Introduktion

Det är relativt enkelt att ta sig in i den professionella ljud- och musikproduktionsvärlden nuförtiden. Allt du behöver göra är att ladda ner en digital ljudarbetsstation (DAW) och börja arbeta med ditt nya projekt. Ofta gör dessa DAW:er det mesta av jobbet själva och skapar den perfekta kreativa miljön för ditt ljudprojekt.

Men när du börjar gräva djupare i programvarans möjligheter kommer du att inse att det finns ljudinställningar som du kan justera för att förbättra kvaliteten på ditt innehåll. En av dessa inställningar är utan tvekan samplingsfrekvensen.

Att veta vad samplingsfrekvenser är och vilken frekvens som är bäst för ditt projekt är en grundläggande aspekt av ljudproduktion. En aspekt som kan förändra kvaliteten på dina skapelser dramatiskt. Det finns inget universellt svar när det gäller samplingsfrekvenser. Beroende på det innehåll som du ska ge liv måste du välja lämpliga inställningar för att garantera optimala resultat.

I den här artikeln förklarar jag vad samplingsfrekvens är och varför det är viktigt. Jag går också igenom vilken samplingsfrekvens du bör använda beroende på om du är musikproducent, ljudtekniker som arbetar med video eller röstskådespelare.

Det skulle vara omöjligt att förklara vikten av samplingsfrekvens utan att ge en översikt över den mänskliga hörseln och hur ljudet omvandlas från analogt till digitalt. Därför börjar jag artikeln med en kort introduktion till dessa ämnen.

Det här är ett komplext ämne och ganska teknikintensivt. Jag ska försöka hålla det så enkelt som möjligt. En grundläggande förståelse för ljudfrekvenser och hur ljudet färdas i rummet skulle dock vara till hjälp. Den här artikeln kan också hjälpa en nybörjare att välja den optimala inställningen för sina inspelningssessioner.

Låt oss dyka in!

Några saker om mänsklig hörsel

Innan vi fördjupar oss i samplingsfrekvensens intrikata detaljer vill jag klargöra några saker om hur vi hör och tolkar ljud. Detta hjälper oss att förstå hur ljud spelas in och reproduceras. Detta ger dig den information du behöver för att belysa samplingsfrekvensens betydelse.

Ljudet färdas genom luften i vågor. När en ljudvåg kommer in i hörselgången och når trumhinnan vibrerar denna och skickar dessa vibrationer till tre små ben som kallas malleus, incus och stapes.

Innerörat omvandlar vibrationer till elektrisk energi. Hjärnan tolkar sedan signalen. Varje ljud vibrerar vid en specifik sinusvågsfrekvens, vilket gör det unikt som ett ljudfingeravtryck. Ljudvågens frekvens bestämmer dess tonhöjd.

Människor uppfattar ljudvågornas frekvens som tonhöjd. Vi kan höra ljud mellan 20 och 20 000 Hz och är mest känsliga för frekvenser mellan 2 000 och 5 000 Hz. När vi blir äldre förlorar vi förmågan att lyssna på högre frekvenser. Vissa djur, som delfiner, kan höra frekvenser på upp till 100 000 Hz, medan andra, som valar, kan höra infrasoniska ljud ner till 7 Hz.

Ju längre våglängden för ett hörbart ljud är, desto lägre är frekvensen. En lågfrekvent våg med en våglängd på upp till 17 meter kan till exempel motsvara 20 Hz. Omvänt kan de högsta frekvensvågorna, upp till 20 000 Hz, vara så små som 1,7 centimeter.

Det frekvensområde som människor kan höra är begränsat och klart definierat. Därför fokuserar ljudinspelnings- och uppspelningsutrustning på att fånga upp ljud som människor kan höra. Alla inspelade ljud du hör, från dina favorit-CD-skivor till fältinspelningar i dokumentärer, görs med hjälp av utrustning som exakt fångar upp och återger ljud som människor kan höra.

Tekniken har utvecklats utifrån våra auditiva förmågor och behov. Det finns ett stort antal frekvenser som våra öron och hjärnor inte kan registrera, eftersom evolutionen har bestämt att de inte är nödvändiga för vår överlevnad. Ändå har vi idag ljudinspelningsverktyg till vårt förfogande som gör det möjligt att fånga ljud som inte ens det mest tränade mänskliga örat skulle kunna känna igen.

Som vi kommer att se nedan visar det sig att frekvenser som vi inte kan höra ändå kan påverka de frekvenser som ligger inom vårt hörbara spektrum. Så på ett sätt är det viktigt att ta hänsyn till dem när du spelar in ljud. Om inspelning av frekvenser utanför vårt hörbara spektrum har en inverkan på ljudkvaliteten är däremot fortfarande en fråga som diskuteras.

Samplingsfrekvensen används när vi omvandlar en analog signal (naturligt ljud) till digitala data så att våra elektroniska enheter kan bearbeta och återge den.

Konvertering av analogt ljud till digitalt ljud

För att omvandla en ljudvåg från analog till digital krävs en inspelare som kan omvandla naturliga ljud till data. Därför är övergången mellan analoga vågformer till digital information ett nödvändigt steg när du spelar in ljud på din dator via en digital ljudarbetsstation.

Vid inspelning omvandlas specifika egenskaper hos en ljudvåg, som dess dynamiska omfång och frekvens, till digital information: något som vår dator kan förstå och tolka. För att omvandla en ursprunglig vågform till en digital signal måste vi beskriva vågformen matematiskt genom att ta en stor mängd "ögonblicksbilder" av vågformen tills vi kan beskriva amplituden fullt ut.

Dessa ögonblicksbilder kallas samplingsfrekvenser och hjälper oss att identifiera de egenskaper som definierar vågformen så att datorn kan återskapa en digital version av ljudvågen som låter exakt (eller nästan) som originalet.

Processen att konvertera ljudsignalen från analog till digital kan göras av ett ljudgränssnitt. De ansluter musikinstrument till din dator och DAW och återskapar det analoga ljudet som en digital vågform.

Precis som med bildfrekvensen för videor gäller att ju mer information du har, desto bättre. I det här fallet gäller att ju högre samplingsfrekvens, desto mer information har vi om ett specifikt frekvensinnehåll, som sedan kan omvandlas perfekt till informationsbitar.

Nu när vi vet hur vi använder våra digitala ljudarbetsstationer för att spela in och redigera ljud är det dags att undersöka hur viktigt det är med samplingsfrekvensen och hur den påverkar ljudkvaliteten.

Samplingsfrekvens: En definition

Enkelt uttryckt är samplingsfrekvensen det antal gånger per sekund som ljudet samplas. Vid en samplingsfrekvens på 44,1 kHz fångas till exempel vågformen 44100 gånger per sekund.

Enligt Nyquist-Shannon-teoremet bör samplingsfrekvensen vara minst två gånger den högsta frekvensen som du tänker fånga upp för att återge en ljudsignal korrekt. Vänta, vad?

Om du vill mäta frekvensen hos en ljudvåg måste du först identifiera hela dess cykel. Denna består av ett positivt och ett negativt steg. Båda stegen måste upptäckas och samplas om du vill fånga och återskapa frekvensen exakt.

Genom att använda standardprovfrekvensen 44,1 kHz kan du perfekt spela in frekvenser som är något högre än 20 000 Hz, vilket är den högsta frekvensnivå som människor kan höra. Det är också därför som 44,1 kHz fortfarande anses vara standardkvaliteten för CD-skivor. All musik som du lyssnar på på CD-skivor har den här standardprovfrekvensen.

Varför 44,1 kHz och inte 40 kHz? När signalen omvandlas till digital signal filtreras frekvenser som ligger över dem som människor kan höra genom ett lågpassfilter. De ytterligare 4,1 kHz ger lågpassfiltret tillräckligt med utrymme, så att det inte påverkar högfrekvensinnehållet.

Om du använder en högre samplingsfrekvens på 96 000 Hz får du ett frekvensområde på upp till 48 000 Hz, vilket är långt över det mänskliga hörselspektrumet. Med musikinspelningsutrustning av god kvalitet kan man numera spela in med en ännu högre samplingsfrekvens på 192 000 Hz, vilket innebär att ljudfrekvenser på upp till 96 000 Hz kan fångas.

Varför har vi möjlighet att spela in så höga frekvenser om vi inte kan höra dem från början? Många ljudspecialister och ingenjörer är överens om att frekvenser ovanför det hörbara spektrumet fortfarande kan påverka den övergripande ljudkvaliteten på en inspelning. Den subtila interferensen av dessa ultraljud kan, om de inte fångas upp på rätt sätt, skapa en förvrängning som stör frekvenserinom spektrumet 20 Hz - 20 000 Hz.

Enligt min åsikt är den negativa effekten av dessa ultraljudsfrekvenser på den totala ljudkvaliteten försumbar. Det är ändå värt att analysera det vanligaste problemet som du kan stöta på när du spelar in ljud. Det hjälper dig att avgöra om en ökning av samplingsfrekvensen skulle förbättra kvaliteten på dina inspelningar.

Aliasing

Aliasing är ett fenomen som uppstår när ljudet inte omtolkas korrekt av den samplingsfrekvens du använder. Det är ett stort problem för ljuddesigners och ljudingenjörer. Det är anledningen till att många av dem väljer en högre samplingsfrekvens för att undvika problemet.

När högre frekvenser är för höga för att fångas upp av samplingsfrekvensen kan de återges som lägre frekvenser. Detta beror på att varje frekvens över Nyquist-frekvensgränsen (som, om du spelar in med 44,1 kHz, skulle vara 2 050 Hz) reflekterar ljudet bakåt och blir ett "alias" av lägre frekvenser.

Ett exempel kan hjälpa till att klargöra detta fenomen: Om du spelar in ljud med en samplingsfrekvens på 44 100 Hz och under mixningsfasen lägger till några effekter som driver upp de högre frekvenserna till 26 000 Hz. På grund av detta skulle de ytterligare 3 950 Hz studsa tillbaka och skapa en ljudsignal på 18 100 Hz som skulle störa de naturliga frekvenserna.

Det bästa sättet att undvika det här problemet är att använda högre samplingsfrekvenser på din digitala ljudarbetsstation. På så sätt kan du försäkra dig om att frekvenser över 20 000 Hz fångas upp på rätt sätt. Sedan kan du använda dem om det skulle bli nödvändigt.

Det finns också lågpassfilter som tar bort frekvenser över Nyquist-frekvensgränsen och därmed förhindrar att aliasing uppstår. Slutligen är uppgradering med hjälp av särskilda plug-ins också ett bra alternativ. CPU-användningen kommer att vara mycket högre än tidigare, men aliasing kommer att vara mindre troligt att uppstå.

De vanligaste samplingsfrekvenserna

Ju högre samplingsfrekvens, desto mer exakt blir ljudvågsrepresentationen. Lägre samplingsfrekvens innebär färre samplingar per sekund. Med färre ljuddata blir ljudrepresentationen i viss mån ungefärlig.

De vanligaste samplingsfrekvenserna är 44,1 kHz och 48 kHz. 44,1 kHz är standardfrekvensen för ljud-CD:er. I filmer används i allmänhet 48 kHz. Även om båda samplingsfrekvenserna kan fånga hela det mänskliga hörselns frekvensspektrum på ett korrekt sätt väljer musikproducenter och tekniker ofta att använda högre samplingsfrekvenser för att skapa inspelningar med hög upplösning.

När det gäller mixning och mastering av musik är det till exempel viktigt att ha så mycket data som möjligt och fånga upp alla frekvenser, som ingenjörerna kan använda för att leverera det perfekta ljudet. Även om dessa ultraljudsfrekvenser inte kan höras interagerar de ändå och skapar intermodulationsdistorsion som är tydligt hörbar.

Här är alternativen om du vill utforska höga samplingsfrekvenser:

• 88,2 kHz

  Som jag nämnde tidigare manipulerar och påverkar frekvenser som människor inte kan höra ändå de hörbara frekvenserna. Denna samplingsfrekvens är ett utmärkt alternativ för mixning och mastering av musik. Den ger mindre aliasing (ljud som inte kan representeras korrekt inom den använda samplingsfrekvensen) när den konverteras från digital till analog.

• 96 kHz

  Liksom 88,2 kHz är inspelning av musik i 96 kHz idealisk för mixning och mastering. Se dock till att din dator klarar detta, eftersom varje inspelning kräver mer processorkraft och lagringsutrymme.

• 192 kHz

  Moderna ljudgränssnitt av studiokvalitet stöder upp till 192 kHz samplingsfrekvens. Detta är fyra gånger högre än standard-CD-kvalitet, vilket kan tyckas vara lite överdrivet. Att använda den här samplingsfrekvensen kan dock vara till hjälp om du planerar att sakta ner dina inspelningar avsevärt, eftersom de behåller en högupplöst ljudkvalitet även vid halva hastigheten.

Återigen kan skillnaden mellan dessa samplingsfrekvenser vara mycket subtil, men många ljudtekniker anser att det är viktigt att få fram så mycket information som möjligt från originalinspelningen för att återskapa ett autentiskt ljud.

Detta tillvägagångssätt är också möjligt tack vare den enorma förbättring av tekniken som vi har upplevt under det senaste decenniet. Hemdatorernas lagringsutrymme och bearbetningskapacitet har dramatiskt ökat potentialen för vad vi kan göra med dem. Så varför inte utnyttja det mesta av vad vi har till vårt förfogande?

Det finns dock en risk för att överbelasta datorn och lägga onödig stress på din CPU-användning. Om du inte tydligt hör en skillnad i kvaliteten på dina inspelningar rekommenderar jag därför att du väljer de vanliga samplingsfrekvenser som har använts i flera år och som ger rena resultat.

Vilken samplingsfrekvens ska du använda när du spelar in?

Det finns två svar på denna fråga, ett enkelt och ett mer komplicerat, och vi börjar med det första.

Överlag är inspelning med 44,1 kHz ett säkert alternativ som ger dig inspelningar av hög kvalitet, oavsett vilken typ av ljudprojekt du arbetar med. 44,1 kHz är den vanligaste samplingsfrekvensen för musik-CD:er. Den fångar hela det hörbara frekvensspektrumet på ett korrekt sätt.

Den här samplingsfrekvensen är idealisk eftersom den inte använder mycket diskutrymme eller mer processorkraft, men den ger ändå det autentiska ljud som du behöver för dina professionella inspelningar.

Om du arbetar inom filmindustrin är den bästa samplingsfrekvensen 48 kHz, eftersom det är industristandarden. När det gäller ljudkvalitet är det ingen skillnad mellan dessa två samplingsfrekvenser.

Nu kommer det mer komplicerade svaret. Genom att fånga varje detalj i en inspelning säkerställer du att ljudet är identiskt med originalljudet. Om du spelar in ett album kan ljudfrekvenserna moduleras och justeras till den grad att ultraljudsfrekvenser kan påverka de hörbara frekvenserna på ett subtilt sätt.

Om du har tillräcklig erfarenhet och din utrustning gör det möjligt att spela in med hög samplingsfrekvens utan problem bör du försöka. Frågan om huruvida ljudkvaliteten förbättras med högre samplingsfrekvenser är fortfarande omdiskuterad. Du kanske inte hör någon skillnad, eller så kanske du märker att din musik nu är djupare och fylligare. Jag föreslår att du provar alla samplingsfrekvenser och hör själv om något förändras.

Om du planerar att sakta ner dina inspelningar avsevärt bör du definitivt prova högre samplingsfrekvenser. Vissa tekniker hävdar att de kan höra skillnaden mellan standard- och högre samplingsfrekvenser. Men även om de gjorde det är skillnaden i kvalitet så försumbar att 99,9 % av lyssnarna inte kommer att märka den.

Hur du justerar samplingsfrekvensen i din DAW

Varje DAW är annorlunda, men de som erbjuder möjligheten att ändra samplingsfrekvensen gör det på ganska liknande sätt. Såvitt jag vet kan du ändra samplingsfrekvensen i alla de mest populära digitala ljudarbetsstationerna, till exempel Ableton, FL Studio, Studio One, Cubase, Pro Tools och Reaper. Till och med gratisprogrammet Audacity gör det möjligt att ändra samplingsfrekvensen.

I de flesta fall kan du justera samplingsfrekvensen i din DAW i ljudinställningarna. Därifrån kan du ändra samplingsfrekvensen manuellt och spara de uppdaterade inställningarna. Vissa DAW:er identifierar automatiskt den optimala samplingsfrekvensen, vanligtvis 44,1 kHz eller 96 kHz.

Jag rekommenderar att du gör några tester innan du börjar spela in. Att öka samplingsfrekvensen kommer utan tvekan att minska latenstiden och risken för aliasing. Men det kommer också att innebära ytterligare belastning på din CPU. Du kommer också att få mycket större filer. I det långa loppet kan detta påverka datorns prestanda genom att minska diskutrymmet.

Om du vill sänka samplingsfrekvensen ska du se till att du inte understiger 44,1 kHz enligt Nyquist-frekvensteoremet som diskuterats ovan.

Oavsett vad du gör måste du se till att alla hörbara frekvenser fångas korrekt. Allt annat har en minimal inverkan på ljudet eller kan åtgärdas i efterhand.

Du kanske också gillar: Bästa DAW för iPad

Slutliga tankar

Om du har en inspelningsstudio hemma är valet av samplingsfrekvens ett av de första besluten du måste fatta innan du spelar in ljud.

Som musiker föreslår jag att du börjar med den enklaste och vanligaste frekvensen: 44,1 kHz. Denna samplingsfrekvens fångar hela det mänskliga hörselspektrumet, tar inte upp mycket diskutrymme och överbelastar inte din processor. Men å andra sidan är det inte rimligt att spela in i 192 kHz och låta din bärbara dator frysa varannan minut, eller hur?

Professionella inspelningsstudior kan spela in med 96 kHz eller till och med 192 kHz och sedan sampluggas om till 44,1 kHz senare för att uppfylla industristandarderna. Till och med ljudgränssnitt som används för inspelning i hemmet tillåter samplingsfrekvenser på upp till 192 kHz. Dessutom erbjuder de flesta DAW:er möjligheten att justera samplingsfrekvensen i enlighet med detta innan du börjar spela in.

I takt med att tekniken utvecklas kan högre samplingsfrekvenser bli mer populära. Den övergripande förbättringen av ljudkvaliteten kan dock diskuteras. I princip är det så att så länge du inte går lägre än 44,1 kHz kommer du att klara dig helt okej.

Om du precis har börjat arbeta med ljud skulle jag rekommendera att du håller dig till de vanligaste samplingsfrekvenserna. När du sedan gör framsteg och blir säkrare på din utrustning kan du prova högre samplingsfrekvenser och se om det har en faktisk, kvantifierbar effekt på ljudkvaliteten att använda dem.

Om inte, spara dig besväret och välj 44,1 kHz. Om standarderna för ljudkvalitet ändras kan du alltid uppgradera ditt ljudmaterial i framtiden. Uppgradering är en mestadels automatiserad process som inte har någon negativ inverkan på ljudets övergripande kvalitet.

Lycka till!