Bemonsteringssnelheid en bitdiepte


Free Download Mp4Gain
picture



We now offer a subscription for just 10 cents a day*

You will always enjoy the full version of Mp4Gain with all its features and benefits.

For just 10 cents a day*

*Unlimited FULL version of Mp4Gain, billed $US12.50 Quarterly (+ $5 USD one time subscription payment JUST in the first payment).

All other payments will be just $3.12 per month, billed quaterly.

That's only 10 cents per day!

CLICK TO PURCHASE



THIS PRICE ONLY LASTS FOR A FEW DAYS




De vergelijking met de digitale camera of filmcamera is niet geheel willekeurig: de bemonsteringsfrequentie van de audiosignalen, dat wil zeggen de frequentie van de samples per tijdseenheid (meestal gegeven per seconde), is vergelijkbaar met de framesnelheid per seconde van een filmcamera. Het aantal pixels in elk afzonderlijk beeld zou kunnen worden gelijkgesteld aan de bitdiepte: HD-films “zien er beter uit” dan Super 8-films. Hoe hoger het aantal pixels op de sensor en hoe vaker een foto wordt gemaakt, meer precies, het “op te nemen licht”, het landschap, kan digitaal worden gereproduceerd.

Bit Depth

Bit diepte

Gelukkig voor ons inspireerde een zekere Harry Nyquist een zekere Claude Shannon lang geleden om hem te steunen met een stelling (een theoretische verklaring of stelling) die stelde dat een audiosignaal met tweemaal de frequentie uniform moet worden gesampled om overeen te stemmen. met het originele signaal. om voldoende te kunnen herbouwen. Het beperken van de bandbreedte van hoorbare frequenties bevrijdt ons praktisch van ons gehoor, dat eigenlijk alleen in staat is om bewust frequenties tussen maximaal 20 Hz en 20.000 Hz waar te nemen.

Sample rate

De kosten van het volledig en exact reconstrueren van het analoge uitgangssignaal zijn theoretisch oneindig, aangezien digitale signalen in ieder geval van nature discontinu zijn, terwijl analoge signalen altijd continu zijn. Helaas is het onvermijdelijk dat digitale informatie alleen geschikt is voor ruwe opslag van analoge signalen. Het startsignaal is “ruw”, goed woord, toch? De stelling van Nyquist is ook van toepassing op digitale camera’s: ze hebben ook te maken met frequenties, dat wil zeggen die van licht.

digitaal geluid

Voor signalen tot 20 kHz die meer of minder relevant zijn voor de mens, volstaat een bemonsteringsfrequentie van 40 kHz volgens de eerder genoemde stelling. De bemonsteringsfrequentie van 44,1 kHz die gebruikelijk is voor cd-kwaliteit is afkomstig uit de jaren 70 of het PCM-proces (pulse code modulation) van Sony voor het opslaan van digitale signalen op videobanden. Later ontwikkelde Sony samen met Philips de Red Book-standaard voor audio-cd’s.

De frequentie, die nog eens 4000 Hz iets breder is dan het dubbele van de voor mensen hoorbare frequentie, vindt zijn oorsprong in de eenvoudigst mogelijke filters, die bedoeld zijn om zogenaamde aliasing-effecten uit het hoorbare bereik van het gereconstrueerde analoge signaal te verwijderen. tijdens de digitalisering: hoe breder deze “corridor”, hoe eenvoudiger de filtertechnologie.

PCM-pulscodemodulatiemethode

Precies 44,1 kHz kwam hieruit voort, omdat samplefrequentieomzetters gemakkelijker kunnen worden ontworpen (gebruikt voor studiotechnologie of datadragersoverdracht) als de samplefrequentie een geheel veelvoud is van de uitgangsfrequentie. De uitgangsfrequentie hier was de 60 Hz netwerkfrequentie die wordt gebruikt voor videodigitalisatie met 525 lijnen om het tv-signaal te digitaliseren. Het veranderen van 60 Hz zou erg omslachtig zijn geweest, het bleef hangen. Het is geen toeval dat het vermenigvuldigen van 525 met een geheel getal factor resulteert in een frequentie groter dan 44.000 Hz, wat we willen bereiken om de filters voor anti-aliasing simpel te houden: het op één na grootste gehele getal dat deelbaar is door 525 is 44.100. De vermenigvuldigingsfactor is 84, aangezien een geheel getal gewenst is, wat ons anders niet zou moeten interesseren.


Free Download Mp4Gain
picture

Maar welke rol speelt de bitsnelheid?

Deze term is vooral bekend voor het beschrijven van de kwaliteit van gecomprimeerde audio met verlies (bijv. Mp3). Helaas maakt dit het zelfs nog moeilijker dan bij kanaalgescheiden compressie, de bitsnelheid is verdeeld over de twee kanalen: stereo MP3 (niet te verwarren met tweekanaals) met een bitsnelheid van 320 kBit / sec. gebruikt slechts 160 kBit / sec per kanaal.

Bit Rate

Of verschillende bitsnelheden per kanaal: stel stereo in (monosignaal berekend met extra stereo-informatie), aan de andere kant werkt het met volumeverschillen tussen de twee kanalen en kan daardoor de bitsnelheid veel efficiënter gebruiken .

Bitrate

DAC, bitsnelheid

Wat is precies de duidelijk zo essentiële bitsnelheid? Voor een cd die is gebaseerd op de Red Book-standaard, wordt de bitsnelheid als volgt berekend: 2 kanalen * 44.100 Hz samplefrequentie * 16 bitdiepte per sample resulteert in 1.411.200 bits / sec., Dat wil zeggen, 1,4112 Mbit / sec. Bitsnelheid. Dit is duidelijk aanzienlijk meer dan wat gecomprimeerde formaten (zouden moeten) bieden. Je kunt zien hoe de compressieprocessen werken: last but not least verkleinen ze min of meer slim de bitdiepte per sample bij een gegeven samplefrequentie van bijvoorbeeld 44,1 kHz. De hoeveelheid data neemt af, en dat is precies het doel van elke datacompressie: halveren van de bitsnelheid betekent exact halveren van de hoeveelheid data.

Als voorbeeld heb ik enkele veelgebruikte bestandsindelingen voor digitale audio vergeleken:

Formaat

Codec (s)

Meerkanaals

Bemonsteringssnelheid

Bitdiepte of resulterende bitdiepte van bitsnelheid

Compressie
/
onderhevig aan akoestische verliezen

Wav

PCM et al.

Ja

ieder

ieder

Optioneel, afhankelijk van de codec, ook lossless

AIFF

PCM et al.

Niet

ieder

ieder

Niet

FLAC

FLAC (gratis verliesloze audiocodec)

Ja

0,001 kHz-655,350 kHz

4, 8, 16, 20, 24, 32

zonder verliezen

Apple verliest
minder
MP4

ALAC (Apple Lossless Audio Codec)

Ja

0,001 kHz – 384.000 kHz

16, 20, 24, 32

zonder verliezen

Mp3

MPEG I Layer 3 in verschillende incarnaties
als B. LAME

Niet

8-48 kHz

8-320 kBit / sec. CBR / VBR of 640 CBR voor gratis mp3-formaat

met verplicht verlies

De meeste lezers zullen weten dat compressie met verlies vaak gebaseerd is op psycho-akoestische modellen of natuurlijke beperkingen van het menselijk gehoor: wat mensen niet kunnen (moeten) horen, wordt niet opgeslagen in het muzikale signaal en gaat onherroepelijk verloren, blijkbaar niet. je hebt het nodig. Het meest populaire voorbeeld hiervan is het reeds genoemde oude mp3-formaat. Voor sommige audiofielen is compressie met verlies per definitie nutteloos om serieus naar muziek te luisteren, ongeacht of ze het verlies aan compressie opmerken of niet. Voor anderen is het geluid 320 kBit / sec. MP3 gecodeerd voor popmuziek is identiek aan cd’s, ze zijn tevreden.

DAC-bitsnelheid

Lossless-compressie daarentegen is steeds populairder geworden sinds de internetbandbreedtes en opslagcapaciteiten gestaag zijn toegenomen. Een voorbeeld is het FLAC-formaat, dat gelukkig ook ‘open source’ is, wat betekent dat het vrij te gebruiken is en zelfs programmeerbaar is. Ondertussen is het meestal rechtstreeks compatibel met gepatenteerde audiohardware, zodat FLAC-bestanden kunnen worden afgespeeld zonder de hulp van een computer en in sommige gevallen zelfs kunnen worden gemaakt (geripte cd’s). Zoals de bovenstaande tabel laat zien, ondersteunt FLAC zeer hoge samplefrequenties en bitdieptes, evenals meerkanaals geluid.

Met FLAC wordt het audiosignaal gecodeerd op basis van berekenbare algoritmen met een vast punt die rekenkracht besparen, waarbij blokken stap voor stap worden gevormd en stereoscheiding wordt omgezet in scheiding aan de middenzijde en uitgevoerd de hermodellering van het signaal met differentiële opslag. Er gaat geen informatie verloren, deze wordt efficiënter opgeslagen dan bijvoorbeeld op een cd; Afhankelijk van de complexiteit van het audiosignaal kunnen compressiesnelheden tot 30% worden bereikt.

FLAC

Het moet nogmaals duidelijk zijn dat FLAC of MP3 bestandsformaten zijn en daarom niet direct te vergelijken zijn met de PCM van de Red Book-codering van een CD of DSD (zie volgende sectie). Laten we het daar bij houden wat betreft datacompressie.

Welk formaat is geschikt voor mijn muziek? 

Tegenwoordig wordt de meeste muziek digitaal beluisterd. Of luister direct naar uw favoriete nummers via verschillende streamingdiensten of de bestanden worden naar uw eigen mobiele telefoon of laptop gesleept. Met name in het tweede geval komt het vaak voor dat er verschillende muziekformaten worden gebruikt met elk hun eigen voor- en nadelen.

Music format

Omdat alle muziek en geluiden in veel verschillende formaten op apparaten kunnen worden opgeslagen. Strikt genomen zijn dit audioformaten die verschillende geluidskwaliteit bieden en verschillende hoeveelheden opslagruimte innemen. Daarom vindt u hieronder welk audioformaat moet worden gebruikt en wanneer.

Music File Formats

MP3 is bekend

Iedereen die iets met digitale muziek te maken heeft, kent het mp3-formaat. Zelfs de MP-3-speler draagt ​​de naam van dit formaat in zijn tijd. Het is niet verrassend dat MP3 het populairste muziekformaat ter wereld is. Het is een verlieslatend formaat dat geluiden verwijdert die als het ware onhoorbaar zijn voor mensen, om de rest van het bestand te verkleinen. Dit betekent dat je als gewone sterveling geen verschil in kwaliteit hoort, maar het bestand is wel 90 procent kleiner geworden.

WAV is een eigen Windows-indeling

WAV is een Windows-containerformaat dat muziek ongecomprimeerd opslaat. Integendeel, dit betekent dat er veel opslagruimte nodig is om alle liedjes, hoorspelen etc. op te slaan. op uw apparaten. Daarom wordt dit formaat niet aanbevolen voor grote muziekcollecties.

Maar u kunt een speciaal programma gebruiken om uw WAV-bestanden in enkele minuten naar MP3 te converteren en ze dus probleemloos op al uw apparaten op te slaan en af ​​te spelen. De software is gratis en kan zonder enige voorkennis worden gebruikt; kijk hier.

ALAC is het muziekformaat van Apple

Dit formaat kan ook worden opgeslagen als “.m4a” of “.m4p” en is het overheersende muziekformaat in de iTunes Store. Met het ALAC-formaat is compressie verliesloos, waardoor het uiteindelijke bestand een zeer hoge audiokwaliteit heeft, maar het vereist ook relatief veel opslagruimte. Bovendien hebben bestanden die eindigen op “.m4p” enkele kopieerbeveiligingsmaatregelen, daarom wordt dit formaat vaak gebruikt voor commerciële doeleinden.

Gratis formaten zoals FLAC of Ogg-Vorbis

Ogg-Vorbis is een alternatief audioformaat, dat een combinatie is van de huidige “Vorbis” -muziekcompressietechnologie en de “.ogg” -container. Het voordeel van dit formaat is onder meer dat er minder opslagruimte wordt gebruikt dan bij mp3-bestanden en tegelijkertijd is de kwaliteit meestal nog beter. Het grote probleem is echter dat het formaat erg weinig bekend is en dat daarom maar een paar apparaten dit formaat kunnen reproduceren.

Met FLAC ligt het voordeel ergens anders. Geen enkel groot bedrijf heeft de discussies hier op de achtergrond. Daarom is er geen kopieerbeveiliging voor bestanden. Verder biedt het formaat vergelijkbare kwaliteit en neemt het ook weinig opslagruimte in beslag. Maar zelfs met dit formaat kunnen compatibiliteitsproblemen met veel apparaten snel optreden.

MP3 biedt het beste totaalbeeld

Het mag duidelijk zijn dat MP3 al jaren het beste audioformaat is om te gebruiken en dat nog steeds is. Zeker bij privégebruik zijn de voordelen enorm en kan geen ander formaat daaraan tippen. Hiervoor nog een overzicht van de belangrijkste aspecten van het mp3-formaat:

  • Hoge kwaliteit
  • Laag verbruik van opslagruimte.
  • Compatibel met vrijwel elk apparaat
  • Hoog bewustzijnsniveau

De samplefrequentie: op zoek naar het beste geluid

Als het om digitale muziek en geluidseffecten gaat, speelt de samplefrequentie een belangrijke rol. Dit geldt zowel voor cd’s als voor bestandsformaten zoals mp3- en netwerkspelers. De opgegeven waarden voor de hoogte of frequentie van de verwijderingssnelheid verschillen significant van elkaar. Een belangrijke referentiewaarde is 44,1 kHz. We leggen uit waarom dit zo is.

Sample rate

Waar gaat de bemonsteringsfrequentie over

Om een ​​gitaarstem of riff op een cd of harde schijf op te slaan, moet het geluid worden gedigitaliseerd. Om dit te doen, worden monsters van het analoge signaal genomen met constante tijdsintervallen (discrete tijd).

Raumfeld connector
Raumfeld connector

Deze worden gebruikt om de opgenomen informatie om te zetten in een code. Als het signaal digitaal is, zoals MP3, kan het ook weer worden geconverteerd naar een analoog signaal, zoals fluctuerende stroomsterkte, om het membraan van een luidspreker te laten klinken. De frequentie van deze samples of samples wordt aangegeven door de samplefrequentie. Over het algemeen geldt dat hoe meer samples er zijn, hoe gedetailleerder het geluid digitaal kan worden weergegeven.

Een cd accepteert signalen die zijn gedigitaliseerd met een bemonsteringsfrequentie van 44.100 Hz of 44,1 kHz. Dat komt overeen met 44.100 samples per seconde. Deze frequentie werd natuurlijk niet door toeval bepaald. Zo’n resolutie houdt rekening met de maximaal hoorbare audiofrequentie van ongeveer 20 kHz en een belangrijke regel voor gegevensverwerking: de stelling van Nyquist-Shannon. Hieruit kan worden afgeleid dat de bemonsteringsfrequentie minimaal tweemaal zo hoog moet zijn als de hoogste frequentie van het te digitaliseren signaal. Dus als de hoogste tonen die we kunnen horen trillen bij 20 kHz, volgens deze stelling, moet de samplefrequentie minstens 40 kHz zijn om alle tonen correct te digitaliseren en te decoderen. Anders kan het gedigitaliseerde signaal alleen verkeerd worden omgezet naar analoog.

44,1 kHz is niet het einde van het verhaal

De ontwikkeling van de bemonsteringsfrequentie stopte niet bij 44,1 kHz. Moderne gegevensdragers en transmissiemethoden maken het nu mogelijk om aanzienlijk grotere hoeveelheden gegevens te verwerken. Lossless formaten zoals FLAC of meerkanaals standaarden met hoge resolutie overtreffen deze waarde vele malen.

Dolby TrueHD ondersteunt bijvoorbeeld zeer hoge samplefrequenties. Zo kunnen aanzienlijk fijnere gedigitaliseerde signalen worden verwerkt. Bovendien kunnen audiomasters betere reconstructie- en anti-aliasingfilters gebruiken.

De samplefrequentie is niet de enige maat – bitdiepte

Terwijl de samplefrequentie de frequentie van de samples beschrijft, geeft de bitdiepte aan hoeveel bits er per sample worden gebruikt. Met andere woorden, de bitdiepte vertelt u hoe nauwkeurig of hoe hoog de resolutie is voor elk afzonderlijk monster. De amplitude of het dynamische bereik van het analoge signaal op het moment van de bemonstering wordt bepaald. Dus het gebied tussen het zwakste en sterkste geluidsdrukniveau. Op een cd is elke sample 16-bit diep, hoewel deze waarde ook wordt overschreden door moderne digitale standaarden. Dolby TrueHD bereikt 24 bits.

De Raumfeld connector laat zien wat digitaal mogelijk is
De raumfeld-connector ondersteunt een bemonsteringsfrequentie van 192 kHz.

▶ Bijna niemand laat bits zo goed klinken als de Raumfeld-stekker. Omdat het indelingen met hoge resolutie afspeelt tot 96 kHz en 24-bits. Een geïntegreerde high-end converter van Cirrus Logic zet digitale data om in analoog. De Raumfeld-connector heeft een krachtige WLAN-module voor draadloze gegevensoverdracht. Dankzij Google Cast kunnen ook multiroom-luidsprekers gemakkelijk via de connector worden bediend. Als u de netwerkspeler via Cinch of Toslink op een conventioneel systeem aansluit, wordt deze in het lokale netwerk geïntegreerd.

Conclusie: sample rate als onderhandelingschip voor digitale geluidsformaten
De bemonsteringssnelheid geeft aan hoe vaak signalen worden bemonsterd van een analoog signaal voor digitalisering.
De stelling van Nyquist-Shannon stelt dat om de digitalisering trouw te laten zijn aan het origineel, de bemonsteringsfrequentie ten minste tweemaal de hoogste analoge frequentie moet zijn.
CD’s ondersteunen samplefrequenties tot 44,1 kHz. Moderne formaten kunnen daarentegen 96 kHz en meer reproduceren.
Bitdiepte geeft aan hoe individuele samples worden opgelost en beïnvloedt het gedigitaliseerde dynamische bereik.
Terwijl cd-samples een resolutie van 16 bits hebben, bereikt Dolby TrueHD bijvoorbeeld 24 bits.