Je wilt in de wereld van audiofilie duiken, en je wordt meteen gebombardeerd met termen die je niet kent. Hé, het overkomt ons allemaal! Het beste wat je kunt doen is langzaam beginnen en je tenen nat maken met enkele basisprincipes. Op je reis om audiofiel te worden, zul je deze termen vaak tegenkomen: samplefrequentie, bitdiepte en bitsnelheid. Wat betekenen ze en waarom zou je ze moeten kennen? Laten we erin duiken!
Voordat we weggaan, kan het audiofiele leven een portemonnee in een oogwenk leegmaken. Ten eerste kan een eenvoudige audio-installatie bestaan uit een voorversterker, versterker, DAC, streamer en soms meer. Het lijkt erop dat je heel veel apparaten nodig hebt, en die kunnen behoorlijk duur zijn! Laat je daardoor echter niet afschrikken. Audiofiel zijn betekent niet dat je $ 3.500 moet betalen voor luxe apparatuur.
We hebben een gids die u moet lezen voordat u veel geld betaalt voor dure audioapparaten. Het informeert u over enkele dingen die u moet weten voordat u uw kaart doorhaalt. Bekijk het zeker eens.
Wat is de samplefrequentie?
Audiofiel zijn betekent aandacht besteden aan meer schijnbaar willekeurige getallen op dozen met audioapparatuur en op websites. Onder deze getallen heb je waarschijnlijk getallen opgemerkt als 44,1 kHz, 48 kHz, 96 kHz en 192 kHz. Deze worden genoemd Voorbeeldtarieven. Deze term is vrij eenvoudig te begrijpen als je een audiobestand als een afbeelding beschouwt.
Wanneer een digitale camera een foto maakt, valt er gedurende een fractie van een seconde licht op de sensor van de camera. De sensor splitst het licht op in kleine gegevenspakketten, en elk pakket is anders. Deze kleine pakketjes met gegevens staan beter bekend als pixels. Het aantal pixels per vierkante inch op een foto wordt de resolutie genoemd.
Denk aan de samplefrequentie als de resolutie van een audiobestand. Geluidsgolven worden opgedeeld in kleine pakketjes die elk hun eigen unieke gegevens hebben. Alleen worden deze pakketten Samples genoemd. De regels voor pixels en samples zijn vergelijkbaar. Hoe meer pixels er op een vierkante centimeter zijn gepropt, hoe hoger de resolutie en hoe scherper het beeld. Welnu, hoe meer samples in een seconde worden gepropt, hoe hoger de samplefrequentie en scherper de audio.
Wanneer u audio opneemt, zet uw microfoon de geluidsgolven om in een elektrisch signaal. Dat signaal gaat naar de ADC (Analoog naar Digitaal Converter) van uw apparaat, wat het tegenovergestelde is van een DAC (Digitaal naar Analoog Converter). De ADC neemt monsters van dat elektrische signaal en zet dit vervolgens om in een reeks van 1s en 0s. Die worden dan je audiobestand.
Standaard samplefrequenties
Er zijn verschillende standaard bemonsteringsfrequenties, deze worden hierboven vermeld. Je hebt vaak 44,1 kHz gezien, dit is wat wordt gebruikt in “CD-kwaliteitsmuziek”. Het betekent dat elke seconde audio is opgesplitst in 44.100 samples. 44,1 kHz is een vrij standaard samplefrequentie in de audio-industrie. Zie het als het audio-equivalent van 1080p. Het is voldoende scherp voor de gemiddelde luisteraar, en veel van de muziek die je hoort heeft de samplefrequentie. Als je naar mp3-bestanden luistert, luister je waarschijnlijk naar muziek met deze samplefrequentie.
Vervolgens is er de iets hogere 48 kHz. Net als 44,1 kHz is 48 kHz over de hele linie vrij standaard. Het is een iets hogere samplefrequentie, wat betekent dat de audio iets helderder klinkt. 48kHZ is een andere standaard die door het grootste deel van de industrie wordt gebruikt. Wanneer componisten en geluidstechnici muziek maken, willen ze ervoor zorgen dat ze hun computers niet te veel belasten. Het gebruik van hogere bemonsteringsfrequenties belast de processor van de computer meer, dus dit is de reden waarom sommige mensen vasthouden aan 44,1 kHz en 48 kHz.
Als u een Android-gebruiker bent, moet u ook bekend zijn met deze bemonsteringsfrequentie. Het systeem converteert alles automatisch naar een samplefrequentie van 48 kHz, in tegenstelling tot iPhones die uitkomen op 192 kHz. Zelfs als de audio een hogere bemonsteringsfrequentie heeft, zoals 96 kHz, zal het systeem deze downsamplen naar 48 kHz. Er zijn maar een paar apps die deze beperking omzeilen, en Tidal en QOBUZ.
De volgende standaard is 96 kHz. Het is twee keer zo snel als 48 kHz, dus twee keer zo scherp. Je zult zien dat sommige audioapparatuur van hogere kwaliteit audio met die samplefrequentie kan pushen. Als je een audiofiel bent, zul je waarschijnlijk het verschil zien tussen 96 kHz en de andere samplefrequenties.
Ten slotte hebben we 192 kHz. Nogmaals, het is het dubbele van dat van 96 kHz, en je zult niet echt muziek vinden die is opgenomen met een hogere samplefrequentie. Dit is voor mensen die de absoluut hoogste samplefrequentie willen die de industrie kan bieden.
Waarom is 44,1 kHz speciaal?
Van alle standaard samplefrequenties lijkt 44,1 kHz uit te steken. Het is niet deelbaar door 48, en het is de enige met een decimaalteken. Waarom is dit dan de definitieve cd-kwaliteitsnorm? Welnu, het heeft allemaal te maken met de stelling van Nyquist-Shannon. Als we hier te diep op ingaan, zou dit een heel college-essay worden, dus we zullen het simpel houden.
De stelling van Nyquist-Shannon stelt dat een signaal, om nauwkeurig te kunnen worden gereconstrueerd, moet worden bemonsterd op ten minste tweemaal de hoogste frequentie. De stelling geldt niet alleen voor audio, maar laten we hiermee niet te ver het bos ingaan.
Het menselijk oor kan tonen tot wel 20 kHz (20.000 Hz) horen. Volgens de stelling van Nyquist-Shannon moet dat geluid, om een geluid voor het menselijk oor goed te kunnen reconstrueren, worden bemonsterd met een snelheid die tweemaal zo hoog is als de hoogste frequentie die een mens kan horen. Omdat het menselijk oor tot wel 20.000 Hz kan horen, moet het geluid op minimaal 40 kHz (40.000 Hz) worden gesampled.
Lager dan dat, en het menselijk oor zal kwaliteitsverlies kunnen horen. Er zijn bemonsteringsfrequenties onder 44,1 kHz, zoals 36 kHz, 24 Hz, enzovoort. Het is duidelijk dat je met deze samplefrequenties niet naar muziek wilt luisteren.
Wat betreft waarom de standaard 44,1 kHz is en niet 40 kHz: er doen verschillende theorieën en verklaringen de ronde die dit proberen uit te leggen. Geen van hen lijkt echter op een solide verklaring te komen.
Wat is bitdiepte?
Wanneer u een bemonsteringsfrequentie ziet, gaat deze vaak gepaard met een ander getal. Meestal zie je getallen als 16-bit, 24-bit en 32-bit. Dit nummer is de Beetje diepteen mensen krijgen dit getal doorgaans verward met de bitsnelheid. Deze cijfers zijn echter totaal verschillend.
Mensen halen ook bitdiepte en samplefrequentie door elkaar, en zeggen dat een hogere bitdiepte leidt tot audio met een hogere resolutie. Hoewel dat technisch gezien niet waar is, leidt een hogere bitdiepte wel tot beter klinkende audio. Waarom is dat?
Laten we eens kijken naar de ADC (analoog naar digitaal converter). Zoals u zich kunt voorstellen, neemt de ADC samples van een audiogolf en zet deze allemaal om in een digitaal signaal. Elke sample vertegenwoordigt een deel van de geluidsgolf en verschilt van andere samples. Het punt is dat de kwaliteit van de ADC de nauwkeurigheid van elk monster bepaalt.
Vereenvoudigd voorbeeld
Een goede manier om de bitdiepte te onderzoeken is dus door naar een vereenvoudigd voorbeeld te kijken. We gebruiken een eenvoudige geluidsgolf, een bemonsteringsfrequentie van slechts 16 Hz, een ACD met slechts vier tanden (twee aan elke kant, dus dit is een 2-bits ADC) en een ADC met acht tanden (vier aan elke kant) .
Even terzijde: het aantal tanden aan elke kant bepaalt niet altijd de bitdiepte. Verschillende fabrikanten ontwikkelden verschillende soorten ADC’s met een verschillend aantal tanden naarmate de bitdiepte toeneemt. In het belang van dit artikel houden we het echter simpel en laten we het aantal bits overeenkomen met de tanden.
Als je naar de onderstaande grafiek kijkt, is de X-as de bemonsteringssnelheid en de Y-as de bit. We zien de eenvoudige golf weergegeven in de grafiek. U zult merken dat dit 2-bits signaal vier lijnen op de X-as heeft. We zullen zo meteen uitleggen waarom.
Kijk naar grafiek #2 en merk op dat er stippen zijn die de ruwe vorm van de golf weergeven. Elke stip bevindt zich op de plaats waar de golf de X-as en de Y-as snijdt. Als de golf niet precies op een kruispunt landt, wordt de stip op het kruispunt geplaatst dat zich het dichtst bij de golf bevindt.
Grafieken #3 en #4 tekenen een lijn tussen de punten. Merk je dat, omdat de ruimte tussen de bits zo groot is, het moeilijk is om de golf goed in een grafiek weer te geven? We zien geen goede weergave van de golf. Waarom is het zo?
Laten we eens kijken naar een grafiek van onze ADC. We zien dat de chip slechts twee tanden heeft. Zoals eerder vermeld, zet de microfoon audiogolven om in een elektrisch signaal, en dat signaal gaat naar de ADC om in samples te worden verdeeld. Elk monster zal een reeks van maximaal twee binaire cijfers (1s en 0s) zijn, omdat er slechts twee tanden zijn.
Laten we bijvoorbeeld zeggen dat de eerste sample 10 is, de tweede 01, enzovoort. Er zijn vier verschillende mogelijke reeksen die een 2-bits ADC kan produceren (11, 00, 10 en 01). Daarom staan er vier lijnen op de X-as.
Naarmate de bitdiepte toeneemt, neemt ook het aantal mogelijke binaire cijfers toe. Een 4-ADC kan 16 verschillende combinaties opleveren, omdat elke reeks maximaal vier cijfers kan bevatten (0000, 0001, 0011…). Een 8-bits ADC kan 256 combinaties produceren. Om het aantal mogelijke combinaties te vinden, neemt u er gewoon 2 en verhoogt u deze tot de macht van de bitdiepte. Dus 2² = 4, 2⁴ = 16, 2⁸ = 256, enzovoort.
Laten we nu eens kijken naar een 4-bits ADC.
De X-as zal dichter zijn. Dit betekent dat de stippen de golf getrouwer kunnen weergeven. Een 4-bits ACD heeft nog steeds wat moeite met het uitzetten van de golf, maar je kunt zien dat de grafiek iets getrouwer is.
Niemand zou realistisch gezien een nummer opnemen met een 4-bit of zelfs een 8-bit ACD. Het industrieminimum is 16-bit audio. Een 16-bits ADC kan tot 65.536 combinaties produceren, wat behoorlijk moeilijk in een grafiek te zetten is. Een dergelijke grafiek zou de golf echter goed kunnen weergeven. We moeten er ook rekening mee houden dat de samplefrequentie veel hoger zou zijn in een professionele ADC.
Hoe beïnvloedt de bitdiepte de audio?
Zoals u zich kunt voorstellen, kan een 2-bits ADC het signaal niet goed reproduceren, omdat hij het voortdurend naar boven of naar beneden moet afronden. Dit heet kwantisering. Hoe extremer de kwantisering, hoe meer ruis je in het signaal krijgt. De amplitude van het signaal blijft iets hoger en lager landen dan de werkelijke golf. Dit veroorzaakt willekeurige stukjes ruis. Terwijl de audio wordt afgespeeld, hoor je dat deze willekeurige stukjes audio zich opstapelen en witte ruis worden.
Dit is misschien geen 1-op-1-vergelijking, maar denk eens aan digitale ruis in een video. Je ziet overal in de video kleine stukjes kleur in en uit springen. Dat kan vergelijkbaar zijn met witte ruis in een audiobestand.
Wat is bitsnelheid?
Zoals eerder vermeld, verwarren mensen doorgaans bitdiepte en bitsnelheid. Bitrate is eigenlijk iets eenvoudiger uit te leggen; er zijn niet zoveel grafieken voor nodig; het is eigenlijk gewoon een vergelijking.
Om de bitsnelheid te bepalen, neemt u de bemonsteringsfrequentie en vermenigvuldigt u deze met de bitdiepte. Vervolgens neemt u dat product en vermenigvuldigt u het met het aantal kanalen van de audio (meestal 2). Neem ten slotte dat grote getal en deel het door 1.000.
Laten we een typisch voorbeeld nemen: 16-bit/44,1 kHz. Ten eerste: vermenigvuldig 16 niet met 44,1. Omdat 44,1 kHz over 44.100 samples in een seconde gaat, moet je 16 met 44.100 vermenigvuldigen. (44.100 × 16 = 705.600).
Neem dat getal en vermenigvuldig het met 2, aangezien je audio twee kanalen heeft. (705.600 × 2 = 1.411.200).
Het grote getal dat je krijgt is het aantal bits per seconde. Om een schoner getal te krijgen, deel je het door 1000, en je krijgt het aantal kilobits per seconde. (1.411.200 ÷ 1.000 = 1.411,2). De bitsnelheid is dus 1.411,2 kbps. Dat zie je misschien als je naar de audiospecificaties van een cd of een nummer van cd-kwaliteit kijkt.
Andere typische bitsnelheden die u zult zien zijn 128 kbps, 196 kbps en 320 kbps. Met een hogere bitdiepte en bemonsteringsfrequenties krijgt u hogere bitsnelheden.
Houd deze voorwaarden in de gaten
Het beste wat u kunt doen, is uzelf vertrouwd maken met het jargon. Audiofiel worden kan een behoorlijk duur en ingewikkeld proces zijn. Het kennen van deze voorwaarden kan echter enorm helpen! Als u bijvoorbeeld op zoek bent naar een Bluetooth-koptelefoon/-oordopjes, wilt u weten met welke codecs deze compatibel zijn. Codecs zoals Qualcomm’s aptX HD bereiken een topsnelheid van 24-bit/48kHz. Als je een luisterervaring van hogere kwaliteit wilt, zou je een paar willen kopen dat compatibel is met die codec, in tegenstelling tot een codec die uitkomt op 16-bit/44,1 kHz.
Wist u ook dat Android een limiet heeft die ervoor zorgt dat de audiokwaliteit niet boven de 48 kHz komt? Dat is belangrijk om te weten als je een Android-gebruiker bent. Tot slot: wil je een audio-opstelling samenstellen? Welnu, je zult de specificaties van je DAC, versterker, voorversterker en andere apparaten willen weten, en de samplefrequentie, bitdiepte en bitsnelheid behoren tot die specificaties.
Meer weten over de audio die je oren binnenkomt, is de eerste stap op weg naar een audiofiel.
