Περιεχόμενο
Όπως πιθανότατα έχετε παρατηρήσει, υπάρχει μια νέα τάση στον κλάδο των smartphone να συμπεριλαμβάνει ηχητικά chips "ποιότητας στούντιο" μέσα σε σύγχρονα smartphone ναυαρχίδα. Ενώ ένα DAC 32-bit (ψηφιακός σε αναλογικό μετατροπέα) με υποστήριξη ήχου 192kHz σίγουρα φαίνεται καλό για το φύλλο spec, απλά δεν υπάρχει κανένα όφελος για την ώθηση μέχρι το μέγεθος των ηχητικών συλλογών μας.
Είμαι εδώ για να εξηγήσω γιατί αυτό το βάθος bit και το ποσοστό δειγματοληψίας μπορεί να καυχηθεί είναι ακριβώς μια άλλη περίπτωση της βιομηχανίας ήχου που εκμεταλλεύεται την έλλειψη γνώσεων καταναλωτών και ακόμη και audiophile για το θέμα. Δώστε τα καπάκια σας, πηγαίνουμε σε μερικά σοβαρά τεχνικά σημεία για να εξηγήσουμε τα in και outs του pro audio. Και ελπίζω ότι θα σας δείξω επίσης γιατί πρέπει να αγνοήσετε το μεγαλύτερο μέρος της διαφημιστικής εκστρατείας μάρκετινγκ.
Το ακούς αυτό?
Πριν από την κατάδυση, αυτό το πρώτο τμήμα προσφέρει κάποιες απαιτούμενες πληροφορίες σχετικά με τις δύο βασικές έννοιες του ψηφιακού ήχου, του βάθους bit και του ρυθμού δειγματοληψίας.
Η συχνότητα δειγματοληψίας αναφέρεται στο πόσο συχνά πρόκειται να καταγράψουμε ή να αναπαράγουμε πληροφορίες εύρους για ένα σήμα. Ουσιαστικά, κόβουμε μια κυματομορφή σε πολλά μικρά κομμάτια για να μάθουμε περισσότερα για αυτό σε συγκεκριμένο χρονικό σημείο. Το Θεώρημα Nyquist δηλώνει ότι η υψηλότερη δυνατή συχνότητα που μπορεί να ληφθεί ή να αναπαραχθεί είναι ακριβώς το ήμισυ της συχνότητας δειγματοληψίας. Αυτό είναι πολύ απλό να φανταστούμε, καθώς χρειαζόμαστε τα πλάτη για την κορυφή και το κάτω μέρος της κυματομορφής (που θα απαιτούσαν δύο δείγματα) για να γνωρίζουμε με ακρίβεια τη συχνότητά της.
Η αύξηση του ρυθμού δειγματοληψίας (κορυφή) έχει ως αποτέλεσμα επιπλέον δείγματα ανά δευτερόλεπτο, ενώ ένα μεγαλύτερο βάθος δυαδικών ψηφίων (κάτω) παρέχει περισσότερες πιθανές τιμές για την καταγραφή του δείγματος στο.
Για τον ήχο, έχουμε μόνο την ανησυχία μας για το τι μπορούμε να ακούσουμε και τη συντριπτική πλειονότητα των ατόμων που ακούνε ακρόαση λίγο πριν τα 20kHz. Τώρα που γνωρίζουμε για το Nyquist Θεώρημα, μπορούμε να καταλάβουμε γιατί τα 44.1kHz και 48kHz είναι κοινές συχνότητες δειγματοληψίας, καθώς είναι λίγο πάνω από το διπλάσιο της μέγιστης συχνότητας που μπορούμε να ακούσουμε. Η υιοθέτηση προτύπων 96kHz και 192kHz ποιότητας στούντιο δεν έχει καμία σχέση με τη συλλογή δεδομένων υψηλότερης συχνότητας, κάτι που θα ήταν άσκοπο. Αλλά θα βγούμε σε περισσότερα από αυτά σε ένα λεπτό.
Καθώς εξετάζουμε τα πλάτη με την πάροδο του χρόνου, το βάθος δυαδικών ψηφίων αναφέρεται απλώς στην ανάλυση ή τον αριθμό των διαθέσιμων σημείων για να αποθηκεύσουμε αυτά τα δεδομένα εύρους. Για παράδειγμα, τα 8-bit μας προσφέρουν 256 διαφορετικά σημεία προς στρογγυλοποίηση, τα αποτελέσματα 16-bit σε 65.534 σημεία και τα δεδομένα 32-bit που μας δίνουν 4.294.967.294 σημεία δεδομένων. Αν και προφανώς, αυτό αυξάνει σημαντικά το μέγεθος των αρχείων.
Ίσως να είναι εύκολο να σκεφτείτε αμέσως το βάθος του bit από την άποψη της ακρίβειας του πλάτους, αλλά οι πιο σημαντικές έννοιες που πρέπει να καταλάβετε εδώ είναι εκείνες του θορύβου και της παραμόρφωσης. Με πολύ χαμηλή ανάλυση, πιθανότατα θα χάσουμε κομμάτια με χαμηλότερες πληροφορίες εύρους ή θα διακόψουμε τις κορυφές των κυματομορφών, γεγονός που εισάγει ανακρίβεια και στρεβλώσεις (σφάλματα ποσοτικοποίησης). Είναι ενδιαφέρον ότι αυτό θα ακούγεται συχνά σαν θόρυβος αν έπρεπε να αναπαράγετε ένα αρχείο χαμηλής ανάλυσης, επειδή έχουμε αυξήσει αποτελεσματικά το μέγεθος του μικρότερου δυνατού σήματος που μπορεί να ληφθεί και να αναπαραχθεί. Αυτό είναι ακριβώς το ίδιο με την προσθήκη πηγής θορύβου στην κυματομορφή μας. Με άλλα λόγια, η μείωση του βάθους των δυαδικών ψηφίων μειώνει επίσης το πάχος του θορύβου. Μπορεί επίσης να συμβάλλει στο να το σκεφτούμε αυτό σε ένα δυαδικό δείγμα, όπου το λιγότερο σημαντικό κομμάτι αντιπροσωπεύει το πάτωμα του θορύβου.
Επομένως, ένα υψηλότερο βάθος bit μας δίνει μεγαλύτερο λόγο θορύβου, αλλά υπάρχει ένα πεπερασμένο όριο στο πόσο πρακτικό είναι αυτό στον πραγματικό κόσμο. Δυστυχώς, υπάρχει παντού θόρυβος περιβάλλοντος και δεν εννοώ το λεωφορείο που περνάει στο δρόμο. Από τα καλώδια στα ακουστικά σας, τα τρανζίστορ σε έναν ενισχυτή και ακόμα και τα αυτιά στο εσωτερικό του κεφαλιού σας, ο μέγιστος λόγος σήματος προς θόρυβο στον πραγματικό κόσμο είναι περίπου 124dB, ο οποίος λειτουργεί σε περίπου 21bits δεδομένων.Jargon Buster:
DAC- Ένας μετατροπέας ψηφιακού-αναλογικού σήματος λαμβάνει ψηφιακά δεδομένα ήχου και τον μετατρέπει σε αναλογικό σήμα για την αποστολή σε ακουστικά ή ηχεία.
Ρυθμός δειγματοληψίας- Μετρούμενη σε Hertz (Hz), αυτός είναι ο αριθμός δειγμάτων ψηφιακών δεδομένων που έχουν ληφθεί κάθε δευτερόλεπτο.
SNR- Ο λόγος σήματος προς θόρυβο είναι η διαφορά μεταξύ του επιθυμητού σήματος και του θορύβου του συστήματος παρασκηνίου. Σε ένα ψηφιακό σύστημα αυτό συνδέεται άμεσα με το βάθος bit.
Για σύγκριση, τα 16 bits της δέσμευσης προσφέρουν λόγο σήματος προς θόρυβο (διαφορά μεταξύ θορύβου σήματος και υποβάθρου) 96,33dB, ενώ η 24-bit προσφέρει 144,49dB, η οποία υπερβαίνει τα όρια της δέσμευσης υλικού και της ανθρώπινης αντίληψης. Έτσι, ο DAC 32 bit σας στην πραγματικότητα θα είναι πάντα σε θέση να παράγει τα περισσότερα 21-bit χρήσιμα δεδομένα και τα άλλα bits θα καλυφθούν από θόρυβο του κυκλώματος. Στην πραγματικότητα, όμως, τα πιο μέτρια κομμάτια εξοπλισμού ξεκινούν με ένα SNR από 100 έως 110dB, καθώς τα περισσότερα άλλα κυκλώματα θα εισάγουν το δικό τους θόρυβο. Σαφώς, τα αρχεία 32-bit φαίνονται ήδη περιττά.
Τώρα που έχουμε τα βασικά στοιχεία του ψηφιακού ήχου κατανοητά, ας προχωρήσουμε σε ορισμένα από τα πιο τεχνικά σημεία.
Σκάλες προς τον Ουρανό
Τα περισσότερα από τα ζητήματα που αφορούν την κατανόηση και την παρερμηνεία του ήχου σχετίζονται με τον τρόπο με τον οποίο οι εκπαιδευτικοί πόροι και οι εταιρείες επιχειρούν να εξηγήσουν τα οφέλη χρησιμοποιώντας οπτικές ενδείξεις. Έχετε δει πιθανώς όλοι οι ήχοι που αντιπροσωπεύονται ως μια σειρά από βήματα σκαλοπατιών για γραμμές βάθους και ορθογώνιας εμφάνισης για το ρυθμό δειγματοληψίας. Αυτό σίγουρα δεν φαίνεται πολύ καλό όταν το συγκρίνετε με μια ομαλή κυματομορφή που αναζητά ομαλή εμφάνιση, οπότε είναι εύκολο να βγείτε από τις πιο λεπτές "στρογγυλές" σκάλες για να απεικονίσετε μια ακριβέστερη κυματομορφή εξόδου.
Παρόλο που θα μπορούσε να είναι εύκολη η πώληση στο κοινό, αυτή η κοινή αναλογία ακρίβειας "κλιμακοστασίου" είναι μια τεράστια κακή κατεύθυνση και δεν καταλαβαίνει πώς λειτουργεί ο ψηφιακός ήχος. Αγνόησέ το.
Ωστόσο, αυτή η οπτική αναπαράσταση υποδηλώνει εσφαλμένα τον τρόπο λειτουργίας του ήχου. Παρόλο που μπορεί να φαίνεται ακατάστατο, μαθηματικά τα δεδομένα κάτω από τη συχνότητα Nyquist, δηλαδή το μισό του ρυθμού δειγματοληψίας, έχουν συλληφθεί τέλεια και μπορούν να αναπαραχθούν τέλεια. Φανταστείτε αυτό, ακόμα και στη συχνότητα Nyquist, που μπορεί συχνά να εκπροσωπείται ως τετραγωνικό κύμα και όχι ως ομαλό ημιτονοειδές κύμα, έχουμε ακριβή δεδομένα για το εύρος σε συγκεκριμένο χρονικό σημείο, το οποίο είναι το μόνο που χρειαζόμαστε. Εμείς οι άνθρωποι συχνά εσφαλμένα εξετάζουμε το χώρο μεταξύ των δειγμάτων, αλλά ένα ψηφιακό σύστημα δεν λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο.
Το βάθος bit συχνά συνδέεται με την ακρίβεια, αλλά πραγματικά ορίζει την απόδοση του θορύβου των συστημάτων. Με άλλα λόγια, το μικρότερο ανιχνεύσιμο ή αναπαραγώγιμο σήμα.
Όταν πρόκειται για αναπαραγωγή, αυτό μπορεί να γίνει λίγο πιο δύσκολο, λόγω της εύκολης κατανόησης της έννοιας των DAC "μηδενικής παραγγελίας", οι οποίοι απλά θα μεταβούν μεταξύ των τιμών σε ένα καθορισμένο ρυθμό δειγματοληψίας, παράγοντας ένα βαθμιδωτό αποτέλεσμα. Αυτό δεν είναι στην πραγματικότητα μια δίκαιη αναπαράσταση του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν οι ήχοι DAC, αλλά ενώ είμαστε εδώ μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το παράδειγμα για να αποδείξουμε ότι δεν πρέπει να ανησυχείτε για αυτές τις σκάλες ούτως ή άλλως.
Ένα σημαντικό γεγονός είναι ότι όλες οι κυματομορφές μπορούν να εκφραστούν ως το άθροισμα των πολλαπλών ημιτονοειδών κυμάτων, μιας βασικής συχνότητας και των επιπρόσθετων συνιστωσών σε αρμονικά πολλαπλάσια. Ένα κύμα τριγώνου (ή ένα βήμα σκαλοπατιού) αποτελείται από περίεργες αρμονικές σε μειούμενα πλάτη. Έτσι, αν έχουμε πολλά πολύ μικρά βήματα που συμβαίνουν στο ρυθμό δειγματοληψίας μας, μπορούμε να πούμε ότι υπάρχει κάποιο πρόσθετο αρμονικό περιεχόμενο που προστέθηκε, αλλά συμβαίνει σε διπλάσια ακουστική μας συχνότητα (Nyquist) και πιθανώς μερικές αρμονικές πέρα από αυτό, έτσι κερδίσαμε δεν θα μπορέσει να τα ακούσει ούτως ή άλλως. Επιπλέον, αυτό θα ήταν αρκετά απλό να φιλτράρετε χρησιμοποιώντας μερικά εξαρτήματα.
Αν διαχωρίσουμε τα δείγματα DAC, μπορούμε εύκολα να δούμε ότι το επιθυμητό σήμα μας αντιπροσωπεύεται τέλεια μαζί με μια επιπλέον κυματομορφή με το ρυθμό δειγματοληψίας DAC.
Εάν αυτό είναι αλήθεια, θα πρέπει να είμαστε σε θέση να παρατηρήσουμε αυτό με ένα γρήγορο πείραμα. Ας πάρουμε μια έξοδο κατ 'ευθείαν από μια βασική DAC κρατήστε μηδενική τάξη και τροφοδοτήστε το σήμα μέσω ενός πολύ απλού 2nd για χαμηλό φίλτρο παραγγελιών ρυθμίστε το μισό ρυθμό δειγματοληψίας Έχω χρησιμοποιήσει μόνο ένα σήμα 6-bit εδώ, ακριβώς έτσι ώστε να μπορούμε πραγματικά να δούμε την έξοδο σε έναν παλμογράφο. Ένα αρχείο ήχου 16 bit ή 24 bit θα είχε πολύ λιγότερο θόρυβο στο σήμα τόσο πριν όσο και μετά το φιλτράρισμα.
Ένα μάλλον ακατέργαστο παράδειγμα, αλλά αυτό αποδεικνύει το σημείο ότι τα ηχητικά δεδομένα είναι τέλεια αναδημιουργημένα μέσα σε αυτό το βρώμικο σκάλες.
Και μάλιστα με τη μαγεία, η σκαλοπάτι που κατέβηκε σχεδόν εξαντλείται και η έξοδος "εξομαλύνεται", χρησιμοποιώντας ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης που δεν παρεμβαίνει στην παραγωγή ημιτονοειδούς κύματος. Στην πραγματικότητα, το μόνο που έχουμε κάνει φιλτράρει τμήματα του σήματος που δεν θα είχατε ακούσει ούτως ή άλλως. Αυτό δεν είναι ένα κακό αποτέλεσμα για επιπλέον τέσσερα εξαρτήματα που είναι βασικά δωρεάν (δύο πυκνωτές και δύο αντιστάσεις κοστίζουν λιγότερο από 5 πένες), αλλά υπάρχουν στην πραγματικότητα πιο εξελιγμένες τεχνικές που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να μειώσουμε ακόμη περισσότερο αυτόν τον θόρυβο. Καλύτερα όμως, αυτά συμπεριλαμβάνονται ως πρότυπο στα περισσότερα DAC καλής ποιότητας.
Αντιμετωπίζοντας ένα πιο ρεαλιστικό παράδειγμα, οποιοσδήποτε DAC για χρήση με ήχο θα διαθέτει επίσης ένα φίλτρο παρεμβολής, επίσης γνωστό ως up-δειγματοληψία. Η παρεμβολή είναι απλά ένας τρόπος υπολογισμού των ενδιάμεσων σημείων μεταξύ δύο δειγμάτων, οπότε το DAC σας κάνει πραγματικά αυτή τη "εξομάλυνση" από μόνο του και πολύ περισσότερο από το διπλασιασμό ή το τετραπλάσιο του δείγματος. Καλύτερα όμως, δεν απαιτεί πρόσθετο χώρο αρχείων.
Τα φίλτρα παρεμβολής που βρίσκονται συνήθως σε οποιοδήποτε DAC που αξίζει το άλας της είναι μια πολύ καλύτερη λύση από τη μεταφορά αρχείων με υψηλότερα ποσοστά δειγματοληψίας.
Οι μέθοδοι για να γίνει αυτό μπορεί να είναι πολύ περίπλοκες, αλλά ουσιαστικά το DAC αλλάζει την τιμή εξόδου πολύ πιο συχνά από ό, τι η συχνότητα δειγματοληψίας του αρχείου ήχου σας θα έλεγε. Αυτό ωθεί τις ασύρματες αρμονικές βημάτων της σκάλας μακριά από τη συχνότητα δειγματοληψίας, επιτρέποντας τη χρήση πιο αργών, πιο εύκολα επιτεύξιμων φίλτρων που έχουν λιγότερη κυμάτωση, διατηρώντας έτσι τα κομμάτια που πραγματικά θέλουμε να ακούσουμε.
Εάν είστε περίεργοι για το λόγο που θέλουμε να αφαιρέσουμε αυτό το περιεχόμενο που δεν μπορούμε να ακούσουμε, ο απλός λόγος είναι ότι η αναπαραγωγή αυτών των επιπλέον δεδομένων κάτω από την αλυσίδα σήματος, λένε σε έναν ενισχυτή, θα σπαταλάει ενέργεια. Επιπλέον, ανάλογα με άλλα στοιχεία του συστήματος, αυτό το "υπερηχητικό" περιεχόμενο υψηλότερης συχνότητας μπορεί στην πραγματικότητα να οδηγήσει σε υψηλότερες ποσότητες διατροπικής διαμόρφωσης σε συστατικά μέρη περιορισμένου εύρους ζώνης. Ως εκ τούτου, το αρχείο σας 192 kHz θα προκαλούσε πιθανώς περισσότερη ζημιά από το καλό, αν υπήρχε στην πραγματικότητα οποιοδήποτε περιεχόμενο υπερηχητικού περιεχομένου μέσα σε αυτά τα αρχεία.
Αν χρειάζονταν περισσότερη απόδειξη, θα δείξω μια έξοδο από ένα DAC υψηλής ποιότητας χρησιμοποιώντας το Circus Logic CS4272 (που απεικονίζεται στην κορυφή). Το CS4272 διαθέτει μια ενότητα παρεμβολής και ένα απότομο ενσωματωμένο φίλτρο εξόδου. Το μόνο που κάνουμε για αυτή τη δοκιμή είναι να χρησιμοποιήσουμε έναν μικροελεγκτή για να τροφοδοτήσουμε τα DAC δύο 16-bit υψηλών και χαμηλών δειγμάτων στα 48kHz, δίνοντάς μας τη μέγιστη δυνατή κυματομορφή εξόδου σε 24kHz. Δεν υπάρχουν άλλα στοιχεία φιλτραρίσματος που χρησιμοποιούνται, αυτή η έξοδος προέρχεται κατευθείαν από το DAC.
Το σήμα εξόδου 24kHz (κορυφή) από αυτό το εξάρτημα DAC στούντιο ποιότητας σίγουρα δεν μοιάζει με την ορθογώνια κυματομορφή που συνδέεται με το συνηθισμένο υλικό μάρκετινγκ. Ο ρυθμός δειγματοληψίας (Fs) εμφανίζεται στο κάτω μέρος του παλμογράφου.
Σημειώστε πως το ημιτονοειδές κύμα εξόδου (κορυφή) είναι ακριβώς το ήμισυ της ταχύτητας του ρολογιού συχνότητας (κάτω). Δεν υπάρχουν αξιοσημείωτα βήματα σκαλοπατιών και αυτή η κυματομορφή πολύ υψηλής συχνότητας μοιάζει σχεδόν σαν ένα τέλειο ημιτονοειδές κύμα, όχι ένα τετράγωνο κύμα που μοιάζει με μπλοκ, το οποίο θα έδειχνε το υλικό μάρκετινγκ ή ακόμα και μια περιστασιακή ματιά στα δεδομένα εξόδου. Αυτό δείχνει ότι ακόμη και με μόνο δύο δείγματα, η θεωρία Nyquist λειτουργεί τέλεια στην πράξη και μπορούμε να αναδημιουργήσουμε ένα καθαρό ημιτονοειδές κύμα, χωρίς άλλο αρμονικό περιεχόμενο, χωρίς ένα τεράστιο bit depth ή δείγμα.
Η αλήθεια για τα 32-bit και 192 kHz
Όπως συμβαίνει με τα περισσότερα πράγματα, υπάρχει κάποια αλήθεια που κρύβεται πίσω από όλες τις φρασεολογίες και ο ήχος 32-bit, 192 kHz είναι κάτι που έχει πρακτική χρήση, απλά όχι στην παλάμη του χεριού σας. Αυτές οι ψηφιακές ιδιότητες έρχονται πραγματικά χρήσιμες όταν βρίσκεστε σε περιβάλλον στούντιο, εξ ου και οι ισχυρισμοί ότι φέρνετε "ποιότητα ήχου στούντιο σε κινητό", αλλά αυτοί οι κανόνες απλά δεν ισχύουν όταν θέλετε να βάλετε την τελική διαδρομή στην τσέπη σας.
Αρχικά, ας αρχίσουμε με το ρυθμό δειγματοληψίας. Ένα από τα πολλά πλεονεκτήματα του ήχου υψηλότερης ανάλυσης είναι η διατήρηση υπερηχητικών δεδομένων που δεν μπορείτε να ακούσετε αλλά να επηρεάσουν τη μουσική. Σκουπίδια, τα περισσότερα όργανα πέφτουν πολύ πριν τα όρια συχνοτήτων της ακοής μας, το μικρόφωνο χρησιμοποιείται για να συλλάβει ένα κύμα χώρου γύρω στα 20kHz και τα ακουστικά που χρησιμοποιείτε σίγουρα δεν θα επεκταθούν τόσο πολύ. Ακόμα κι αν μπορούσαν, τα αυτιά σας απλά δεν μπορούν να τα ανιχνεύσουν.
Τυπικές κορυφές ευαισθησίας του ανθρώπου σε 3kHz και αρχίζει γρήγορα να κυλήσει μετά από 16kHz.
Ωστόσο, η δειγματοληψία 192 kHz είναι αρκετά χρήσιμη για τη μείωση του θορύβου (αυτή η λέξη-κλειδί για άλλη μια φορά) κατά τη δειγματοληψία δεδομένων, επιτρέπει την απλούστερη κατασκευή βασικών φίλτρων εισόδου και είναι επίσης σημαντική για την ψηφιακή επίδραση υψηλής ταχύτητας. Η υπερδειγματοληψία πάνω από το ακουστικό φάσμα μας επιτρέπει να υπολογίσουμε μέση το σήμα για να σπρώξουμε το πάτωμα του θορύβου. Θα διαπιστώσετε ότι οι περισσότερες καλές συσκευές ADC (αναλογικοί / ψηφιακοί μετατροπείς) αυτές τις μέρες έρχονται με ενσωματωμένη 64-bit υπερδειγματοληψία ή περισσότερο.
Κάθε ADC πρέπει επίσης να αφαιρέσει τις συχνότητες πάνω από το όριο του Nyquist ή θα καταλήξετε με φρικτή ηχητική ψευδαίσθηση καθώς οι υψηλότερες συχνότητες «διπλώνονται» στο ακουστικό φάσμα. Η ύπαρξη μεγαλύτερου χάσματος μεταξύ της συχνότητας των 20 kHz φίλτρων και του μέγιστου ρυθμού δειγματοληψίας είναι περισσότερο προσαρμοσμένη στα φίλτρα πραγματικού κόσμου τα οποία απλά δεν μπορούν να είναι τόσο απότομες και σταθερές όσο απαιτούνται τα θεωρητικά φίλτρα. Το ίδιο ισχύει και στο τέλος του DAC, αλλά όπως συζητήσαμε, η διατροπική διέγερση μπορεί πολύ αποτελεσματικά να ωθήσει αυτόν τον θόρυβο σε υψηλότερες συχνότητες για ευκολότερο φιλτράρισμα.
Όσο πιο απότομη είναι το φίλτρο, τόσο μεγαλύτερη είναι η κυμάτωση στη ζώνη διέλευσης. Η αύξηση του ποσοστού δειγματοληψίας επιτρέπει τη χρήση φίλτρων "αργότερων", πράγμα που βοηθά στη διατήρηση μιας επίπεδης απόκρισης συχνότητας στην ακουστική ζώνη διέλευσης.
Στον ψηφιακό τομέα, παρόμοιοι κανόνες ισχύουν για τα φίλτρα που χρησιμοποιούνται συχνά στη διαδικασία ανάμειξης στούντιο. Οι υψηλότεροι ρυθμοί δειγματοληψίας επιτρέπουν τη δημιουργία πιο απότομων φίλτρων με ταχύτερη λειτουργία, τα οποία απαιτούν πρόσθετα δεδομένα για να λειτουργούν σωστά. Καμία από αυτές δεν απαιτείται όταν πρόκειται για αναπαραγωγή και DAC, καθώς είμαστε μόνο ενδιαφέροντες σε αυτό που πραγματικά ακούτε.
Προχωρώντας σε 32-bit, όποιος έχει προσπαθήσει ποτέ να κωδικοποιήσει κάποια απομακρυσμένα σύνθετα μαθηματικά, θα καταλάβει τη σημασία του βάθους των δυαδικών ψηφίων, τόσο με ακέραια όσο και με κυμαινόμενα δεδομένα. Όπως έχουμε συζητήσει, τόσο περισσότερα κομμάτια το λιγότερο θόρυβο και αυτό γίνεται πιο σημαντικό όταν ξεκινάμε τη διαίρεση ή την αφαίρεση σημάτων στον ψηφιακό τομέα εξαιτίας σφαλμάτων στρογγυλοποίησης και αποφυγής σφαλμάτων αποκοπής κατά τον πολλαπλασιασμό ή την προσθήκη.
Το πρόσθετο βάθος δυαδικών ψηφίων είναι σημαντικό για τη διατήρηση της ακεραιότητας ενός σήματος κατά την εκτέλεση μαθηματικών λειτουργιών, όπως στο λογισμικό ήχου στο στούντιο. Αλλά μπορούμε να απορρίψουμε αυτά τα επιπλέον δεδομένα μόλις τελειώσει το mastering.
Ακολουθεί ένα παράδειγμα, λέμε ότι παίρνουμε ένα δείγμα 4-bit και το τρέχον μας δείγμα είναι 13, το οποίο είναι 1101 σε δυαδικό. Τώρα επιχειρήστε να το διαιρέσετε με τέσσερα και μέναμε με 0011 ή απλώς 3. Έχουμε χάσει τα επιπλέον 0,25 και αυτό θα αντιπροσωπεύει ένα σφάλμα εάν προσπαθήσαμε να κάνουμε επιπλέον μαθηματικά ή να μετατρέψουμε το σήμα μας σε αναλογική μορφή κύματος.
Αυτά τα σφάλματα στρογγυλοποίησης εκδηλώνονται ως πολύ μικρές ποσότητες παραμόρφωσης ή θορύβου, οι οποίες μπορούν να συσσωρευτούν σε μεγάλο αριθμό μαθηματικών λειτουργιών. Ωστόσο, εάν επεκτείνουμε αυτό το δείγμα τεσσάρων δυαδικών ψηφίων με πρόσθετα κομμάτια πληροφοριών για να το χρησιμοποιήσουμε ως φατρία ή υποδιαστολή τότε μπορούμε να συνεχίσουμε να διαιρούμε, να προσθέτουμε και να πολλαπλασιάζουμε για πολύ περισσότερο χάρη στα επιπλέον σημεία δεδομένων. Έτσι στον πραγματικό κόσμο, η δειγματοληψία σε 16 ή 24 bit και στη συνέχεια η μετατροπή αυτών των δεδομένων σε μια μορφή 32-bit για επεξεργασία ξανά βοηθάει στην εξοικονόμηση θορύβου και παραμόρφωσης. Όπως έχουμε ήδη δηλώσει, 32-bit είναι ένα πάρα πολλά σημεία ακρίβειας.
Τώρα, είναι εξίσου σημαντικό να αναγνωρίσουμε ότι δεν χρειαζόμαστε αυτό το επιπλέον ύψος όταν επιστρέφουμε στον αναλογικό τομέα. Όπως έχουμε ήδη συζητήσει, γύρω στα 20-bit δεδομένα (-120dB θορύβου) το απόλυτο μέγιστο που μπορεί να ανιχνεύσει, ώστε να μπορέσουμε να μετατρέψουμε πίσω σε ένα πιο λογικό μέγεθος αρχείου χωρίς να επηρεάσουμε την ποιότητα του ήχου, παρά το γεγονός ότι είναι "audiophiles" πιθανώς να θρηνεί αυτά τα χαμένα δεδομένα.
Ωστόσο, αναπόφευκτα θα εισαγάγουμε κάποια σφάλματα στρογγυλοποίησης όταν μεταβαίνουμε σε ένα χαμηλότερο βάθος bit έτσι ώστε πάντα θα υπάρχει κάποια πολύ μικρή ποσότητα επιπλέον παραμόρφωσης, καθώς αυτά τα σφάλματα δεν συμβαίνουν πάντα τυχαία. Παρόλο που αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα με τον ήχο 24 bit, καθώς ήδη εκτείνεται πολύ πέρα από το αναλογικό θόρυβο, μια τεχνική που ονομάζεται "dithering" επιλύει προσεκτικά αυτό το πρόβλημα για αρχεία 16 bit.
Ένα παράδειγμα σύγκρισης της παραμόρφωσης που εισάγεται από την περικοπή και την αποσύνθεση.
Αυτό γίνεται τυχαιοποιώντας το λιγότερο σημαντικό κομμάτι του ηχητικού δείγματος, εξαλείφοντας τα σφάλματα παραμόρφωσης αλλά εισάγοντας κάποιο πολύ ήσυχο τυχαίο θόρυβο υποβάθρου που κατανέμεται μεταξύ των συχνοτήτων. Παρόλο που η εισαγωγή θορύβου μπορεί να δει αντιληπτό, αυτό μειώνει την ποσότητα της ακουστικής παραμόρφωσης εξαιτίας της τυχαιότητας. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας ειδικά σχέδια θορύβου σε σχήμα θορύβου που καταχρώνται την απόκριση συχνότητας του ανθρώπινου αυτιού, ο ακουστικός ήχος 16-bit μπορεί να διατηρήσει πραγματικά ένα αντιληπτό πάτωμα θορύβου πολύ κοντά στα 120dB, ακριβώς στα όρια της αντίληψής μας.
Τα δεδομένα 32 bit και τα ποσοστά δειγματοληψίας 192 kHz έχουν αξιοσημείωτα οφέλη στο στούντιο, αλλά οι ίδιοι κανόνες δεν ισχύουν για αναπαραγωγή.
Με απλά λόγια, αφήστε τα στούντιο να φράξουν τους σκληρούς δίσκους τους με αυτό το περιεχόμενο υψηλής ανάλυσης, απλά δεν χρειαζόμαστε όλα αυτά τα περιττά δεδομένα όταν πρόκειται για αναπαραγωγή υψηλής ποιότητας.
Τύλιξε
Αν είστε ακόμα μαζί μου, μην ερμηνεύετε αυτό το άρθρο ως μια πλήρη απόλυση των προσπαθειών για τη βελτίωση των ακουστικών στοιχείων του smartphone. Παρόλο που ο αριθμός τηλεφώνου μπορεί να είναι άχρηστος, τα εξαρτήματα υψηλότερης ποιότητας και ο καλύτερος σχεδιασμός κυκλωμάτων εξακολουθούν να αποτελούν εξαιρετική εξέλιξη στην αγορά κινητής τηλεφωνίας, πρέπει απλώς να διασφαλίσουμε ότι οι κατασκευαστές θα εστιάσουν την προσοχή τους στα σωστά πράγματα. Το DAC 32-bit στο LG V10, για παράδειγμα, ακούγεται καταπληκτικό, αλλά δεν χρειάζεται να ενοχλείτε με τεράστια μεγέθη αρχείων ήχου για να το εκμεταλλευτείτε.
Η δυνατότητα να οδηγείτε ακουστικά χαμηλής σύνθετης αντίστασης, να διατηρείτε ένα δάπεδο χαμηλού θορύβου από τη μονάδα DAC στην υποδοχή και να προσφέρετε ελάχιστη παραμόρφωση είναι πολύ πιο σημαντικά χαρακτηριστικά για τον ήχο smartphone από το θεωρητικά υποστηριζόμενο βάθος bit ή ρυθμό δειγματοληψίας και ελπίζουμε ότι θα είναι σε θέση να εμβαθύνουμε σε αυτά τα σημεία με περισσότερες λεπτομέρειες στο μέλλον.
