(или
частота семплирования
, англ.
sample rate
) — частота взятия отсчётов непрерывного по времени сигнала при его дискретизации (в частности, аналого-цифровым преобразователем). Измеряется в герцах.
Термин применяется и при обратном, цифро-аналоговом преобразовании, особенно если частота дискретизации прямого и обратного преобразования выбрана разной (Данный приём, называемый также «Масштабированием времени», встречается, например, при анализе сверхнизкочастотных звуков, издаваемых морскими животными).
Чем выше частота дискретизации, тем более широкий спектр сигнала может быть представлен в дискретном сигнале. Как следует из теоремы Котельникова, для того, чтобы однозначно восстановить исходный сигнал, частота дискретизации должна более чем в два раза превышать наибольшую частоту в спектре сигнала.
Некоторые из используемых частот дискретизации звука [1] :
- 8 000 Гц — телефон, достаточно для речи, кодек Nellymoser;
- 11 025 Гц — четверть Audio CD, достаточно для передачи речи;
- 16 000 Гц;
- 22 050 Гц — половина Audio CD, достаточно для передачи качества радио;
- 32 000 Гц;
- 44 100 Гц — используется в Audio CD. Выбрано Sony из соображений совместимости со стандартом PAL, за счёт записи 3 значений на линию картинки кадра × 588 линий на кадр × 25 кадров в секунду, и достаточности (по теореме Котельникова) для качественного покрытия всего диапазона частот, различаемых человеком на слух (20 Гц — 20 КГц);
- 48 000 Гц — DVD, DAT;
- 96 000 Гц — DVD-Audio (MLP 5.1);
- 192 000 Гц — DVD-Audio (MLP 2.0);
- 2 822 400 Гц — SACD, процесс однобитной дельта-сигма модуляции, известный как DSD — Direct Stream Digital, совместно разработан компаниями Sony и Philips;
- 5 644 800 Гц — DSD с удвоенной частотой дискретизации, однобитный Direct Stream Digital с частотой дискретизации вдвое больше, чем у SACD. Используется в некоторых профессиональных устройствах записи DSD.
Что такое Частота Дискретизации (частота сэмплирования)? Что такое Разрядность (битность)?
Когда сигнал поступает на АЦП с предусилителя, компрессора, выхода пульта, синтезатора, — он представляет собой электромагнитные колебания. То есть на вход АЦП приходит некая волна с изменяющимся напряжением очень маленьких величин.
Как выбрать Sample Rate (частоту дискретизации) для записи
В результате получается график волны на экране компьютера. Даже самый лучший преобразователь имеет погрешность, ведь между нулем и единицей нет промежуточных значений, и график волны будет состоять только из вертикальных и горизонтальных отрезков, без наклонных линий.
На графическую прорисовку волны будут влиять высота звука частота колебаний , его тембр форма волны и громкость амплитуда. Качественный АЦП должен корректно передать системе записи все эти параметры. Итак, звук поступает в систему дискретно , то есть разделенным мелкие отрезки. От величины этих отрезков зависит точность кодирования аналогового сигнала в цифровой среде. Чем мельче горизонтальная и вертикальная дискретные единицы, тем точнее оцифровка.
Горизонтальное дробление волны дает нам представление о частоте дискретизации , или частоте семплирования. Чем чаще АЦП фиксирует изменения значений графика волны, тем выше частота семплирования. Собственно, один семпл — это дискретный единичный отрезок, минимальная единица звука.
Чем он короче, тем выше частота дискретизации. К примеру, значение частоты дискретизации в Каждый семпл по продолжительности равен предыдущему. Для корректного воспроизведения звука частоты дискретизации файла и системы должны быть идентичны. При добавлении в проект звуковой дорожки с частотой дискретизации, отличной от дискретизации хоста программы , она должна быть сконвертирована. Если воспроизводить файл более высокой частоты в системе с более низкой, он будет звучать медленнее, чем должен, и наоборот.
Почему одни звуки красивые, а другие нет?
Здесь почему-то тянет взять серый том Фейнмановских лекций и освежить воспоминания о рядах Фурье — но будем проще: любое колебание можно разложить на несколько колебаний с меньшей длиной волн. Эти меньшие волны — и есть гармоники, и сколько их укладывается в длине основной волны — две, три и т.д. — определяет их четность или нечетность. Как оказалось, нечетные гармоники воспринимаются нашим слухом дискомфортно. Причем вроде все играет правильно, но дискомфорт остается.
Более явный неприятный звук — диссонанс, две частоты, работающие одновременно и вызывающие редкие биения. Если хотите еще наглядней, то нажмите близлежащие черную и белую клавиши на пианино.
Есть и противоположность диссонанса — консонанс. Это сама благозвучность, например, — такой интервал, как октава (удвоение частоты), квинта или кварта. Кроме того, комфортности звучания мешают маскирующие его шумы различной природы, искажения и призвуки.
Ясно, что шум — то, что мешает в принципе. Звуковой мусор. Впрочем, есть и белый шум, этакий эталон шума, в котором присутствуют равномерно все частоты (точнее — спектральные составляющие). Если вы хотите уйти от источника белого шума, то по ходу удаления он будет розоветь. Это происходит потому, что воздух сильнее ослабляет верхние частоты слышимого спектра.
Когда их меньше, тогда говорят о розовом шуме.
Чем громче шум по отношению к полезному звуку, тем больше этот звук маскируется шумом. Падает комфортность, а затем — и разборчивость звучания. Это же относится и к нечетным гармоникам, и к нелинейным искажениям, о которых мы еще поговорим более подробно. Все эти явления взаимосвязаны и, самое главное, — все они мешают нам слушать.
Цифровой аудиотракт: апсемплинг и апскейлинг, WASAPI, ASIO и внешний мастер клок для USB-аудио
Но это всего лишь предположение. Ни разу не наткнулся ни на одно устройство, что не поддерживало бы 48 кГц либо не рекомендовало бы использовать 48 кГц по каким-то причинам. Понятное дело, что до написания игры под плейстейшн мне еще далековато, но это не важно. Главное, что я выяснил, что работать надо 48 кГц.
Не забывайте также, что олдфагам эти ваши верхние частоты — глубоко до лампочки. Слуховая улитка с возрастом постепенно дохнет, начиная с верхнего конца, и человек теряет диапазон.
Уважаемый посетитель!
Когда сигнал поступает на АЦП с предусилителя, компрессора, выхода пульта, синтезатора, — он представляет собой электромагнитные колебания. То есть на вход АЦП приходит некая волна с изменяющимся напряжением очень маленьких величин. В результате получается график волны на экране компьютера.
Даже самый лучший преобразователь имеет погрешность, ведь между нулем и единицей нет промежуточных значений, и график волны будет состоять только из вертикальных и горизонтальных отрезков, без наклонных линий. На графическую прорисовку волны будут влиять высота звука частота колебаний , его тембр форма волны и громкость амплитуда. Качественный АЦП должен корректно передать системе записи все эти параметры. Итак, звук поступает в систему дискретно , то есть разделенным мелкие отрезки. От величины этих отрезков зависит точность кодирования аналогового сигнала в цифровой среде.
Нота — высота звука и его частота — зависит от специальности
В понимании звука, судя по всему, есть две крайности — понимание звукоинженера и музыканта. Первый говорит «440 Гц!» второй — «нота Ля!». И оба правы. Первый говорит «частота», второй — «высота звука». Впрочем, известно немало отличных музыкантов, которые вовсе не знали нот.
При этом специалистов в области акустики, не знающих физических основ в этой области, еще никому не удавалось встретить.
Важно понимать, что оба этих специалиста по-своему занимаются комфортным звучанием. Автор музыкального произведения, инстинктивно, или опираясь на консерваторские знания, строит звук на принципах гармонии, не допуская диссонансов или искажений. Конструктор, создающий колонки, изначально не допускает посторонних призвуков, минимизирует искажения, заботится о равномерности амплитудно-частотной характеристики, динамике и многом, многом другом.
Пишу МП3 диск, какая частота выгоднее 44,1 или 48?
Пара слов о составе, работе и оптимизации цифрового аудиотракта с использованием компьютера и USB. В принципе, тема скучная и букв получилось много, так что если осилить сложно — сразу переходите к выводам. Звуковой сигнал, в общем случае, кодируется последовательностью значений амплитуды сигнала, измеренных через равные промежутки времени.
Не только новичкам, но и некоторым энтузиастам, занимающихся звуком много лет, покажется откровением тот факт, что банальный процесс записи сопровождается сложнейшими физическими явлениями. Одним из таковых называют дискретизацию. Согласно определению, она представляет собой процесс преобразования непрерывной функции в дискретную.
Людям, далёким от науки, это понять сложно, тем более, здесь задействована квантовая физика – самая сложная из существующих на сегодняшний день. Но профессиональные звукорежиссёры, например, работающие в московской студии звукозаписи «Интервал», знают, что такое частота дискретизации звука, какая лучше применима в тех или иных случаях. Почему?
Потому что от этого явления зависит конечное качество записываемой музыки. В кассетно-плёночный период эти нюансы, ввиду ограниченной технической оснащённости, опускались. Но в современном высокотехнологичном цифровом мире частота дискретизации звука имеет значение при создании музыки и демонстрации её слушателям.
Амплитудно-частотная характеристика
В этой теме нельзя не упомянуть такое понятие как АЧХ. Что это такое? Это диаграмма, которая характеризует зависимость амплитуды звука от его частоты. По ней можно определить, на каких именно частотах колонка сможет играть громче, а на каких тише.
Идеальная диаграмма выглядит как прямая линия с небольшим спуском в начале и подъемом в конце. Увы, добиться таких показателей сложно, поэтому такой диаграммой обладают только акустические системы Hi-End класса.
В остальных случаях выбирать колонки рекомендую по АЧХ, в зависимости от того, какому звуку вы отдаете предпочтение:
- С подъемом от 20 Гц до средних басов для тех, кто любит, когда «бумкает» — поклонникам drum’n’bass, breakbeat, dubstep, дет-метала, грайндкора и некоторых течений дум-металла;
- С преобладанием средних частот – поклонникам классических вокала и музыки;
- Высокие частоты – для любителей хеви-металла, пауер-металла, а также вокала в стиле «пиг скрим».
На закономерный вопрос как изменить АЧХ акустической системы, единственный адекватный ответ – перепаять самостоятельно, заменив базовые динамики на более подходящие. Впрочем, многие меломаны знают, как увеличить высокие частоты и убрать басы.
Первый способ – воспользоваться регуляторами на самой акустической системе. Если таковые не предусмотрены конструкцией, рекомендую слушать музыку с помощью проигрывателя со встроенным эквалайзером – например, WinAMP или AIMP.
Итак, на что влияет АЧХ мы разобрались. Также хочу отметить, что чаще всего в сопроводительной документации к акустике бюджетного сегмента, такая диаграмма не приводится.
Встречается она в среднем классе и более дорогих устройствах. Впрочем, многие производители приводят все необходимые данные по каждому девайсу на официальном сайте.
Детализация понятий
Что такое разрядность и частота дискретизации, какая лучше? Ответ на данный вопрос, несмотря на сложность природы этих явлений, получить можно. При этом нет необходимости штудировать учебники по физике. Достаточно вспомнить, что советскими полуподпольными звукорежиссёрами, записывающими рок и другую музыку, эти показатели определялись на интуитивном уровне.
Дискретизацию ещё называют сэмплированием. Это определение более понятно для музыкантов. Её частота подразумевает интенсивность процессов в тот момент, когда аналоговый сигнал преобразуется в цифровой. Среди них хранение данных, конвертация, и непосредственно оцифровка.
Частота дискретизации измеряется в герцах. Ориентиром в её изучении является теорема Котельникова. Её автор раскрывает суть дискретизации. Согласно теореме, она ограничивает интенсивность оцифрованного сигнала до половины собственной величины.
Частота дискретизации. В чём её значение для звукозаписи
Дискретизация по времени – это процесс, который непосредственно связан преобразованием аналогового сигнала в цифровой. Наряду с ней происходит квантование данных по амплитуде. Дискретизация по времени означает измерение сигнала в момент всей его передачи. В качестве единицы берётся один сэмпл. Если на словах это не совсем понятно, то на примере выглядит более убедительно.
Допустим, частота дискредитации равняется 44100 Гц – та самая, которая применялась на аудио-CD. Это означает, что сигнал измеряется 44100 раз в течение одной секунды.
Аналоговый сигнал по своей насыщенности всегда превосходит цифровой. И его преобразование – это неизбежная потеря в качестве. Частота дискретизации служит своеобразным ориентиром: чем она выше, тем ближе качество цифрового звука к аналоговому. Это явственно просматривается в списке ниже. Он показывает, какая частота звука лучше. Изучая его, вы увидите непосредственную взаимосвязь дискретизации и качества трека:
- 1. 8000 Гц. Данная частота характерна для телефонных разговоров и записи речи на простой по набору функций диктофон. Используется на звуке, преобразовываемом через кодек Nellymoser.
- 2. 22050 Гц применяется в радиовещании.
- 3. 44100Гц. Как уже упоминалось выше, данная частота характерна для Audio CD, и этот показатель долгое время отождествлялся с наиболее высоким уровнем качества. И сегодня формат не утрачивает своих позиций.
- 4. 48000 Гц. Это форматы DAT и DVD, пришедшие на смену AUDIO.
- 5. 96000 – DVD-аудио MLP-5,1.
- 6. 2822 400 ГЦ – высокотехнологичный формат SACD Super Audio.
Список чётко указывает на то, какая частота звука лучше. К тому же технологии на месте не стоят, и появляются новейшие форматы. Но прежде чем строить далеко идущие планы, следует учесть один очень весомый нюанс. Его суть проста: чем выше частота дискретизации, тем сложнее её достичь технологически. Для этого необходимо:
- обеспечить высокую интенсивность передачи цифровых потоков. А это возможно далеко не на каждом интерфейсе. И чем больше каналов задействовано в записи (а это характерно для музыкальных ансамблей), тем процесс сложнее;
- иметь на вооружении процессор, способный производить мощные вычислительные операции. Но даже в самых современных образцах возможности для получения звука сверхвысокого качества ограничены;
- использовать для записи компьютерную технику, обладающую большим объёмом оперативной памяти.
Учитывая вышеизложенную информацию, неудивительным является тот факт, что частота звука, равная 44100 Гц, продолжает оставаться наиболее востребованной и сегодня. Она десятилетиями удовлетворяет даже самые взыскательные запросы к качеству, и вместе с тем имеются все технические возможности для её достижения. Последний фактор является определяющим как для рядовых пользователей, так и для большинства звукозаписывающих студий. Даже зная, какая частота звука лучше, чтобы достигнуть её, необходимо позаботиться о технической оснащённости.
Громкость, звуковое давление — пределы и ориентиры
С громкостью все не так просто. Она относительна. Подумайте сами, ведь абсолютной тишины не существует. То есть, она в природе есть, но попадание в такое место превращается в пытку — вы начинаете слышать стук своего сердца, звон в ушах — все равно тишина исчезает.
Поэтому звуковое давление измеряется относительно некоего нулевого уровня в децибелах (дБ). Это логарифмические единицы, ведь логарифмическая шкала наиболее точно соответствует природе слуха. Если немного углубиться в теорию, нужно вспомнить эмпирически установленный закон психофизиологии Вебера-Фехнера, который описывает работу органов чувств. Согласно этому закону, интенсивность ощущения чего-либо прямо пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. В случае звука, это — амплитуда (размах) колебаний.
И если за ноль децибел принять порог слышимости (а это, повторимся, не тишина!), то шелест листьев дает 10 дБ, поезд метро — 100 дБ, истребитель на форсаже — 125 дБ, и ненамного меньше, кстати, выдала одна девчушка, призер соревнований по громкости крика в США. В дискотечном зале громкость может достигать 130 дБ. Это при том, что 120 дБ — уже больно, а 180 — могут убить.
Разница приблизительно в шесть децибел воспринимается нами, как удвоение громкости. Добавление трех децибел на низкой частоте требует удвоения амплитуды колебаний источника звука, но на слух это замечает не каждый слушатель! Такие вот парадоксальные, на первый взгляд, данные.
Источник: xn--80aalafqdxxqa4af.xn--p1ai
youtube-dl установить частоту дискретизации на mp3?
Я использую youtube-dl, и я использую следующую команду:
youtube-dl —extract-audio —audio-quality 0 —audio-format mp3 %dl%
По-видимому, по умолчанию используется частота дискретизации 48000 Гц.
Я хочу использовать 41000 Гц, потому что по умолчанию вызывает отсечение.
Как я могу установить его на 41000 Гц?
задан IMB 2k
1 ответ 1
Поскольку youtube-dl не предоставляет этого, вам придется использовать параметр аргумента постпроцессора. Это может зависеть от того, какой у вас постпроцессор, для ffmpeg это будет:
youtube-dl —extract-audio —audio-quality 0 —audio-format mp3 —postprocessor-args «-r 41000» %dl%
Источник: poweruser.guru
Осциллограф. Часть 4. Параметры приборов
Это один из наиболее важных параметров осциллографа. Определяет диапазон сигналов, которые вы можете наблюдать на экране (существенно влияет на стоимость прибора). Для того, чтобы осциллограф мог отображать в надлежащем виде сигнал на экране, ему требуется полоса частот в три раза больше полосы исследуемого сигнала. Второй, не менее важный параметр, имеющий отношение к полосе частот — частота дискретизации.
Частота дискретизации (количество выборок в сек)
В отличие от аналогового, цифровой осциллограф воспроизводит сигнал на экране несколько иначе. Сигнал с его входа, через делитель и усилитель попадает на АЦП (аналоговый цифровой преобразователь). Здесь сигнал приобретает форму дискретного сигнала, и уже представляет собой некую импульсную последовательность.
В параметрах каждого из импульсов будет заложена информация о конкретной выделенной точке, с огибающей входного сигнала. Иными словами: «входной сигнал воспроизводится осциллографом по выделенным точкам». Очевидно, что при большем выборе количества точек на исходном сигнале, воспроизведение сигнала на экране будет точнее.
А какова же должна быть минимальная частота дискретизации (или минимальное количество выборок), чтобы сигнал в достаточной степени соответствовал исходному? Минимальная частота дискретизации осциллографа в реальном времени должна быть равна не менее четырем полосам пропускания осциллографа. Поэтому нужно смотреть? какие возможности заложены в вашем осциллографе.
Очень часто производитель указывает максимальную частоту дискретизации (количество выборок), которая возможна только при работе одного канала. Некоторые же указывают частоту дискретизации для 1-2х; 4х и далее. При этом вы видите, что чем больше каналов задействуется, тем ниже частота дискретизации.
Поскольку мы работаем в основном автомобильными осциллографами, необходимо на это минимальное значение обращать внимание.( А о частотах и сигналах, с которыми мы работаем, я скажу ниже.) Вот поэтому, когда работаете одним каналом или двумя, частота и может быть максимальной. Если вы задействовали все каналы на своем осциллографе,чатота дискретизации скорее всего снизится в разы.
На том же осциллографе Посталовского посмотрите, какая максимальная частота для 1-2х канального режима. И как она изменяется при увеличении задействованных каналов. Вот и решайте: «либо нацеплять кучу датчиков и любоваться кучей «визуально плохих» сигналов; либо задействовать минимум и лучше рассмотреть осциллограммы. Это еще одно отличие автомобильного осциллографа от «нормального осциллографа». Можно сохранить достаточно высокую степень дискретизации по всем каналам, и даже сделать ее максимальной, но здесь уже будет вопрос цены.
И главное, пока идет обработка сигнала со входа осциллографа, пока развертка заполняет экран — сигнал на входе не прекращается. Значит, мы часть информации теряем. Может повысить скорость дискретизации и этого достаточно? А что делать, когда нужно выполнить захват сигнала для просмотра и анализа?
Внутренняя память осциллографа
После АЦП оцифрованный сигнал записывается в высокоскоростную память осциллографа. Без нее цифровой осциллограф работать не сможет. Объем внутренней памяти — важный параметр осциллографа. Важно понимать в каких целях используется внутренняя память осциллографа.
Первое: это анализ в автономном режиме; захват точек данных, и последующее их масштабирование для получения более подробной информации.
Второе: это данные для автоматического анализа и выполнения математических функций;
Многие ошибочно полагают, что максимальная частота дискретизации находится в области полной развертки изображения. Это не так. Для обеспечения этого условия потребовалась бы громадная внутренняя память. А реализация в «железе» повлекла бы за собой значительное увеличение стоимости. Можно встретить осциллограф с высокой частотой дискретизации и небольшой внутренней памятью.
Такой осциллограф будет просто вынужден снизить количество выборок в секунду, если ставить развертку 2ms и меньше, поскольку необходимая полоса частот для воспроизведения сигнала будет незначительной.
Но чем больше память осциллографа, тем больше времени выделяется на захват точек данных для просмотра и анализа. Это не всегда удобно, не всегда нужно, это может несколько усложнять процесс работы с прибором.
Поэтому все же на внутреннюю память тоже могут вводиться ограничения исходя из области применения прибора. Если вам необходимо просматривать сигналы:
* длительный период времени
* с большим разрешением между точками,- тогда память осциллографа должна быть большой.
Необходимый объем памяти можно оценить по двум параметрам:
А теперь несколько простых формул, которые могут потребоваться при выборе прибора.
1. Полоса частот сигнала = 0.5/скорость нарастания фронта импульса;
2. Полоса частот осциллографа = 3 х полосы частот тестируемого сигнала;
3 Минимальная частота дискретизации осциллографа в реальном времени = 4 х полосы частот осциллографа;
4. Объем памяти = Частота дискретизации х время прохождения сигнала по экрану осциллографа.
Остался необъясненным п.1 из списка. Время нарастания амплитуды во фронте импульса или время спада амплитуды(в данном случае употребление слова «спад» корректно, поскольку разговор идет о времени, а не о амплитудных значениях. Это понятие принятое)
Любой периодический сигнал, кроме прочих характеристик имеете еще и частоту. Следовательно, необходимо согласовывать частотные характеристики сигнала с входным трактом осциллографа. Если этого не сделать, то получим искажение формы сигнала и временных промежутков. АЧХ (амплитудно — частотная характеристика), оценивается для синусоидального сигнала.
А в реальности имеем дело далеко не с синусоидами. Поэтому в осциллографах, для более полной и справедливой оценки введены ПХ (переходные характеристики). Оценка этих характеристик основана на том, как воспроизводит осциллограф сигнал с бесконечным спектром.
Тестовым сигналом может служить прямоугольный импульс, у которого время нарастание во фронте и время спада близки к нулю. Такой импульс формирует большое количество гармонических составляющий основного сигнала. Часть из них будут обрезаны полосой пропускания осциллографа, а значит время нарастания во фронте (спаде) увеличится и увеличится время установления импульса; часть гармоник усилится за счет неравномерности АЧХ и приведет к выбросу на вершине импульса.
-время нарастания во фронте — это время в течение, которого импульс изменяет свое значение от 0,1 до 0,9.(спад – наоборот 0,9-0,1), измеряется в сек.
— время установления импульса — это время, в течение которого колебательные процессы на вершине импульса станут меньше 1% от амплитуды импульса.
-выброс на вершине (спаде) это отношение превышения амплитуды установившегося импульса, к амплитуде импульса. Измеряется в процентах. Почему это нужно знать? А потому, что если это не знать, то при измерениях могут быть ошибки. И как следствие неправильные выводы и уход от неисправности в противоположную сторону. Как это выглядит на экране осциллографа:
Фото№ 36
Вот осциллограммы одного и того же сигнала. Видны выбросы и на вершине и на спаде. Сигнал можно масштабировать, растягивать разверткой, изменять порог сигнала. И может оказаться, что человек увидит то, что совершенно не нужно. Но бывают моменты, когда это нужно сделать для того, чтобы рассмотреть и понять причину неисправности.
И тогда все, о чем сказано выше, надо учитывать.
МАРКИН Александр Васильевич
г. Белгород
Таврово мкр 2, пер. Парковый 29Б
(4722) 300-709
Источник: autodata.ru