Wat is samplefrequentie en bitdiepte? Doen ze ertoe?
Met hifi-services zoals Tidal, Qobuz en zelfs Apple Music die 24-bits diepte-audio bieden met samplefrequenties tot wel 192 kHz, vraagt de gemiddelde luisteraar zich misschien af: wat betekent dit allemaal en doet het er echt toe? Afgezien van het onophoudelijke gekibbel van audio-nerds, laten we eens kijken wat deze concepten zijn en wat de cijfers ons vertellen. Als dit allemaal nieuw voor je is, zal ik mijn best doen om dit allemaal in gemakkelijk te begrijpen taal en voorbeelden om te zetten.
STEEKPROEF
Wat is het? Niet om gemeen te zijn, maar het is letterlijk de snelheid waarmee audio wordt gesampled. Een samplefrequentie van 44,1 kHz betekent dat er voor elke seconde muziek 44.100 individuele punten zijn waarop frequentie-informatie in kaart is gebracht. Deze punten worden vervolgens snel achter elkaar gespeeld in de loop van een seconde.
Laten we een herkenbaar voorbeeld gebruiken om dat duidelijk te maken: de samplefrequentie is voor audio wat de framesnelheid is voor video. De meeste tv-programma’s hebben bijvoorbeeld 24 tot 30 frames (afzonderlijke stilstaande beelden) waaruit 1 seconde video bestaat. Voor sportuitzendingen is 60 frames per seconde gebruikelijk. Omdat deze frames snel worden afgespeeld, interpreteren onze hersenen het fenomeen als een continue beweging in plaats van individuele gevallen.
Laten we wat langer met het voorbeeld van de afbeelding werken om het volgende punt over de bemonsteringsfrequentie te illustreren. Hoeveel frames per seconde (FPS) ziet het menselijk oog? Er lijken twee antwoorden op deze vraag te zijn: A) 60 FPS is onze bovengrens, of B) sommige mensen macht meer dan 60 FPS kunnen verwerken. Dus laten we voor de eenvoud zeggen dat het menselijk oog 60 FPS niet kan onderscheiden van 300 FPS zoals het 60 FPS kan onderscheiden van 10 FPS, en het grootste deel van de wetenschappelijke gemeenschap zal het daar waarschijnlijk mee eens zijn.
Als 60 frames per seconde de bovendrempel van ons gezichtsvermogen is, hoeveel samples per seconde dienen dan als de bovendrempel voor onze oren? Het antwoord daarop zou 40.000 samples per seconde (40 kHz) zijn, of, om het in bestaande bestandsformaten te houden, 44,1 kHz. Onthoud dit, ik kom er zo op terug – maar laten we eerst kort de stelling van Nyquist bespreken.
Stelling van Nyquist
Hier hebben we een van de kerngeboden van audio: geluidsgolven kunnen nauwkeurig en realistisch worden weergegeven, zolang er monsters kunnen worden genomen met tweemaal de snelheid van de geluidsgolf met de hoogste frequentie.
Nogmaals, laten we dat concept vereenvoudigen, of op zijn minst de toepassing in de echte wereld beschrijven: de bovendrempel van het menselijk gehoor is 20 kHz, dat wil zeggen golven die zich 20.000 keer per seconde herhalen. Dus:
20kHz (Kortste/hoogste golflengte binnen het bereik van het menselijk gehoor)
x
2 (monsters per golflengte nodig voor nauwkeurige geluidsweergave)
=
40.000 monsters per seconde (40 kHz) om het hele bereik van het menselijk gehoor nauwkeurig te reproduceren.
Dit is om de een of andere reden een controversieel punt geworden in sommige audiogemeenschappen. Hogere samplefrequenties zoals 96 kHz en 192 kHz worden gebruikt voor het opnemen van muziek, vanwege een akoestisch effect dat bekend staat als aliasing en dat optreedt als gevolg van het fenomeen in ultrahoge frequenties, wat uiteindelijk audio in een hoorbaar bereik beïnvloedt. Dat is een blik wormen die ik hier niet zal openen – mijn punt is dat als het gaat om gewoon gaan zitten om naar muziek te luisteren, een standaard samplefrequentie van 44,1 kHz in theorie elke frequentie nauwkeurig kan weergeven die je hersenen en oren kunnen eventueel verwerken.
BIT DIEPTE
Sample rate is verantwoordelijk voor nauwkeurige frequentiereproductie. Bitdiepte daarentegen is verantwoordelijk voor een nauwkeurige volumereproductie. In iets meer technische termen zullen we naar deze volumenauwkeurigheid verwijzen als Dynamic Range. Dynamisch bereik is de hoeveelheid ruimte tussen het luidste en zachtste geluid in een opname. 16-bits audio heeft bijvoorbeeld een dynamisch bereik van 96 dB, of we kunnen zeggen: het absoluut luidste geluid in een bestand zal proportioneel 96 dB luider zijn dan het zachtste geluid in hetzelfde bestand. Alle volumedynamiek kan worden voorgesteld op een schaal van 0 tot 96dB in 16-bits opname.
Het is niet verwonderlijk dat 24-bits audio een groter dynamisch bereik heeft: het volume wordt geschaald van 0 tot 144 dB.
Laten we teruggaan naar een visuele parallel om dit beter te begrijpen. Als de samplefrequentie gelijk is aan frames per seconde, wat is dan de bitdiepte? Misschien kunnen we het zien als resolutie: 720p, 1080p, 4k, enz. In video’s en foto’s geeft 1080p aan dat 1080 pixels de verticale dimensie van een foto vormen. Een resolutie van 1080p ziet er scherper en realistischer uit dan een resolutie van 720p, omdat er meer pixels worden gebruikt om een object weer te geven, wat resulteert in een fijnere weergave van kleurovergangen en dergelijke.
Denk nu in plaats van kleurovergangen aan volume hellingen om bitdiepte voor te stellen. Audio met een diepte van 16 bits bevat 65.536 stappen, terwijl audio met een diepte van 24 bits 16.777.215 stappen heeft (maak je geen zorgen over wat stappen precies zijn, beschouw ze gewoon als een subeenheid van een bit). Dit geeft 24-bits audio een veel fijnere precisie als het gaat om het nauwkeurig weergeven van delicate volumeverhoudingen (dynamische bereiken) tussen bijvoorbeeld het geluid van een plectrum die een gitaarsnaar raakt en de daaropvolgende C-noot die klinkt, of het dynamische bereik tussen diezelfde C-noot grondtoon en zijn hogere harmonischen.
Ik merkte eerder op dat menselijke psychoakoestische beperkingen ons ervan weerhouden om echt een verschil te horen tussen een samplefrequentie van 44,1 kHz en een samplefrequentie van 96 kHz. Er is misschien niet zo beknopt als de stelling van Nyquist als het gaat om hoe waarneembare verschillen in bitdiepte-resolutie zijn, maar het is een dilemma dat zeker het overwegen waard is.
Algemeen
Dus kun je genieten van muziek van hoge kwaliteit met een standaard 16-bits diepte en 44,1 kHz samplefrequentie? Het antwoord is beslist ja. Het antwoord op de vraag of, en hoeveel, 24-bits audio de kwaliteit verbetert, hangt iets meer in de lucht dan of hogere samplefrequenties de audiokwaliteit voor luisterdoeleinden verbeteren (hoogstwaarschijnlijk niet). Trap niet in gefabriceerde druk om ervoor te zorgen dat uw favoriete nummers een samplefrequentie van 192 kHz en een diepte van 32 bits hebben. Of je nu denkt dat je het verschil kunt horen of denkt dat het allemaal precies hetzelfde klinkt, vertrouw op je oren en geniet weer van je muziek.
Benieuwd naar het integreren van deze concepten in uw luisteropstelling? Bekijk de uitgebreide selectie DAC’s en DAP’s die verkrijgbaar zijn bij Audio46.
