44,100 Hz - 44,100 Hz

În audio digital , 44 100  Hz (reprezentată alternativ ca 44,1 kHz ) este o frecvență obișnuită de eșantionare . Audio analog este adesea înregistrat prin eșantionarea acestuia de 44.100 de ori pe secundă, iar apoi aceste probe sunt utilizate pentru a reconstrui semnalul audio atunci când îl redați.

Rata de eșantionare audio de 44,1 kHz este utilizată pe scară largă datorită formatului compact discului (CD), datând de la utilizarea sa de către Sony din 1979.

Istorie

Audio digital timpuriu a fost înregistrat pe casete video U-matic .

Rata de eșantionare de 44,1 kHz a luat naștere la sfârșitul anilor 1970 cu adaptoare PCM , care înregistrau sunet digital pe casete video , în special Sony PCM-1600 introdus în 1979 și continuat în modelele ulterioare din această serie. Acest lucru a devenit apoi baza pentru Compact Disc Digital Audio (CD-DA), definit în standardul Red Book în 1980. Utilizarea sa a continuat ca opțiune în standardele din anii 1990, cum ar fi DVD - ul , și în anii 2000, standarde precum HDMI . Această frecvență de eșantionare este utilizată în mod obișnuit pentru MP3 și alte formate de fișiere audio pentru consumatori care au fost inițial create din material extras de pe discuri compacte.

Origine

Selecția ratei de eșantionare s-a bazat în primul rând pe necesitatea de a reproduce gama de frecvențe sonore de 20-20.000 Hz (20 kHz). Nyquist-Shannon teorema de eșantionare afirmă că este necesară o rată de eșantionare mai mare de două ori frecvența maximă a semnalului care se înregistrează, rezultând o rată necesară de cel puțin 40 kHz. Rata de eșantionare exactă de 44,1 kHz a fost moștenită de la adaptoarele PCM, care a fost cel mai accesibil mod de a transfera date de la studioul de înregistrare la producătorul CD-ului în momentul dezvoltării specificației CD-ului.

Rata a fost aleasă în urma dezbaterii dintre producători, în special Sony și Philips , și implementarea acesteia de către Sony, oferind un standard de facto . Alegerea efectivă a ratei a fost punctul unor dezbateri, cu alte alternative, inclusiv 44,1 / 1,001 ≈ 44,056 kHz (corespunzând ratei câmpului de culoare NTSC de 60 / 1,001 = 59,94 Hz) sau aproximativ 44 kHz, propusă de Philips. În cele din urmă, Sony a predominat atât pe rata de eșantionare (44,1 kHz), cât și pe adâncimea de biți (16 biți pe eșantion, mai degrabă decât 14 biți pe eșantion). Raționamentul tehnic din spatele ratei alese este după cum urmează.

Auzul uman și procesarea semnalului

De eșantionare Nyquist-Shannon teorema spune că frecvența de eșantionare trebuie să fie mai mare decât dublul frecvenței maxime se dorește să se reproducă. Deoarece domeniul auzului uman este de aproximativ 20 Hz la 20.000 Hz, rata de eșantionare a trebuit să fie mai mare de 40 kHz.

În plus, semnalele trebuie să fie filtrate low-pass înainte de eșantionare pentru a evita aliasarea . În timp ce un filtru trece-jos ideal ar trece perfect frecvențe sub 20 kHz (fără a le atenua) și ar tăia perfect frecvențe peste 20 kHz, un astfel de filtru ideal este teoretic și practic imposibil de implementat, deoarece este non-cauzal , deci în practică o bandă de tranziție este necesar, unde frecvențele sunt parțial atenuate. Cu cât este mai largă această bandă de tranziție, cu atât este mai ușor și mai economic să faci un filtru anti-aliasing . Frecvența de eșantionare de 44,1 kHz permite o bandă de tranziție de 2,05 kHz.

Înregistrare pe echipamente video

Audio digital timpuriu a fost înregistrat pe casetele video analogice existente, deoarece VCR-urile erau singurele transporturi disponibile cu capacitate suficientă pentru a stoca lungimi semnificative de audio digital. Pentru a permite reutilizarea cu o modificare minimă a echipamentului video, acestea au funcționat la aceeași viteză ca și video și au folosit o mare parte din aceleași circuite. 44,1 kHz a fost considerată cea mai mare rată utilizabilă compatibilă atât cu PAL cât și cu NTSC și care necesită codificare nu mai mult de 3 eșantioane pe linie video pe canal audio.

Rata de eșantionare este compusă după cum urmează:

NTSC are 490 de linii active pe cadru, dintr-un total de 525 de linii; PAL are 588 de linii active pe cadru, din totalul de 625 de linii.

Tarife aferente

44.100 este produsul pătratelor primelor patru numere prime ( ) și, prin urmare, are mulți factori întregi utili . În ceea ce pare a fi o coincidență, rata de eșantionare de 44,1 kHz este, de asemenea, exact de 4 ori mai mare decât frecvența de linie a vechiului standard TV german de 441 de linii , care avea o frecvență de 441 × 50 ÷ 2 = 11 025 Hz (441 de linii pe cadru, 50 câmpuri pe secundă, 2 câmpuri pe cadru). ${\ displaystyle 2 ^ {2} \ cdot 3 ^ {2} \ cdot 5 ^ {2} \ cdot 7 ^ {2}}$

Se utilizează diferiți multipli de 44,1 kHz - ratele mai mici de 11,025 kHz și 22,05 kHz se găsesc în fișierele WAV și sunt potrivite pentru aplicații cu lățime de bandă redusă, în timp ce ratele mai mari de 88,2 kHz și 176,4 kHz sunt utilizate în masterizare și în DVD-Audio - ratele mai mari sunt utile atât pentru motivul obișnuit de a oferi rezoluție suplimentară (deci mai puțin sensibilă la distorsiunile introduse prin editare), cât și pentru a facilita filtrarea trece-jos, deoarece o bandă de tranziție mult mai mare (între om-audibil la 20 kHz și rata de eșantionare) este posibilă. Ratele de 88,2 kHz și 176,4 kHz sunt utilizate în principal atunci când ținta finală este un CD.

Alte tarife

Mai multe alte rate de eșantionare au fost, de asemenea, utilizate în audio digital timpuriu. O rată de eșantionare de 50 kHz, utilizată de Soundstream în anii 1970, urmând un prototip de 37 kHz. La începutul anilor 1980, o rată de eșantionare de 32 kHz a fost utilizată în difuzare (în special în Marea Britanie și Japonia), deoarece aceasta este suficientă pentru difuzările stereo FM , care au lățime de bandă de 15 kHz. Unele sunete digitale au fost furnizate pentru uz casnic în două formate EIAJ incompatibile , corespunzătoare 525 / 59,94 (eșantionare 44,056 Hz) și 625/50 (eșantionare 44,1 kHz).

Formatul Digital Audio Tape (DAT) a fost lansat în 1987 cu eșantionare de 48 kHz. Această rată de eșantionare a devenit rata standard pentru sunetul profesional . Până de curând, conversia ratei de eșantionare între 44.100 kHz și 48.000 kHz a fost complicată de numărul mare al raportului dintre ratele acestora, deoarece cel mai mic numitor comun de 44.100 și 48.000 este 147: 160, dar cu tehnologia modernă această conversie se realizează rapid și eficient. Mașinile DAT pentru consumatori timpurii nu suportau 44,1 kHz și această diferență a făcut dificilă realizarea de copii digitale directe de CD-uri de 44,1 kHz folosind echipamente DAT de 48 kHz.

stare

Datorită popularității CD-urilor, există o mulțime de echipamente de 44,1 kHz, la fel ca o mulțime de sunet înregistrat la 44,1 kHz (sau multipli ai acestora). Cu toate acestea, unele standarde mai recente utilizează 48 kHz în plus față sau în loc de 44,1 kHz. În video, 48 kHz este acum standardul, dar pentru audio vizat pe CD-uri, sunt încă folosiți 44,1 kHz (și multipli).

Standardul TV HDMI (2003) permite atât 44,1 kHz, cât și 48 kHz (și multiplii acestora). Aceasta oferă compatibilitate cu playere DVD care redă conținut CD, VCD și SVCD . Standardele DVD-Video și Blu-ray Disc utilizează numai multipli de 48 kHz.

Majoritatea plăcilor de sunet ale computerului conțin un convertor digital-analogic capabil să funcționeze nativ la 44,1 kHz sau 48 kHz. Unele procesoare mai vechi includ doar ieșire de 44,1 kHz, iar unele procesoare mai ieftine mai noi includ doar ieșire de 48 kHz, necesitând computerul să efectueze conversia digitală a ratei de eșantionare pentru a genera alte rate de eșantionare. În mod similar, cardurile au limitări privind ratele de eșantionare pe care le acceptă pentru înregistrare.

Vezi si

• Frecvențele oscilatorului de cristal

Note

Referințe