Częstotliwość próbkowania i próbkowanie dźwięku:

przewodnik dla początkujących

Gdy próbkujesz dźwięk ze źródła analogowego, w komputerze są wykonywane pewne obliczenia. W ramach tych obliczeń analogowy dźwięk gitary, instrumentów klawiszowych lub inny jest konwertowany na dane cyfrowe. Częstotliwość próbkowania ma kluczowy wpływ na jakość konwersji.  

 

W tym artykule omówiono, jak częstotliwość próbkowania wpływa na jakość dźwięku cyfrowego oraz jaką funkcję pełni głębia bitowa. Wyjaśnimy też, jak przekonwertować i skompresować wynik końcowy, aby można było go łatwo edytować i przenosić.

 

Zakres tematów:

 

Co to jest częstotliwość próbkowania?

Próbkowanie dźwięku polega na przekształceniu dźwięku ze źródła na plik cyfrowy. Podczas nagrywania dźwięku cyfrowego w określonych odstępach czasu są pobierane próbki fal dźwięku źródłowego. Im więcej próbek zostanie pobranych (czyli im większa będzie częstotliwość próbkowania), tym dokładniej końcowy plik cyfrowy odwzoruje oryginał. Wyższa częstotliwość próbkowania zapewnia lepszą jakość reprodukcji dźwięku. 

vector-sound-waves-simple-white-lines-on-orange-background-equalizer-dynamic-visual-effect-vector-illustration

Częstotliwość próbkowania zwykle jest mierzona w cyklach na sekundę, a jednostką jest kiloherc (kHz). Płyty CD są zazwyczaj nagrywane z częstotliwością 44,1 kHz. Oznacza to, że co sekundę pobieranych jest 44 100 próbek. 

 

Dobór odpowiedniej częstotliwości próbkowania pozwala uzyskać bardziej precyzyjne nagrania. Kopię cyfrową można edytować i miksować bez utraty jakości dźwięku.

 

 

musician-and-making-music-concept-african-american-male-sound-producer-working-in-recording-studio-close-up

Końcowa jakość nagrania dźwiękowego zależy nie tylko od częstotliwości próbkowania — ważną funkcję pełni też głębia bitowa.

 

Co to jest głębia bitowa/szybkość transmisji?

Każda próbka pobierana podczas nagrywania dźwięku musi zostać zapisana w bitach na komputerze. Im więcej bitów użyjemy do nagrania każdej próbki, tym lepiej zostanie odwzorowany dźwięk. 

 

Innymi słowy, wyższa częstotliwość próbkowania w połączeniu z dużą głębią bitową (nazywaną też szybkością transmisji lub formatem próbkowania) zapewnia najlepszą jakość dźwięku w nagraniu. Im wyższa będzie głębia bitowa, tym większy będzie zakres dynamiki. 

hand-touching-tablet-with-waveforms-and-sound-design-concept

Zakres dynamiki to różnica między sekcjami niskiej i wysokiej głośności nagrania. Jest on mierzony w decybelach (dB). Ludzkie ucho słyszy dźwięki do 90 dB, ale nagranie powyżej tego poziomu umożliwia wzmocnienie bardziej subtelnych dźwięków w celu uzyskania większej wierności. 

decibel-scale-loud-chart

Dźwięk 8-bitowy

 

Jakość odwzorowania jest dość niska, a dźwięk ma zakres 46 dB, czyli około połowę najwyższego poziomu dostępnego dla ludzkiego ucha.  

 

 

Dźwięk 16-bitowy

 

Jest to poziom ludzkiego ucha, czyli 96 dB.

 

 

Dźwięk 24-bitowy

 

Poziom 145 dB jest dużo powyżej zakresu ludzkiego ucha, ale może być pomocny w wyciszeniu szumów cyfrowych. 

 

 

32-bitowy dźwięk zmiennoprzecinkowy

 

Ten format może zapewnić niemal nieograniczony poziom decybeli i jest używany tylko w przypadku wysokiej jakości dźwięku, np. krótkich głośnych dźwięków, które trzeba rejestrować jakichkolwiek ograniczników.

 

Dlaczego standardowa częstotliwość próbkowania wynosi 44,1 kHz?

Wiele współczesnych nagrań ma częstotliwość próbkowania równą 44,1 kHz. Jest to standardowa wartość w przypadku płyt CD. Ma to częściowo związek ze sposobem działania częstotliwości próbkowania i tym, jak słyszy ludzkie ucho.

cd-in-the-laptop-cd-dvd-drive

Temat częstotliwości próbkowania był poruszany po raz pierwszy w latach 40. XX wieku w ramach twierdzenia Nyquista–Shannona. Zgodnie z tym twierdzeniem częstotliwość próbkowania musi być dwa razy większa niż częstotliwość oryginalnego nagrania — w przeciwnym razie dźwięk nie zostanie odwzorowany wiernie.

 

Ludzkie ucho słyszy w zakresie od 20 Hz do 20 kHz. 44,1 kHz to ponad dwa razy więcej niż górny zakres ludzkiego słuchu, dlatego zgodnie z teorią taki dźwięk powinien być odwzorowywany bardzo dokładnie.  

 

Nagranie z większą częstotliwością próbkowania pozwala uchwycić każdy dźwięk. Pewnych dźwięków nie słychać w pierwotnym nagraniu, ale jeśli próbka dźwięku nagrana z częstotliwością 192 kHz zostanie przekonwertowana na niższą częstotliwość, pewne niesłyszalne do tej pory częstotliwości będzie można usłyszeć. Gdyby dźwięk został nagrany przy niższej częstotliwości próbkowania, a następnie przekonwertowany na niższą częstotliwość, część wysokich tonów zostałaby utracona.

DJ's hand-over-the-laptop-and-mixing-console-controlling-the-sound-settings

Nawet jeśli dźwięk zostanie nagrany z większą częstotliwością, prawdopodobnie zostanie przekonwertowany z powrotem do 44,1 kHz, czyli wartości używanej przez wiele współczesnych systemów audio. 

 

Jakie inne częstotliwości próbkowania są stosowane i w jakim celu?

 

Jeśli standardową częstotliwością płyty audio CD jest 44,1 kHz, można zadać sobie pytanie, w jakim celu są używane pozostałe wartości. Jak już wspomnieliśmy, wyższa częstotliwość próbkowania może zapewnić czystszy dźwięk bez szumów. Przydaje się też przy edycji i miksowaniu dźwięku. Dźwięki, których nie słyszymy, są obecne w nagraniu z większą częstotliwością próbkowania, dzięki czemu można je modyfikować. 

 

modern-music-record-studio-control-desk-with-laptop-screen-showing-user-interface-of-digital-audio-workstation-software-equalizer-mixer-and-professional-equipment-faders-sliders-record-close-up

48 kHz

 

Ta wartość, tak jak 44,1 kHz, jest też używana jako standardowa częstotliwość. Warto to jednak sprawdzić, ponieważ dźwięk odtwarzany w innej częstotliwości niż ta, w której został nagrany, będzie przyspieszony lub spowolniony.

 

 

88,2 kHz

 

Jest to obecnie najwyższy standard dla nagrań o najlepszej jakości. W przypadku konwersji z sygnału analogowego na cyfrowy w tej częstotliwości powstaje mniej zniekształceń (nazywanych aliasingiem). Pozostaje więcej swobody w zakresie miksowania i masteringu. 

 

 

96 kHz

 

Podobnie jak 88,2 kHz, ta częstotliwość zapewnia więcej możliwości w zakresie miksowania i masteringu dźwięku. Jednak praca z większą częstotliwością może stanowić problem, jeśli komputer nie zdąży przetworzyć dodatkowych informacji lub nie zapewni wymaganej ilości pamięci. 

 

 

192 kHz

 

Z niektórych relacji wynikało, że nagrywanie przy tak dużej częstotliwości próbkowania mogą powstawać problemy z dźwiękiem, takie jak niechciane fluktuacje. Trudno też o komputery, które obsłużą ten standard. Jedynym praktycznym zastosowaniem jest spowalnianie dźwięków o wysokiej częstotliwości.

 

Czy można skompresować plik audio bez utraty jakości?

 

Wysoka częstotliwość próbkowania skutkuje plikami o dużym rozmiarze. Rozmiar pliku docelowego można oszacować, używając tych obliczeń:

 

  • Częstotliwość próbkowania (w hercach, a nie kilohercach) x szybkość transmisji x liczba kanałów x liczba sekund = łączna liczba bitów

  • Łączna liczba bitów / 8 = liczba bajtów

  • Liczba bajtów / 1 000 000 = liczba megabajtów (MB)


Przykład: 

 

44 100 Hz x 16 bitów x 2 kanały nagrania stereo x 4400 sekund (74-minutowe nagranie CD) = 6 209 280 000 bitów lub ok. 6,2 mld bitów

 

6 209 280 000 bitów / 8 = 776 160 000 bajtów lub 776 mln bajtów

 

776 160 000 bajtów / 1 000 000 = 776,16 MB

 

 

Kompresowanie rozmiaru pliku

 

Przenoszenie dużych plików i praca nad nimi może sprawiać trudności. Jednym z rozwiązań jest kompresja rozmiaru pliku. 

 

Kompresja dźwięku jest powszechnym zabiegiem od czasu wprowadzenia formatu MP3. W przypadku takich plików kompresja dźwięku ma niewielki wpływ na jakość. Przekonwertowanie dźwięku na format MP3 (można to zrobić na wielu komputerach i na niektórych stronach internetowych) pozwala zmniejszyć rozmiar pliku nawet dziesięciokrotnie. Jest to możliwe dzięki usunięciu dźwięków, których ludzkie ucho nie słyszy.

close-up-portrait-of-her-she-nice-attractive-lovely-cute-charming-dreamy-peaceful-cheery-girl-listening-podcast-motivation-playlist-isolated-on-bright-vivid-shine-vibrant-pink-fuchsia-color-background

Aby skompresować plik audio za pomocą programu Adobe Audition, wystarczy podczas zapisywania wybrać format pliku MP3. Plik można skompresować do formatu MP3 tylko raz — w przeciwnym razie plik może zostać skompresowany ponownie. Może to spowodować, że artefakty lub błędy dźwiękowe zostaną uwydatnione.

 

Pliki MP3 są kompresowane do wartości 128 Kb/s lub (częściej stosowanych) 256 Kb/s i 320 Kb/s. Jest to tak zwana kompresja stratna. Jakość dźwięku ulega faktycznemu pogorszeniu, nawet jeśli większość osób tego nie słyszy. 

 

 

Kompresja bezstratna

 

Dostępna jest też kompresja bezstratna. Zapewnia ona mniejszy rozmiar pliku bez utraty jakości dźwięku. Polega ona na ponownym zapisaniu danych w pliku w bardziej wydajny sposób, a nie na usuwaniu dźwięków. Tak skompresowane pliki są większe niż pliki MP3. Zwykle rozmiar zmniejsza się względem oryginału o połowę, a nie dziesięciokrotnie. 

 

Pliki tego typu zwykle nie są używane na co dzień, a raczej służą do przechowywania nagrań dźwiękowych. Należą do nich przede wszystkim pliki FLAC, WavPack, Monkey’s Audio i ALAC (Apple Lossless). 

 

Jak przekonwertować plik audio na inną częstotliwość próbkowania w programie Adobe Audition?

Jeśli chcesz łatwo przekonwertować pliki audio na inną częstotliwość próbkowania, możesz użyć programu Adobe Audition.

 

Najpierw sprawdź, jaką częstotliwość próbkowania obsługuje karta dźwiękowa komputera, ponieważ może to stanowić ograniczenie. Następnie wykonaj te czynności:

 

  1. Kliknij opcję Edytor kształtu fali > Edycja > Typ próbki konwersji lub kliknij dwukrotnie sekcję Typ próbki na pasku stanu.

  2. Wybierz nową wartość z listy Częstotliwość próbkowania lub wpisz własną wartość w polu tekstowym.

  3. Kliknij opcję Zaawansowane, a następnie przeciągnij suwak jakości, aby dostosować jakość konwersji próbkowania.

  4. Wybierz filtr początkowy i końcowy, aby zapobiec powstaniu zniekształceń/aliasingu.

 

Odkryj wszystkie funkcje próbkowania, miksowania i masteringu dźwięku dostępne w programie Adobe Audition.

Inne przydatne informacje

Baletnice na scenie — fotografia ilustrująca czas otwarcia migawki | Adobe

Omówienie czasu otwarcia migawki

Dowiedz się, w jaki sposób dostosowanie czasu otwarcia migawki może ułatwić uzyskanie czystych zdjęć lub zarejestrowanie chwil wypełnionych ruchem.

Zdjęcie panoramy miasta w nocy z efektem bokeh

Dodawanie efektu bokeh do tła fotografii

Dowiedz się więcej o pięknym efekcie rozmazania, który pozwala nadać zdjęciom niesamowity wygląd.

Producent muzyki używa korektora graficznego do precyzyjnego dostrojenia dźwięku.

Podnieś poziom IQ korektora graficznego: Wprowadzenie do korektorów graficznych
Dowiedz się, jak przy użyciu korektora graficznego modyfikować dźwięk przez podbijanie lub odcinanie pewnych pasm częstotliwości.

Interesujący projekt czarnej chmury dymu

Omówienie czerni i bieli jako kolorów

Odkryj naukę o kolorach i przekonaj się, co odróżnia czerń od bieli.

Pobierz program Adobe Audition

Najlepsze w branży oprogramowanie do cyfrowej obróbki dźwięku umożliwia tworzenie, miksowanie i budowanie efektów dźwiękowych.

Przez 7 dni za darmo, a następnie 24,59 €/mies.