Что такое частота дискретизации звука

Короткий ответ

Частота дискретизации показывает, сколько раз в секунду цифровая запись фиксирует мгновенное значение звуковой волны. При 44,1 кГц за секунду создаётся 44 100 отсчётов для каждого канала, при 48 кГц — 48 000. Чем чаще берутся отсчёты, тем более высокие звуковые частоты можно корректно записать.

Для готовой музыки обычно достаточно 44,1 кГц, а для видео распространены 48 кГц. Если у сервиса или редактора нет отдельного требования, разумно сохранить частоту исходника. Повышение 44,1 до 96 кГц не добавит деталей, которых не было в записи, а повторные преобразования могут только усложнить работу.

Как звук превращается в отсчёты

Звук в воздухе непрерывен: давление меняется плавно. При записи аналого-цифровой преобразователь через равные промежутки измеряет уровень сигнала и сохраняет числа. При воспроизведении эти значения помогают устройству восстановить меняющуюся звуковую волну.

MDN описывает частоту дискретизации как количество таких «срезов» звуковой волны за секунду в руководстве по цифровому звуку. Единица измерения — герц: 1 кГц равен 1000 отсчётов в секунду.

Частота дискретизации не равна частоте музыкальной ноты. Первая описывает процесс цифровой записи, вторая — скорость колебаний самого звука.

Частота, разрядность и битрейт — разные параметры

У MP3 на итоговое качество сильно влияют и исходник, и битрейт, и работа кодировщика. У WAV вес можно приблизительно связать с частотой, разрядностью, числом каналов и длительностью. Поэтому одинаковые 48 кГц не означают одинаковое качество или одинаковый размер файлов.

Почему встречаются 44,1 и 48 кГц

Значение 44,1 кГц закрепилось в цифровой музыке и аудио компакт-дисков. Частота 48 кГц стала обычной в видео, кино и вещательных рабочих процессах. Оба значения покрывают слышимый человеку диапазон при корректной записи и обработке.

По теореме Найквиста — Шеннона частота дискретизации должна быть выше удвоенной частоты сигнала, который требуется передать. Поэтому 44,1 и 48 кГц позволяют работать со звуковым диапазоном примерно до 22,05 и 24 кГц соответственно. На практике перед записью также применяется фильтрация, а качество зависит от всего тракта.

Из этого правила не следует, что файл 96 кГц автоматически звучит вдвое лучше 48 кГц. Большое значение может быть полезно в отдельных рабочих процессах, но само по себе не исправляет микрофон, шум, перегрузку или сжатый исходник.

Как выбрать частоту для своей задачи

1. Проверьте требования. Редактор, видеоплатформа или устройство могут ожидать конкретное значение.
2. Посмотрите параметры исходника. Без причины не меняйте уже подходящую частоту.
3. Согласуйте проект. Для видео обычно удобно вести все дорожки в 48 кГц.
4. Не путайте параметры. Если нужно уменьшить MP3, чаще меняют битрейт, а не частоту.
5. Проверьте экспорт. Прослушайте начало, середину и конец и убедитесь, что длительность и скорость не изменились.

Что происходит при изменении частоты

Изменение частоты называется ресэмплингом. Программа вычисляет новый набор отсчётов. При снижении частоты она должна убрать звуковые составляющие выше допустимого диапазона, иначе появятся искажения. Качество результата зависит от алгоритма и исходного файла.

Повышение частоты создаёт больше отсчётов, но значения для них рассчитываются из уже имеющихся данных. Это похоже на увеличение маленькой фотографии: сетка становится больше, но исходные детали не возвращаются. MP3, сохранённый как FLAC с 96 кГц, не превращается в студийный оригинал.

Что учитывать при конвертации

В конвертере аудио можно оставить исходную частоту или выбрать 44 100/48 000 Гц. Если нужно только изменить формат, начните с сохранения исходного значения. Выбирайте другую частоту, когда её требует монтажный проект, устройство или сервис.

• сохраните оригинал отдельно;
• не повышайте частоту ради «улучшения» уже готового сжатого файла;
• для видео согласуйте звук с частотой проекта;
• для MP3 отдельно выберите подходящий битрейт;
• после конвертации проверьте звук на наушниках и целевом устройстве.

Частые ошибки

• Считать кГц громкостью. Громкость описывается другими параметрами.
• Путать кГц и кбит/с. Это частота дискретизации и битрейт соответственно.
• Всегда выбирать максимум. Большая частота увеличивает объём несжатых данных и не гарантирует слышимого улучшения.
• Менять частоту несколько раз. Лишние преобразования не улучшают исходник.
• Игнорировать проект. Смешанные частоты могут вызвать лишний ресэмплинг при монтаже.