Никита Дорошенко

Звукорежиссер

Передискретизация или oversampling - применение частоты дискретизации выше, чем 44.1 кГц. Вокруг этого понятия сложилось множество мифов! 96 лучше, чем 44.1? А может, сразу 192? Одни утверждают, что слышат разницу, другие работают в 44.1 и не парятся. Так для чего же на самом деле нужна передискретизация? Когда она оправдана? Давайте разберёмся!

Передискретизация или oversampling - применение частоты дискретизации выше, чем 44.1 кГц.

Звуковая волна или её представление в аналоговом виде выглядит так:

Аудиоволна в аналоговом виде
Как видите, она непрерывна и имеет плавную форму. На деле это означает, что для любой произвольно взятой точки существует значение амплитуды, а количество таких точек (и, соответственно, значений амплитуды волны) бесконечно.

Цифровая аудиоволна выглядит иначе.

Дискретизация
При оцифровке волна делится на равные отрезки, для каждого из которых определяется значение амплитуды. Частота таких амплитудных замеров определяет их количество за единицу времени и называется частотой дискретизации. Например, при выбранной частоте 48 кГц для одной секунды будет существовать 48 000 значений амплитуды.

Аналоговая и цифровая аудиоволна
Аналоговая и цифровая аудиоволна
По рисунку видно, что цифровая волна всегда будет стремиться к своему аналоговому прототипу, но никогда его не повторит.

Но есть и хорошая новость! Можно без потерь и искажений восстановить аудиосигнал из цифры в аналог, достаточно лишь соблюсти некоторые условия:

частота дискретизации должна как минимум вдвое превышать максимальную частоту колебаний в сигнале (об этом говорит нам теорема Котельникова)
сам сигнал должен быть ограничен по спектру и не выходить за пределы половины частоты дискретизации (так называемая частота Найквиста)
Выходит, что слышимый нами диапазон до 20 кГц можно без потерь перевести в цифру и обратно с частотой дискретизации 40 кГц. Но это теория. На практике же идеально отфильтровать сигнал, ограничив его 20ю килогерцами, не получится - любой фильтр имеет крутизну среза.

Если часть сигнала выйдет за пределы частоты Найквиста, она будет оцифрована с ошибкой (так называемый эффект алиасинга или alias), причём эта ошибка приведёт к слышимым искажениям. Поэтому частоту дискретизации выбирают с запасом - это позволяет избежать искажений в слышимой части спектра. Так появился стандарт 44.1 кГц.

Теперь самое интересное!

В теории 44.1 кГц достаточно для того, чтобы весь слышимый спектр записывался и воспроизводился без потерь в цифровой среде. Так для чего же нам тогда оверсэмплинг?

По сути он просто увеличивает частотный диапазон далеко за пределы слышимого. Звучит довольно бесполезно) Однако в реальности есть ситуации, когда оверсэмплинг оправдан, а иногда даже необходим!

💿 не все AD-DA конвертеры одинаково хороши) Вышеописанное - лишь теория. На практике anti-alias фильтры и clock -генератор (тот,что генерирует частоту дискретизации) могут быть далеки от совершенства, тогда велика вероятность не совсем идеальной работы конвертера в 44.1. В такой ситуации оверсэмплинг может улучшить результат

💿 в цифровой среде мы не только записываем и воспроизводим аудио - мы ещё его обрабатываем! Так вот, любая цифровая обработка, точнее её качество, напрямую зависит от частоты дискретизации. Любой плагин, не работающий в режиме оверсэмплинга, производит цифровые артефакты.

Попробуйте сами запустить простую синусоиду в сатуратор в режиме оверсэмплинга и без него. Во втором случае вы увидите, как новые гармоники выстроятся не только выше, но и ниже исходного синуса. Это и будет тот самый алиасинг!

💿 несмотря на уверенное доминирование цифровых технологий, многие по-прежнему выбирают старый добрый аналог. А любой гибридный сетап, включающий сумматоры, внешнюю обработку и т.д., предполагает несколько этапов оцифровки-расцифровки аудиосигнала. Такие многократные преобразования вполне способны привести к деградации сигнала. И тут на помощь приходит оверсэмплинг: поскольку он как бы "увеличивает цифровое разрешение" аудиосигнала, риск накопления ошибок в процессе его множественных преобразований из цифры в аналог и обратно снижается!

Что же, пока сплошные плюсы, не правда ли? Время добавить и ложечку дегтя) О минусах оверсэмплинга:

❄️ размер файлов. Он растёт пропорционально росту частоты дискретизации. Удвойте ее - и файл будет весить в 2 раза больше!

❄️ нагрузка на процессор. В режиме оверсэмплинга все плагины работают менее шустро. А для тех, кто использует DSP обработку, есть новость и похуже: её производительность неуклонно снижается с ростом частоты дискретизации (проще говоря, чем выше частота, тем меньше UADов вы сможете повесить)

❄️ для владельцев сложных сетапов из нескольких цифровых устройств, соединённых между собой, тоже есть нюансы. Пропускная способность оптики падает с ростом частоты дискретизации. Например, для частоты 192 кГц по протоколу ADAT вам будет доступно только 2 канала, а не 8, как обычно. К тому же, многие старые девайсы не поддерживают частоту выше 96 (а то и 48) кГц.

Какой же вердикт?

Как видите, минусы оверсэмплинга связаны исключительно с аппаратными ограничениями. Так что если ваш сетап позволяет вам с комфортом работать на высокой частоте дискретизации - можете даже не сомневаться, хуже точно не будет!

А вот любителей посравнивать исходники, записанные с разной частотой дискретизации, я вынужден расстроить! Пока вы не начнёте их обрабатывать, разницы вы не услышите - она лежит за пределами восприятия слуха и просто не может быть заметна! Все остальное - самовнушение)))

А что вы думаете на тему оверсэмплинга? Пишите в комментариях!