Введение

В наши дни войти в мир профессионального аудио и музыкального производства довольно просто. Все, что вам нужно сделать, это загрузить цифровую аудио рабочую станцию (DAW) и начать работу над своим новым проектом. Часто эти DAW сами выполняют большую часть работы, создавая идеальную творческую среду для вашего аудио проекта.

Однако, когда вы начнете глубже изучать возможности своего программного обеспечения, вы поймете, что есть параметры звука, которые можно настроить для улучшения качества вашего контента. Одним из таких параметров, несомненно, является частота дискретизации.

Знание того, что такое частота дискретизации и какая частота лучше всего подходит для вашего проекта, является фундаментальным аспектом аудиопроизводства, который может существенно изменить качество ваших творений. Не существует универсального ответа, когда речь идет о частоте дискретизации. В зависимости от контента, который вы воплощаете в жизнь, вам придется выбрать подходящие параметры, чтобы гарантировать оптимальные результаты.

В этой статье я объясню, что такое частота дискретизации, почему она важна. Я также расскажу, какую частоту дискретизации следует использовать в зависимости от того, являетесь ли вы музыкальным продюсером, аудиоинженером, работающим в видео, или актером озвучивания.

Было бы невозможно объяснить важность частоты дискретизации без обзора человеческого слуха и того, как звук преобразуется из аналогового в цифровой. Поэтому я начну статью с краткого введения в эти темы.

Это сложная тема и довольно технически сложная. Я постараюсь изложить ее как можно проще. Однако базовое понимание звуковых частот и того, как звук распространяется в пространстве, не помешает. Эта статья также поможет новичкам выбрать оптимальную установку для записи.

Давайте погрузимся!

Несколько вещей о человеческом слухе

Прежде чем мы углубимся в тонкости частоты дискретизации, я хочу прояснить несколько моментов о том, как мы слышим и интерпретируем звуки. Это поможет нам понять, как записываются и воспроизводятся звуки. Это даст вам необходимую информацию, чтобы подчеркнуть важность частоты дискретизации.

Когда звуковая волна попадает в слуховой проход и достигает барабанной перепонки, та вибрирует и передает эти колебания трем маленьким косточкам, называемым молоточками, резцами и ножками.

Внутреннее ухо преобразует вибрации в электрическую энергию. Затем мозг интерпретирует сигнал. Каждый звук вибрирует на определенной частоте синусоиды, что делает его уникальным, словно звуковой отпечаток пальца. Частота звуковой волны определяет ее высоту.

Человек воспринимает частоту звуковых волн как высоту тона. Мы можем слышать звуки в диапазоне от 20 до 20 000 Гц и наиболее чувствительны к частотам от 2 000 до 5 000 Гц. С возрастом мы теряем способность слышать более высокие частоты. Некоторые животные, например дельфины, могут слышать частоты до 100 000 Гц; другие, например киты, могут слышать инфразвуковые звуки до 7 Гц.

Чем больше длина волны слышимого звука, тем ниже частота. Например, низкочастотная волна с длиной волны до 17 метров может соответствовать 20 Гц. И наоборот, волны самой высокой частоты, до 20 000 Гц, могут быть размером до 1,7 сантиметра.

Диапазон частот, слышимых человеком, ограничен и четко определен. Поэтому устройства записи и воспроизведения звука сосредоточены на воспроизведении звуков, которые могут слышать человеческие уши. Все записанные звуки, которые вы слышите, от ваших любимых компакт-дисков до полевых записей в документальных фильмах, сделаны с помощью устройств, которые точно улавливают и воспроизводят звуки, которые может слышать человек.

Технология развивалась с учетом наших слуховых возможностей и потребностей. Существует широкий диапазон частот, которые наши уши и мозг не регистрируют, поскольку эволюция определила, что они не нужны для нашего выживания. Тем не менее, сегодня в нашем распоряжении есть инструменты аудиозаписи, позволяющие улавливать звуки, которые даже самое тренированное человеческое ухо не смогло бы распознать.

Как мы увидим ниже, оказалось, что частоты, которые мы не слышим, могут влиять на те, которые находятся в нашем слышимом диапазоне. Поэтому в некотором смысле их необходимо учитывать при записи звука. С другой стороны, влияет ли запись частот за пределами нашего слышимого спектра на качество звука, все еще остается предметом споров.

Частота дискретизации вступает в игру, когда мы преобразуем аналоговый сигнал (естественный) аудио в цифровые данные, чтобы наши электронные устройства могли обработать его и воспроизвести.

Преобразование аналогового звука в цифровой

Для преобразования звуковой волны из аналоговой в цифровую требуется рекордер, способный переводить естественные звуки в данные. Поэтому переход от аналоговых форм волны к цифровой информации является необходимым этапом при записи звука на ПК с помощью цифровой аудио рабочей станции.

При записи конкретные характеристики звуковой волны, такие как ее динамический диапазон и частота, переводятся в цифровые фрагменты информации: то, что наш компьютер может понять и интерпретировать. Чтобы преобразовать исходную форму волны в цифровой сигнал, нам необходимо описать форму волны математически, делая большое количество "снимков" этой формы волны, пока мы не сможем полностью описать ее амплитуду.

Эти снимки называются частотой дискретизации. Они помогают нам определить особенности, определяющие форму волны, чтобы компьютер мог воссоздать цифровую версию звуковой волны, которая звучит точно (или почти) как оригинал.

Этот процесс преобразования аудиосигнала из аналогового в цифровой может быть выполнен с помощью аудиоинтерфейса. Они подключают музыкальные инструменты к вашему ПК и DAW, воссоздавая аналоговый звук в виде цифровой формы волны.

Как и в случае с частотой кадров для видео, чем больше информации, тем лучше. В данном случае, чем выше частота дискретизации, тем больше информации мы имеем о конкретном частотном содержимом, которое затем может быть идеально преобразовано в биты информации.

Теперь, когда мы знаем, как использовать наши цифровые аудио рабочие станции для записи и редактирования звука, пришло время рассмотреть важность частоты дискретизации и узнать, как она влияет на качество звука.

Частота дискретизации: определение

Проще говоря, частота дискретизации - это количество раз в секунду, когда происходит дискретизация звука. Например, при частоте дискретизации 44,1 кГц форма волны захватывается 44100 раз в секунду.

Согласно теореме Найквиста-Шеннона, для точного представления аудиосигнала частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше самой высокой частоты, которую вы собираетесь захватить. Подождите, что?

В двух словах, если вы хотите измерить частоту звуковой волны, вы должны сначала определить ее полный цикл. Он состоит из положительной и отрицательной стадии. Обе стадии должны быть обнаружены и отображены, если вы хотите точно зафиксировать и воссоздать частоту.

Используя стандартную частоту дискретизации 44,1 кГц, вы идеально записываете частоты, немного превышающие 20 000 Гц, что является самым высоким уровнем частоты, слышимым человеком. Именно поэтому 44,1 кГц до сих пор считается стандартным качеством для компакт-дисков. Вся музыка, которую вы слушаете на компакт-дисках, имеет эту стандартную частоту дискретизации.

Почему 44,1 кГц, а не 40 кГц? Потому что, когда сигнал преобразуется в цифровой, частоты выше слышимых человеком отфильтровываются через фильтр низких частот. Дополнительные 4,1 кГц дают фильтру низких частот достаточно места, поэтому они не влияют на высокочастотное содержание.

Использование более высокой частоты дискретизации 96 000 Гц позволит вам получить диапазон частот до 48 000 Гц, что намного выше спектра человеческого слуха. В настоящее время качественное оборудование для записи музыки позволяет записывать с еще более высокой частотой дискретизации 192 000 Гц, таким образом, захватывая звуковые частоты до 96 000 Гц.

Почему у нас есть возможность записывать такие высокие частоты, если мы их не слышим? Многие специалисты и инженеры в области аудио согласны с тем, что частоты выше слышимого спектра все же могут влиять на общее качество звучания записи. Тонкие помехи этих ультразвуковых звуков, если они не улавливаются правильно, могут создавать искажения, мешающие частотам.в диапазоне 20 - 20 000 Гц.

На мой взгляд, негативное влияние этих ультразвуковых частот на общее качество звука незначительно. Тем не менее, стоит проанализировать наиболее распространенную проблему, с которой вы можете столкнуться при записи звука. Это поможет вам решить, улучшит ли увеличение частоты дискретизации качество ваших записей.

Алиасинг

Алиасинг - это явление, которое возникает всякий раз, когда звук неправильно интерпретируется используемой частотой дискретизации. Это серьезная проблема для саунд-дизайнеров и аудиоинженеров. Именно поэтому многие из них выбирают более высокую частоту дискретизации, чтобы избежать этой проблемы.

Когда высокие частоты слишком высоки, чтобы их можно было уловить с помощью частоты дискретизации, они могут быть воспроизведены как более низкие частоты. Это происходит потому, что каждая частота, превышающая предел частоты Найквиста (который, если вы записываете с частотой 44,1 кГц, составляет 2 050 Гц), отражается в обратном направлении, становясь "псевдонимом" более низких частот.

Если вы записываете звук с частотой дискретизации 44 100 Гц, а на этапе микширования добавляете некоторые эффекты, которые поднимают высокие частоты до 26 000 Гц. Из-за этого дополнительные 3 950 Гц будут отражаться и создавать аудиосигнал 18 100 Гц, который будет мешать естественным частотам.

Лучший способ избежать этой проблемы - использовать более высокую частоту дискретизации на вашей цифровой аудио рабочей станции. Таким образом, вы убедитесь, что частоты выше 20 000 Гц захвачены правильно. Затем вы сможете использовать их, если это будет необходимо.

Существуют также фильтры низких частот, которые отбрасывают частоты, превышающие предел частоты Найквиста, и таким образом предотвращают возникновение алиасинга. Наконец, апсемплинг с помощью специальных плагинов также является приемлемым вариантом. Загрузка процессора будет намного выше, чем раньше, но вероятность возникновения алиасинга будет ниже.

Наиболее распространенные частоты дискретизации

Чем выше частота дискретизации, тем более точным будет представление звуковой волны. Более низкая частота дискретизации означает меньшее количество выборок в секунду. При меньшем количестве аудиоданных представление звука будет в определенной степени приблизительным.

Наиболее распространенными значениями частоты дискретизации являются 44,1 кГц и 48 кГц. 44,1 кГц - это стандартная частота для аудио компакт-дисков. Обычно в фильмах используется звук 48 кГц. Несмотря на то, что обе частоты дискретизации могут точно передать весь частотный спектр человеческого слуха, музыкальные продюсеры и инженеры часто предпочитают использовать более высокие частоты дискретизации для создания записей высокого разрешения.

Например, когда речь идет о микшировании и мастеринге музыки, очень важно получить как можно больше данных и захватить все частоты, которые инженеры могут использовать для создания идеального звука. Несмотря на то, что эти ультразвуковые частоты нельзя услышать, они все равно взаимодействуют и создают интермодуляционные искажения, которые хорошо слышны.

Вот варианты, если вы хотите исследовать высокие частоты дискретизации:

• 88,2 кГц

  Как я уже упоминал ранее, частоты, которые человек не слышит, все равно манипулируют и влияют на слышимые. Эта частота дискретизации является отличным вариантом для микширования и мастеринга музыки. Она создает меньше алиасинга (звуков, которые не могут быть правильно представлены в рамках используемой частоты дискретизации) при преобразовании из цифрового формата в аналоговый.

• 96 кГц

  Как и 88,2 кГц, запись музыки на частоте 96 кГц идеально подходит для микширования и мастеринга. Однако убедитесь, что ваш компьютер может справиться с этой задачей, поскольку каждая запись потребует больше вычислительной мощности и места для хранения.

• 192 кГц

  Современные аудиоинтерфейсы студийного качества поддерживают частоту дискретизации до 192 КГц. Это в четыре раза выше стандартного качества CD, что может показаться некоторым преувеличением. Однако использование такой частоты дискретизации может быть полезно, если вы планируете значительно замедлить запись, поскольку они сохранят качество звука hi-res даже при половинной скорости.

  Смотрите также: Подходит ли Procreate для графического дизайна? (Правда)

Разница между этими частотами дискретизации может быть очень тонкой, хотя многие аудиоинженеры считают, что для воссоздания подлинного звука необходимо получить как можно больше информации из оригинальной записи.

Такой подход также возможен благодаря значительному улучшению технологий, которое мы пережили за последнее десятилетие. Объем памяти домашних компьютеров и возможности обработки данных значительно увеличили потенциал того, что мы можем делать с их помощью. Так почему бы не использовать по максимуму то, что мы имеем в своем распоряжении?

Вот в чем загвоздка: есть риск перегрузить ваш компьютер и увеличить нагрузку на процессор. Поэтому, если вы не слышите разницы в качестве ваших записей, я бы рекомендовал выбрать стандартные частоты дискретизации, которые используются уже много лет и обеспечивают первозданные результаты.

Какую частоту дискретизации следует использовать при записи?

На этот вопрос есть два ответа - простой и более сложный. Начнем с первого.

В целом, запись на частоте 44,1 кГц - это безопасный вариант, который обеспечит вам высококачественные записи, независимо от типа аудиопроекта, над которым вы работаете. 44,1 кГц - это наиболее распространенная частота дискретизации для музыкальных компакт-дисков. Она точно передает весь спектр слышимых частот.

Такая частота дискретизации идеальна, поскольку не требует много места на диске и не увеличивает мощность процессора, но при этом обеспечивает подлинное звучание, необходимое для профессиональных записей.

Если вы работаете в киноиндустрии, то лучшей частотой дискретизации является 48 кГц, поскольку это промышленный стандарт. С точки зрения качества звука между этими двумя частотами дискретизации нет никакой разницы.

Теперь наступает более сложный ответ. Захватывая каждую деталь записи, вы обеспечиваете идентичность звука оригиналу. Если вы записываете альбом, аудиочастоты могут модулироваться и настраиваться до такой степени, что ультразвуковые частоты могут тонко влиять на слышимые.

Если у вас достаточно опыта и ваше оборудование позволяет записывать с высокой частотой дискретизации без проблем, вам стоит попробовать. Вопрос о том, улучшается ли качество звука при повышении частоты дискретизации, все еще остается спорным. Вы можете не услышать никакой разницы, а можете понять, что ваша музыка стала более глубокой и насыщенной. Я предлагаю вам попробовать все частоты дискретизации и послушать, изменится ли что-нибудь.

Если вы планируете значительно замедлить запись, вам определенно стоит попробовать более высокие частоты дискретизации. Некоторые инженеры утверждают, что слышат разницу между стандартной и более высокой частотой дискретизации. Но даже если это и так, разница в качестве настолько незначительна, что 99,9% слушателей ее не заметят.

Как настроить частоту дискретизации в DAW

Каждая DAW отличается друг от друга, но те, которые предлагают возможность изменения частоты дискретизации, делают это примерно одинаково. Насколько я знаю, вы можете изменить частоту дискретизации во всех наиболее популярных цифровых аудио рабочих станциях, таких как Ableton, FL Studio, Studio One, Cubase, Pro Tools и Reaper. Даже бесплатная программа Audacity позволяет изменять частоту дискретизации.

В большинстве случаев вы сможете настроить частоту дискретизации вашей DAW в настройках аудио. Оттуда вы можете вручную изменить частоту дискретизации и сохранить обновленные настройки. Некоторые DAW автоматически определяют оптимальную частоту дискретизации, обычно 44,1 кГц или 96 кГц.

Я рекомендую вам провести несколько тестов перед началом записи. Увеличение частоты дискретизации, несомненно, уменьшит задержку и вероятность появления алиасинга. Однако это также создаст дополнительную нагрузку на ваш процессор. Вы также получите файлы гораздо большего размера. В долгосрочной перспективе это может повлиять на производительность вашего компьютера за счет уменьшения дискового пространства.

Если вы хотите снизить частоту дискретизации, убедитесь, что она не опускается ниже 44,1 кГц в соответствии с теоремой Найквиста о частоте, рассмотренной выше.

Что бы вы ни делали, вам необходимо обеспечить точный захват всех слышимых частот. Все остальное оказывает минимальное влияние на звук или может быть исправлено в процессе пост-продакшна.

Вам также может понравиться: Лучшая DAW для iPad

Заключительные размышления

Если у вас есть домашняя студия звукозаписи, выбор частоты дискретизации - одно из первых решений, которое вам придется принять перед записью звука.

Как музыкант, я советую начать с самой простой и распространенной частоты: 44,1 кГц. Эта частота дискретизации захватывает весь спектр человеческого слуха, не занимает много места на диске и не перегружает ваш процессор. Но, с другой стороны, записывать на 192 кГц и заставлять ваш ноутбук зависать каждые две минуты не имеет смысла, не так ли?

Профессиональные студии звукозаписи могут записывать на частоте 96 кГц или даже 192 кГц, а затем передискретизировать до 44,1 кГц, чтобы соответствовать промышленным стандартам. Даже аудиоинтерфейсы, используемые для домашней записи, позволяют использовать частоту дискретизации до 192 кГц. Кроме того, большинство DAW предлагают возможность настроить частоту дискретизации соответствующим образом перед началом записи.

По мере развития технологий более высокие частоты дискретизации могут стать более популярными. Однако общее улучшение качества звука остается спорным. В принципе, если вы не опускаетесь ниже 44,1 кГц, то все будет в порядке.

Если вы только начали работать с аудио, я бы рекомендовал придерживаться наиболее распространенных частот дискретизации. Затем, по мере развития и более уверенной работы с оборудованием, попробуйте более высокие частоты дискретизации. Посмотрите, оказывает ли их использование реальное, количественно измеримое влияние на качество звука.

Если нет, избавьте себя от проблем и перейдите на 44,1 кГц. Если стандарты качества звука изменятся, вы всегда сможете повысить дискретизацию вашего аудиоматериала в будущем. Повышение дискретизации - это в основном автоматизированный процесс, который не оказывает негативного влияния на общее качество звука.

Удачи!