvenc CD-itől kezdve a dokumentumfilmek helyszíni felvételeiig, olyan eszközökkel készül, amelyek pontosan rögzítik és reprodukálják az emberek által hallható hangokat.

A technológia a hallási képességeink és szükségleteink alapján fejlődött. A frekvenciák széles skálája létezik, amelyet a fülünk és az agyunk nem regisztrál, mivel az evolúció úgy rendelkezett, hogy ezek nem szükségesek a túlélésünkhöz. Ennek ellenére ma már olyan hangrögzítő eszközök állnak rendelkezésünkre, amelyek lehetővé teszik olyan hangok rögzítését, amelyeket még a legképzettebb emberi fül sem lenne képes felismerni.

Mint alább látni fogjuk, kiderül, hogy az általunk nem hallható frekvenciák még mindig hatással lehetnek a hallható tartományon belüli frekvenciákra. Tehát bizonyos értelemben ezeket is figyelembe kell venni hangfelvételek készítésekor. Az viszont, hogy a hallható tartományon kívüli frekvenciák felvétele hatással van-e a hangminőségre, még mindig vita tárgya.

A mintavételezési sebesség akkor kerül a játékba, amikor egy analóg jelet (természetes) hangot digitális adatra alakítunk át, hogy elektronikus eszközeink feldolgozhassák és reprodukálhassák azt.

Analóg hang digitális hanggá alakítása

A hanghullám analógból digitálisba történő átalakításához olyan felvevőre van szükség, amely képes a természetes hangokat adatokká alakítani. Ezért az analóg hullámformák digitális információvá történő átalakítása szükséges lépés, amikor hangot rögzít a számítógépén egy digitális audio munkaállomáson keresztül.

A felvétel során a hanghullám bizonyos jellemzőit, például a dinamikatartományt és a frekvenciát digitális információvá alakítjuk át: olyasmivé, amit a számítógépünk meg tud érteni és értelmezni tud. Ahhoz, hogy egy eredeti hullámformát digitális jellé alakítsunk át, matematikailag le kell írnunk a hullámformát, nagy mennyiségű "pillanatfelvételt" rögzítve a hullámformáról, amíg teljesen le nem tudjuk írni az amplitúdóját.

Ezeket a pillanatfelvételeket mintavételezési arányoknak nevezzük. Segítenek azonosítani a hullámformát meghatározó jellemzőket, hogy a számítógép újra létrehozhassa a hanghullám digitális változatát, amely pontosan (vagy majdnem) úgy hangzik, mint az eredeti.

Ezt a folyamatot, az audiojel analógról digitálisra történő átalakítását audiointerfészekkel lehet elvégezni. Ezek csatlakoztatják a hangszereket a számítógéphez és a DAW-hez, és az analóg hangot digitális hullámformaként állítják elő.

A videók esetében a képkockasebességhez hasonlóan, minél több információval rendelkezünk, annál jobb. Ebben az esetben minél magasabb a mintavételi frekvencia, annál több információval rendelkezünk egy adott frekvenciatartalomról, amelyet aztán tökéletesen át lehet alakítani bitnyi információvá.

Most, hogy már tudjuk, hogyan használjuk a digitális audio munkaállomásainkat hangok rögzítésére és szerkesztésére, itt az ideje, hogy megvizsgáljuk a mintavételi frekvencia fontosságát, és megnézzük, hogyan befolyásolja a hangminőséget.

Mintavételi sebesség: A meghatározás

Egyszerűen fogalmazva, a mintavételi sebesség a másodpercenkénti mintavételezés számának felel meg. 44,1 kHz-es mintavételi sebesség esetén például a hullámforma másodpercenként 44100-szor kerül rögzítésre.

A Nyquist-Shannon-tétel szerint a mintavételi frekvenciának legalább kétszer akkorának kell lennie, mint a legmagasabb frekvencia, amit rögzíteni akarsz, hogy a hangjelet pontosan ábrázolhasd. Várj, mi?

Dióhéjban: ha egy hanghullám frekvenciáját akarjuk mérni, először azonosítani kell a teljes ciklusát. Ez egy pozitív és egy negatív szakaszból áll. Mindkét szakaszt érzékelni és mintavételezni kell, ha pontosan meg akarjuk ragadni és újraalkotni a frekvenciát.

A 44,1 kHz-es szabványos mintavételi frekvenciát használva tökéletesen rögzíti a 20 000 Hz-nél valamivel magasabb frekvenciákat, ami az ember által hallható legmagasabb frekvenciaszint. Ez az oka annak is, hogy a 44,1 kHz-et még mindig a CD-k szabványos minőségének tekintik. Minden CD-n hallgatott zene ezt a szabványos mintavételi frekvenciát használja.

Akkor miért 44,1 kHz és nem 40 kHz? Mert amikor a jelet digitálisra alakítják át, az ember által hallható frekvenciák feletti frekvenciák egy aluláteresztő szűrőn keresztül kiszűrődnek. A további 4,1 kHz elegendő teret biztosít az aluláteresztő szűrőnek, így nem befolyásolja a magas frekvenciájú tartalmakat.

A magasabb, 96 000 Hz-es mintavételi frekvencia használata 48 000 Hz-ig terjedő frekvenciatartományt biztosít, ami jóval az emberi hallásspektrum felett van. Manapság a jó minőségű zenefelvevő berendezések még magasabb, 192 000 Hz-es mintavételi frekvenciával is lehetővé teszik a felvételt, így akár 96 000 Hz-ig terjedő hangfrekvenciákat is rögzíthetnek.

Miért van lehetőségünk ilyen magas frekvenciák rögzítésére, ha eleve nem halljuk őket? Sok hangtechnikai szakember és mérnök egyetért abban, hogy a hallható spektrum feletti frekvenciák még mindig hatással lehetnek egy felvétel általános hangminőségére. Ezeknek az ultrahangoknak a finom interferenciája, ha nem megfelelően rögzítik, olyan torzítást hozhat létre, amely zavarja a frekvenciáka 20 Hz-20 000 Hz-es spektrumon belül.

Véleményem szerint ezeknek az ultrahang frekvenciáknak a negatív hatása az általános hangminőségre elhanyagolható. Ennek ellenére érdemes elemezni a leggyakoribb problémát, amivel a hangok rögzítése során találkozhatsz. Ez segít eldönteni, hogy a mintavételi frekvencia növelése javítaná-e a felvételek minőségét.

Aliasing

Az aliasing egy olyan jelenség, amely akkor jelentkezik, amikor a hangot nem megfelelően értelmezi újra a használt mintavételi frekvencia. Ez jelentős aggodalomra ad okot a hangtervezők és hangmérnökök számára. Ez az oka annak, hogy sokan közülük magasabb mintavételi frekvenciát választanak a probléma elkerülése érdekében.

Ha a magasabb frekvenciák túl magasak ahhoz, hogy a mintavételi frekvencia megragadja őket, akkor alacsonyabb frekvenciákként reprodukálódhatnak. Ennek oka, hogy minden, a Nyquist-frekvenciahatár feletti frekvencia (ami 44,1 kHz-es felvétel esetén 2050 Hz), a hang visszafelé tükröződik, és az alacsonyabb frekvenciák "aliasává" válik.

Egy példa segíthet tisztázni ezt a jelenséget. Ha 44 100 Hz-es mintavételi frekvenciával rögzítünk hangot, és a keverési fázisban olyan effekteket adunk hozzá, amelyek a magasabb frekvenciákat 26 000 Hz-re tolják fel. Emiatt a további 3950 Hz visszapattan és 18 100 Hz-es hangjelet hoz létre, amely zavarja a természetes frekvenciákat.

Ezt a problémát úgy kerülheted el a legkönnyebben, ha magasabb mintavételi sebességet használsz a digitális audio munkaállomásodon. Így biztosíthatod, hogy a 20 000 Hz feletti frekvenciák is megfelelően rögzítésre kerüljenek. Ezután szükség esetén fel tudod majd használni őket.

Léteznek aluláteresztő szűrők is, amelyek a Nyquist frekvenciahatár feletti frekvenciákat elvetik, és így megakadályozzák az aliasing kialakulását. Végül, a dedikált plug-inek segítségével történő mintavételezés is egy érvényes lehetőség. A CPU-használat sokkal magasabb lesz, mint korábban, de az aliasing kevésbé valószínű.

A leggyakoribb mintavételi sebességek

Minél magasabb a mintavételi sebesség, annál pontosabb lesz a hanghullámok ábrázolása. Az alacsonyabb mintavételi sebesség kevesebb mintát jelent másodpercenként. Kevesebb hangadat esetén a hang ábrázolása bizonyos mértékig közelítő lesz.

A legelterjedtebb mintavételi frekvencia értékek a 44,1 kHz és a 48 kHz. 44,1 kHz a hang CD-k szabványos frekvenciája. A filmek általában 48 kHz-es hangot használnak. Bár mindkét mintavételi frekvencia képes az emberi hallás teljes frekvenciaspektrumának pontos leképezésére, a zenei producerek és mérnökök gyakran választják a magasabb mintavételi frekvenciát a nagy felbontású felvételek készítéséhez.

A zene keverése és masteringje során például elengedhetetlen, hogy minél több adat álljon rendelkezésre, és minden frekvenciát rögzítsenek, amit a mérnökök a tökéletes hangzás eléréséhez használhatnak. Bár ezek az ultrahangos frekvenciák nem hallhatók, mégis kölcsönhatásba lépnek egymással, és intermodulációs torzítást hoznak létre, ami jól hallható.

Itt vannak a lehetőségek, ha nagy mintavételi sebességet szeretne felfedezni:

• 88,2 kHz

  Ahogy korábban említettem, az emberek által nem hallható frekvenciák még mindig manipulálják és befolyásolják a hallható frekvenciákat. Ez a mintavételi frekvencia kiváló lehetőség a zene keveréséhez és masteringjéhez. Kevesebb aliasinget (a használt mintavételi frekvencián belül nem megfelelően ábrázolható hangokat) eredményez a digitálisból analógba való konvertálás során.

• 96 kHz

  A 88,2 kHz-hez hasonlóan a 96 kHz-es zenei felvétel ideális keveréshez és masztereléshez. Győződjön meg azonban arról, hogy a számítógépe képes ezt kezelni, mivel minden egyes felvétel több feldolgozási teljesítményt és tárhelyet igényel.

• 192 kHz

  A modern, stúdióminőségű audiointerfészek akár 192 kHz-es mintavételi frekvenciát is támogatnak. Ez a szabványos CD-minőség négyszerese, ami kissé túlzásnak tűnhet. Ennek a mintavételi frekvenciának a használata azonban hasznos lehet, ha jelentősen lelassítani tervezed a felvételeket, mivel még félsebességen is megőrzik a hi-res hangminőséget.

Ismétlem, a mintavételi sebességek közötti különbség nagyon finom lehet. Bár sok hangmérnök úgy véli, hogy alapvető fontosságú, hogy a lehető legtöbb információt nyerjük ki az eredeti felvételből, hogy valóban autentikus hangot hozzunk létre.

Ez a megközelítés az elmúlt évtizedben tapasztalt hatalmas technológiai fejlődésnek is köszönhető. Az otthoni számítógépek tárhelye és feldolgozási képességei drámaian megnövelték a velük elérhető lehetőségeket. Miért ne használnánk ki tehát a legtöbbet abból, ami rendelkezésünkre áll?

Itt van a bökkenő: fennáll a veszélye, hogy túlterheli a számítógépét, és feleslegesen megterheli a CPU-használatot. Ezért, hacsak nem hall egyértelműen különbséget a felvételek minőségében, azt javaslom, hogy válassza a szabványos mintavételi sebességeket, amelyeket évek óta használnak, és amelyek érintetlen eredményeket biztosítanak.

Milyen mintavételi sebességet használjon felvételkor?

Erre a kérdésre két válasz létezik, egy egyszerű és egy bonyolultabb. Kezdjük az előbbivel.

Összességében a 44,1 kHz-es felvétel biztonságos választás, amely kiváló minőségű felvételeket biztosít, függetlenül attól, hogy milyen típusú hangprojekten dolgozik. 44,1 kHz a zenei CD-k legelterjedtebb mintavételi frekvenciája. A teljes hallható frekvenciaspektrumot pontosan rögzíti.

Ez a mintavételi sebesség ideális, mert nem használ sok lemezterületet és nem igényel több CPU-teljesítményt. Mégis biztosítja a professzionális felvételekhez szükséges autentikus hangzást.

Ha a filmiparban dolgozik, akkor a legjobb mintavételi frekvencia a 48 kHz, mivel ez az ipari szabvány. A hangminőség szempontjából nincs különbség a két mintavételi frekvencia között.

Most jön a bonyolultabb válasz. Azzal, hogy a felvétel minden részletét rögzíti, biztosítja, hogy a hang megegyezik az eredeti hanggal. Ha egy albumot vesz fel, a hangfrekvenciák modulálhatók és beállíthatók olyan mértékben, hogy az ultrahangos frekvenciák finoman befolyásolhatják a hallható frekvenciákat.

Ha van elég tapasztalatod, és a felszerelésed lehetővé teszi, hogy magas mintavételi frekvenciával is problémamentesen rögzíts, akkor érdemes kipróbálnod. Az, hogy a hangminőség javul-e a magasabb mintavételi frekvenciákkal, még mindig vitatható. Lehet, hogy nem hallasz különbséget, vagy észreveheted, hogy a zenéd mélyebb és gazdagabb lett. Javaslom, hogy próbáld ki az összes mintavételi frekvenciát, és hallgasd meg magad, ha bármi változik.

Ha azt tervezi, hogy jelentősen lelassítja a felvételeket, mindenképpen próbálja ki a magasabb mintavételi frekvenciákat. Néhány mérnök azt állítja, hogy hallja a különbséget a standard és a magasabb mintavételi frekvenciák között. De még ha így is lenne, a minőségbeli különbség annyira elhanyagolható, hogy a hallgatók 99,9%-a nem fogja észrevenni.

Hogyan állítsuk be a DAW mintavételi sebességét?

Minden DAW más és más, de azok, amelyek lehetőséget kínálnak a mintavételi frekvencia megváltoztatására, némileg hasonló módon teszik ezt. Tudomásom szerint a mintavételi frekvenciát az összes legnépszerűbb digitális audio munkaállomáson, például az Ableton, FL Studio, Studio One, Cubase, Pro Tools és Reaper szoftvereken lehet változtatni. Még az ingyenes Audacity szoftver is lehetővé teszi a mintavételi frekvencia megváltoztatását.

A legtöbb esetben a DAW mintavételi frekvenciáját a hangbeállításokban állíthatja be. Onnan manuálisan módosíthatja a mintavételi frekvenciát, és elmentheti a frissített beállításokat. Egyes DAW-k automatikusan felismerik az optimális mintavételi frekvenciát, általában 44,1 kHz vagy 96 kHz.

Javaslom, hogy végezzen el néhány tesztet, mielőtt elkezdi a felvételt. A mintavételi frekvencia növelése kétségtelenül csökkenti a késleltetést és az aliasing esélyét. Ugyanakkor ez további terhelést jelent a CPU számára. Sokkal nagyobb fájlméretű fájlokat is kaphat. Hosszú távon ez a lemezterület csökkenésével befolyásolhatja a számítógép teljesítményét.

Ha csökkenteni szeretné a mintavételi frekvenciát, győződjön meg róla, hogy nem megy 44,1 kHz alá a fentebb tárgyalt Nyquist-frekvencia tétel szerint.

Bármit is tesz, biztosítania kell, hogy minden hallható frekvenciát pontosan rögzítsen. Minden másnak minimális hatása van a hangra, vagy az utómunka során javítható.

Ez is tetszhet: A legjobb DAW iPadhez

Végső gondolatok

Ha otthoni hangstúdióval rendelkezik, a mintavételi frekvencia kiválasztása az egyik első döntés, amelyet a hangok rögzítése előtt meg kell hoznia.

Zenészként magam is azt javaslom, hogy a legegyszerűbb, legelterjedtebb frekvenciával kezdjünk: 44,1 kHz. Ez a mintavételi frekvencia az emberi hallás teljes spektrumát leképezi, nem foglal sok helyet a lemezen, és nem terheli túl a CPU-t. Másrészt viszont 192 kHz-en rögzíteni, és kétpercenként lefagyni a laptopodat, semmi értelme, nem igaz?

A professzionális hangstúdiók 96kHz-es vagy akár 192kHz-es frekvencián is rögzíthetnek, majd később 44,1kHz-re mintavételeznek, hogy megfeleljenek az ipari szabványoknak. Még az otthoni felvételekhez használt audiointerfészek is lehetővé teszik a 192kHz-es mintavételi frekvenciát. Ezen túlmenően a legtöbb DAW lehetőséget kínál a mintavételi frekvencia megfelelő beállítására a felvétel megkezdése előtt.

A technológia fejlődésével a nagyobb felbontású mintavételi frekvenciák egyre népszerűbbé válhatnak. A hangminőség általános javulása azonban továbbra is vitatható. Alapvetően, amíg nem megy 44,1 kHz-nél alacsonyabbra, addig teljesen rendben lesz.

Ha most kezdtél el hanggal dolgozni, azt javaslom, hogy maradj a legelterjedtebb mintavételi sebességeknél. Aztán ahogy haladsz előre és egyre magabiztosabb leszel a felszereléseddel, próbálj ki magasabb mintavételi sebességeket. Nézd meg, hogy használatuknak van-e tényleges, számszerűsíthető hatása a hangminőségre.

Ha nem, spórolja meg magának a fáradságot, és válassza a 44,1 kHz-et. Ha a hangminőségi szabványok változnak, a jövőben bármikor felmintavételezheti a hanganyagot. A felmintavételezés egy többnyire automatizált folyamat, amely nincs negatív hatással a hangminőségre.

Sok szerencsét!