Skrevet af Jacob Nørgaard, Bachelor fra Det Jyske Musikkonservatorium, Berklee Audio Mastering, HOFA Audio Mastering og daglig Studio Manager i The Hideout Studio, Lydstudie i hjertet af Aalborg.
"0" og "1" - Lyd i den digitale tidsalder
Sample Rate -Forstå digital lyd
Oprindeligt ville jeg have lavet et skriv omhandlende kompression i forbindelse med streaming, men det stod mig hurtigt lysende klart, at vi måtte starte et helt andet sted....
Hvad er Sample Rate?
Sample rate
"Prøvefrekvenser"
Prøvefrekvenser.... Ja det var altså lige det bedste ord jeg kunne komme op med, hvis jeg skulle forsøge at oversætte Sample rate til noget som helst brugbart, på dansk....
Men på mange måder giver begrebet super god mening, hvis man (jeg) skal forsøge at være bare en kende pædagogisk, hvilket jeg forøvrigt ikke er kendt for at være, godt at jeg kun underviser børn 2 dage i ugen og ikke på fuld tid i skrivende stund.
Vi bruger begrebet Sample Rate ofte når vi kommunikerer lyd / systemer / processer, Sample Rate er en afgørende faktor når det kommer til at beskrive detaljegraden af en lydkilde / datamængde. Når lyden konverteres fra analog til digital (binær) så måles bølgeformen (Amplitude) og der tages datapunkter. Mange datapunkter = høj detaljegrad.
Grafen, som jeg nådeløst har stjålet fra www.unison.audio, viser egentlig meget godt hvad sample rate er, nemlig prøve mængden af prøvedata, målt / taget over tid. Sample rate beskriver mængden af prøvetagninger over en tidsperiode på 1 sekund, jo flere prøver, jo mere præcis vil en kurve kunne gengive lyden af det oprindelige materiale.
Når den binære kode skal gengives i en Digital til Analog konvertering, så giver skal det analoge signal, altså slutresultatet være en "blød" og "flydende" kurve, de "digitale knæk" / differencen mellem målepunkterne glattes ud i konverteringen fra digital til analog lyd.
En Sample Rate beskriver også, hvor høje toner der kan optages / måles, uden nævneværdig digital støj ( jævnfør Nyquist teorien )
For eksempel, en Sample Rate på 48kHz (48.000 målinger i sekundet), kan gengive en lyd / tone der svinger med 24 kHz= 24.000 Hz, med andre ord kan en måling på X Sample Rate beskrive / gengive X 1/2 tone, uden nævneværdig støj, da alt over X 1/2 teoretisk set fjernes efterfølgende af et High Cut, eller Low Pass filter ( som nogle af uforklarlig grunde ynder og kalde det)
Nyquist teorien kort
Nyqu
Nyquist teorien beskriver at Sample Rate skal være dobbelt den højeste frekvens, som systemet eller optageenheden skal gengive.
Derfor kan materiale optaget i 44.1 kHz ( som CD´er og / eller de fleste MP3´er ) teoretisk gengive toner op til 22.050 Hz troværdigt/ korrekt.
Det er anerkendt at det menneskelige ører kan hører fra 20 - 20 kHz, de fleste voksne kan dog ikke hører helt op til 20 kHz, nok mere realistisk 16-18 kHz... Men hvorfor så optage i mere end 40 kHz?
Her kommer begrebet "anti-aliasing filter", også kaldet "Nyquist filter" ind.
Nyquist filter ( high cut filter ) forhindre frekvenser, som er mere end halvdelen af Sample Rate værdien, i at komme igennem vores A/D konverter ( Analog til digital konverter ). Hvis dette ikke skete, altså at alt lyd blev lukket ind i det digitale domæne, så ville resultatet blive en "Aliasing" tone, hvor at frekvenserne overlapper grundet det digitale tilbagefald, som skyldes begrænsningerne i digitale domæne. Forestil dig, at en tone fortsætter uendeligt op af i frekvenser, men rammer et spejl på en vertikal væg, hvorefter den rammer et spejl i loftet, for derefter at blive kastet tilbage i det hørbare spektrum...... Det er overlappende og kunstige frekvenser, som sker grundet Nyquist faktoren.
Overholder din proces ikke Nyqvist teoriens rettesnor, så skabes der simpelthen syntetisk lyd, som ikke er hensigten og som ikke var på det oprindelige materiale.
Det førnævnte High Cut ( Nyquist Filter ) skal gerne være så blødt som muligt, jo blødere jo mindre negative bivirkninger har denne EQ på lyden, da en stejl EQ vil skabe fasevending og distortion, så en høj Sample Rate giver også mulighed for at lave nogle meget blødere high cuts, som er "sundere for lyden".
På billedet her til højre kan man se, hvordan selv en
Sample Rate på 44.1 kHz stadig giver en smule Ailiasing
men ikke i det hørbare spectrum, da støjen ( det røde )
bliver spejlet tilbage, men ikke rammer det hørbare spectrum
Har du en drøm om at lave musik til delfiner?
En delfin kan hører op til 150 kHz, så skal du optage i en
Sample Rate på minimum 300 kHz.
En RME - ADI 2 -pro kan konverterer med en Sample Rate
på 768 kHz, og til kun 12-13.000 kr på Thomann er du faktisk
klar til at lave bangere til Delfiner relativt billigt.
Ja kom ikke og sig at Du ikke har fået noget brugbar viden
af at læse dette indlæg!
Det vil være kontroversielt af mig at påstå, at du som udgangspunkt bare skal indspille i 44.1 kHz eller 48 kHz, hvorefter du bare lader diskussionen om latterligt høje Sample Rates som 96 kHz være op til Audiofile nørder, som egentlig hellere vil høre deres dyrt indkøbte anlæg, frem for musikken. Men nej.
Fordele ved høj Sample Rate:
- En høj Sample Rate kan være gavnlig i mastering, ofte i form af oversampling, hvor de enkelte plugins hæver samplingen til x2 - x4 eller højre, for at undgå digital støj ( artifactor ), som beskrives af Nyquist teorien.
- Optager man lyde, som skal moduleres digitalt, altså enten skues op eller ned i tempo, så er det oplagt at optage i høj samplerate, da man ganske enkelt har mere lydkilde at arbejde med, hvormed at man kan undgå nogle tomme datapunkter ved især "slowmotion" i lyd.
Ulemper
Ulemperne med en høj Sample Rate( og en høj Sample Rate vil i min verden være alt over 48 kHz ) er, at filerne fylder meget, tager lang tid at flytte og kræver ganske enkelt mere computerkraft.
Fun fact om gear og Sample Rate
- Det meneskelige ører kan hører fra 20 Hz til 20 kHz, det kan du nok ikke hvis du læser dette, da du formentligt har lyttet meget til musik, gerne høj musik, for at være nørdet nok til at læse med her.
-Et kassettebånd kan videregive information fra 20 Hz til 15 kHz
- En vinyl kan vidergive information fra 20 Hz til 18 kHz ( er der 18k på din vinyl til mastering, så bliver din cutting engineer måske tilbøjelig til at sætte en omgang Dee-ss på )
- En Neumann U-87 kan gengive 20 Hz til 20 kHz
Vil du vide mere om emnet?
Så tjek den her video ud med "Short Circut Production", den er ret fed og jeg er forøvrigt kæmpe fan af kanalen.