44100 Гц - 44,100 Hz

В цифровом аудио , 44100  Гц (поочередно представлен в виде 44,1 кГц ) является общей частоты дискретизации . Аналоговый звук часто записывается путем дискретизации 44 100 раз в секунду, а затем эти образцы используются для восстановления аудиосигнала при его воспроизведении.

Частота дискретизации звука 44,1 кГц широко используется из-за формата компакт-диска (CD), начиная с его использования Sony с 1979 года.

История

Частота дискретизации 44,1 кГц возникла в конце 1970-х годов с помощью адаптеров PCM , которые записывали цифровой звук на видеокассеты , в частности Sony PCM-1600, представленного в 1979 году и перенесенного в последующие модели этой серии. Затем это стало основой для компакт-диска Digital Audio (CD-DA), определенного в стандарте Красной книги в 1980 году. Его использование продолжалось как опция в таких стандартах 1990-х годов, как DVD , а в 2000-х годах - в таких стандартах, как HDMI . Эта частота дискретизации обычно используется для MP3 и других потребительских форматов аудиофайлов, которые изначально были созданы из материала, скопированного с компакт-дисков.

Происхождение

Выбор частоты дискретизации был основан прежде всего на необходимости воспроизведения слышимого диапазона частот 20–20 000 Гц (20 кГц). Найквиста-Шеннона выборки теорема утверждает , что частота дискретизации в два раза больше , чем максимальная частота сигнала , который должен быть записан необходимо, в результате чего требуемой скорости , по меньшей мере , 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 дебатов между производителями, в частности Sony и Philips , и ее внедрения Sony, что привело к фактическому стандарту. 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, предложенным 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.

Человеческий слух и обработка сигналов

Найквиста-Шеннона выборки теорема говорит частота дискретизации должна быть больше , чем в два раза максимальную частоту одного желания к размножению. Поскольку диапазон человеческого слуха составляет примерно от 20 Гц до 20 000 Гц, частота дискретизации должна быть более 40 кГц.

Кроме того, перед дискретизацией сигналы должны быть отфильтрованы нижними частотами, чтобы избежать искажений . Хотя 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 не причинен , поэтому на практике переходная полоса необходимо там, где частоты частично ослаблены. Чем шире эта переходная полоса, тем проще и экономичнее сделать фильтр сглаживания . Частота дискретизации 44,1 кГц допускает переходную полосу 2,05 кГц.

Запись на видеооборудование

Ранний цифровой звук был записан на существующие аналоговые кассеты с видеокассетами, поскольку видеомагнитофоны были единственными доступными транспортными средствами с достаточной емкостью для хранения значимых длин цифрового звука. 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 с видео PAL и NTSC и требующей кодирования не более 3 выборок на видеостроку на аудиоканал.

Частота дискретизации складывается следующим образом:

	Активные линии / поле	Поля в секунду	Образцы / линия	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 в кадре из 625 строк.

Связанные ставки

44,100 - это произведение квадратов первых четырех простых чисел ( ) и, следовательно, имеет много полезных целочисленных множителей . Кажется совпадением, что частота дискретизации 44,1 кГц также ровно в 4 раза превышает линейную частоту старого немецкого телевизионного стандарта с 441 строкой , который имел частоту 441 × 50 ÷ 2 = 11025 Гц (441 строка на кадр, 50 полей в секунду, 2 поля в кадре). ${\ Displaystyle 2 ^ {2} \ cdot 3 ^ {2} \ cdot 5 ^ {2} \ cdot 7 ^ {2}}$

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 скорости полезны как по обычной причине обеспечения дополнительного разрешения (следовательно, менее чувствительны к искажениям, вносимым редактированием), так и для облегчения фильтрации нижних частот, поскольку гораздо более широкая полоса перехода (между слышимым человеком на 20 кГц и частота дискретизации). Частоты 88,2 кГц и 176,4 кГц в основном используются, когда конечной целью является компакт-диск.

Другие ставки

Несколько других частот дискретизации также использовались в раннем цифровом аудио. Частота дискретизации 50 кГц, использовавшаяся Soundstream в 1970-х 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 стереовещания FM с полосой пропускания 15 кГц. Некоторое количество цифрового аудио 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 44100 кГц и 48000 кГц было затруднено из-за высокого отношения между этими частотами, так как наименьший общий знаменатель 44100 и 48000 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.

Положение дел

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 кратными 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 HDMI TV (2003 г.) допускает как 44,1 кГц, так и 48 кГц (и их кратные). Это обеспечивает совместимость с DVD-плеерами, воспроизводящими содержимое CD, VCD и SVCD . Стандарты DVD-Video и Blu-ray Disc используют 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 имеют выходную частоту только 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.

Смотрите также

• Частоты кварцевого генератора

Ноты

Рекомендации