Войти
В цифровом аудио, 44,100 Hz (альтернативно представленный как 44,1 кГц ) является общим частота дискретизации. Аналоговый звук записывается путем дискретизации 44 100 раз в секунду, а затем эти отсчеты используются для восстановления аудиосигнала при его воспроизведении.
Частота дискретизации звука 44,1 кГц широко используется из-за формата компакт-диска (CD), восходящего к его использованию Sony с 1979 года.
Ранний цифровой звук был записан на U-matic видеокассеты.Частота дискретизации 44,1 кГц возникла в конец 1970-х с адаптером PCM, который записывал цифровой звук на видеокассеты, в частности, Sony PCM-1600, представленный в 1979 году и перенесенный в последующие модели этой серии. Затем это стало основой для Compact Disc Digital Audio (CD-DA), определенного в стандарте Red Book в 1980 году. Его использование продолжалось как опция в стандартах 1990-х, таких как DVD, а в 2000-х годах такие стандарты, как HDMI. Эта частота дискретизации обычно используется для MP3 и других бытовых форматов аудиофайлов, которые изначально были созданы из материала , скопированного с компакт-дисков.
Выбор частоты дискретизации был основан, прежде всего, на необходимости воспроизведения слышимого диапазона частот 20–20 000 Гц (20 кГц). Теорема выборки Найквиста – Шеннона гласит, что требуется частота дискретизации более чем в два раза превышающая максимальную частоту записываемого сигнала, что дает требуемую частоту не менее 40 кГц. Точная частота дискретизации 44,1 кГц была унаследована от адаптеров PCM, которые были наиболее доступным способом передачи данных из студии звукозаписи производителю компакт-дисков на момент разработки спецификации компакт-дисков.
Ставка была выбрана после обсуждения между производителями, в частности, Sony и Philips, и его реализации Sony, в результате чего был принят стандарт де-факто. Фактический выбор скорости был предметом некоторых дискуссий, с другими альтернативами, включая 44,1 / 1,001 ≈ 44,056 кГц (соответствует частоте цветового поля NTSC 60 / 1,001 = 59,94 Гц) или приблизительно 44 кГц, предложенные Philips. В конечном итоге Sony выиграла как по частоте дискретизации (44,1 кГц), так и по битовой глубине (16 бит на выборку, а не 14 бит на выборку). Техническое обоснование выбора ставки заключается в следующем.
Теорема выборки Найквиста – Шеннона гласит, что частота дискретизации должна быть более чем в два раза больше максимальной частоты, которую нужно воспроизвести. Поскольку диапазон слышимости человека составляет примерно от 20 Гц до 20 000 Гц, частота дискретизации должна быть более 40 кГц.
Кроме того, перед выборкой сигналы должны быть отфильтрованы нижними частотами, чтобы избежать наложения. В то время как идеальный фильтр нижних частот будет идеально пропускать частоты ниже 20 кГц (без их ослабления) и идеально срезать частоты выше 20 кГц, такой идеальный фильтр теоретически и практически невозможно реализовать, поскольку он непричинен, поэтому на практике необходима переходная полоса , где частоты частично ослаблены. Чем шире эта переходная полоса, тем проще и экономичнее создать фильтр сглаживания . Частота дискретизации 44,1 кГц допускает переходную полосу 2,05 кГц.
Ранний цифровой звук был записан на существующие аналоговые видеокассеты, поскольку видеомагнитофоны были единственными доступными транспортерами с достаточной емкостью для хранения значимых длин цифровых аудио. Чтобы обеспечить возможность повторного использования с минимальной модификацией видеооборудования, они работали с той же скоростью, что и видео, и использовали большую часть тех же схем. 44,1 кГц считается самой высокой используемой скоростью, совместимой как с видео PAL, так и с NTSC и требующей кодирования не более 3 выборок на видеостроку на аудиоканал.
Частота дискретизации составляется следующим образом:
| Активных строк / поле | Поля / секунду | Выборок / строка | Результирующая частота дискретизации | |
|---|---|---|---|---|
| NTSC | 245 | 60 | 3 | 245 × 60 × 3 = 44,100 Гц |
| PAL | 294 | 50 | 3 | 294 × 50 × 3 = 44 100 Гц |
NTSC имеет 490 активных строк на кадр из 525 строк; PAL имеет 588 активных строк на кадр из 625 строк.
44,100 - это произведение квадратов первых четырех простых чисел (
Используются различные кратные 44,1 кГц - более низкие частоты 11,025 кГц и 22,05 кГц находятся в файлах WAV и подходят для приложений с низкой пропускной способностью, тогда как более высокие частоты 88,2 кГц и 176,4 кГц используются при мастеринге и в DVD-Audio - более высокие частоты полезны как по обычной причине обеспечения дополнительного разрешения (следовательно, менее чувствительны к искажениям, вносимым редактированием), так и для уменьшения пропускать фильтрацию проще, так как возможна гораздо большая переходная полоса (между слышимым человеком при 20 кГц и частотой дискретизации). Частоты 88,2 кГц и 176,4 кГц в основном используются, когда конечной целью является компакт-диск.
Несколько других частот дискретизации также использовались в раннем цифровом аудио. Частота дискретизации 50 кГц, используемая Soundstream в 1970-х годах после прототипа 37 кГц. В начале 80-х годов прошлого века в радиовещании использовалась частота дискретизации 32 кГц (особенно в Великобритании и Японии), потому что этого достаточно для трансляций FM стерео с полосой пропускания 15 кГц. Некоторое количество цифрового звука было предоставлено для домашнего использования в двух несовместимых форматах EIAJ, соответствующих 525 / 59,94 (44 056 Гц) и 625/50 (44,1 кГц).
Формат Digital Audio Tape (DAT) был выпущен в 1987 году с дискретизацией 48 кГц. Эта частота дискретизации стала стандартной для профессионального звука. До недавнего времени преобразование частоты дискретизации между 44 100 кГц и 48 000 кГц было затруднено из-за высокого отношения между этими частотами, поскольку наименьший общий знаменатель 44 100 и 48 000 составляет 147: 160, но с помощью современных технологий это преобразование выполняется быстро и эффективно. Ранние бытовые машины DAT не поддерживали 44,1 кГц, и это различие затрудняло создание прямых цифровых копий компакт-дисков 44,1 кГц с использованием оборудования DAT 48 кГц.
Из-за популярности компакт-дисков, существует большое количество оборудования с частотой 44,1 кГц, а также большая часть аудио, записанного с частотой 44,1 кГц (или кратной ей). Однако в некоторых более поздних стандартах используется 48 кГц в дополнение или вместо 44,1 кГц. В видео сейчас стандартом является 48 кГц, но для аудио, предназначенного для компакт-дисков, по-прежнему используется 44,1 кГц (и кратные).
Стандарт телевидения HDMI (2003 г.) допускает как 44,1 кГц, так и 48 кГц (и их кратные). Это обеспечивает совместимость с DVD-плеерами, воспроизводящими CD, VCD и SVCD контент. В стандартах DVD-Video и Blu-ray Disc используются только значения, кратные 48 кГц.
Большинство звуковых карт ПК содержат цифро-аналоговый преобразователь, способный работать на частоте 44,1 или 48 кГц. Некоторые старые процессоры включают только выходную частоту 44,1 кГц, а некоторые более дешевые новые процессоры включают только выходную частоту 48 кГц, что требует от ПК выполнения цифрового преобразования частоты дискретизации для вывода других частот дискретизации. Точно так же карты имеют ограничения по частоте дискретизации, которую они поддерживают для записи.
