Definizione di frequenza di campionamento
La frequenza di campionamento definisce quante volte al secondo campioniamo o eseguiamo una misurazione di un segnale audio analogico mentre viene convertito in un segnale digitale.
La frequenza di campionamento determina la risposta in frequenza di una registrazione audio. In particolare, il teorema di Nyquist afferma che la frequenza audio più alta che possiamo registrare è la metà della frequenza di campionamento.
Ciò significa che con una frequenza di campionamento di 44,1 kHz, possiamo registrare segnali audio fino a 22,05 kHz. Allo stesso modo, una frequenza di campionamento di 96 kHz consente 48 kHz di larghezza di banda audio.
Se proviamo a registrare frequenze audio superiori alla metà della frequenza di campionamento (chiamata anche frequenza di Nyquist), possono verificarsi artefatti udibili chiamati aliasing. L’aliasing della frequenza audio è molto simile all’effetto ruota del carro visto nei video. Quando una ruota a raggi inizia a girare e la sua velocità di rotazione aumenta, inizia a sembrare che rallenti e poi giri all’indietro.
Questo effetto si verifica quando la velocità del volante si avvicina alla frequenza dei fotogrammi del video. Gli alias audio sono frequenze che si riflettono al di sotto della frequenza di Nyquist e suonano come strane armoniche non musicali.
I convertitori da analogico a digitale utilizzano un filtro passa-basso prima del campionamento in modo che nessun audio al di sopra della frequenza di Nyquist entri nel convertitore AD. Questo filtro passa basso viene definito filtro anti-alias.
Sfortunatamente, i filtri passa-basso hanno alcuni effetti collaterali. Se applichiamo un filtro passa basso delicato per eliminare tutto ciò che è al di sopra, diciamo 22 kHz, ridurremo anche leggermente il livello dell’audio fino a un’ottava al di sotto di 22 kHz o 11 kHz.
Per evitarlo, potremmo usare un filtro passa-basso molto ripido, ma i filtri ripidi creano artefatti udibili come sfasamenti. La maggior parte dei convertitori AD moderni campionano effettivamente a una frequenza di campionamento molto elevata e quindi effettuano il downsampling alla frequenza di campionamento scelta per evitare i problemi creati dai filtri passa-basso analogici.
Sappiamo che l’udito umano copre da circa 20 Hz a 20 kHz, quindi perché avremmo bisogno di frequenze di campionamento superiori a 44,1 kHz? Una risposta è che molte persone, compresi gli scienziati, affermano che gli esseri umani possono percepire suoni fino a 50 kHz attraverso la conduzione ossea.
Questa affermazione potrebbe teoricamente essere corretta, ma attraverso l’aria gli esseri umani sentono solo fino a circa 20 kHz, quindi in un mondo perfetto 20 kHz sarebbero tutta la gamma di frequenza necessaria agli esseri umani.
Il secondo motivo è più pratico. Interfacce, convertitori AD e persino plug-in possono suonare in modo diverso a frequenze di campionamento diverse, a seconda della loro architettura e di come gestiscono l’aliasing.
Frequenza di campionamento standard
La maggior parte dei primi 40 record commerciali vengono registrati, mixati e masterizzati a 44,1 kHz o 48 kHz. Tieni presente che gli studi professionali utilizzano convertitori di alta qualità che suonano alla grande a tutte le frequenze di campionamento.
Uno dei motivi per attenersi al campionamento a 44,1 o 48 kHz è semplicemente quello di risparmiare la potenza della CPU. Molte canzoni pop contengono centinaia di tracce audio e frequenze di campionamento elevate potrebbero non consentire troppe istanze di plug-in ad alta intensità di CPU.
La musica distribuita su CD è 44,1 kHz mentre la musica incorporata nel video è solitamente 48 kHz, quindi entrambi i formati sono popolari e completamente accettabili.
Elevate frequenze di campionamento
Per registrazioni audiofile e progetti di sound design, consiglio la frequenza di campionamento di 96 kHz. Questa frequenza di campionamento elimina l’aliasing ad alta frequenza udibile e le distorsioni indotte dal filtro dalla conversione e dai plug-in di AD.
Potrebbe essere sorprendente apprendere che i file audio a 96 kHz forniscono una latenza di elaborazione inferiore. La latenza del plug-in si basa su un certo numero di campioni indipendentemente dalla frequenza di campionamento, quindi a frequenze di campionamento più elevate un determinato numero di campioni scorre più rapidamente rispetto a frequenze di campionamento inferiori. Questo è il motivo per cui le console digitali per il suono dal vivo spesso funzionano a 96 kHz.
Per i sound designer, 96 kHz consente all’audio di essere spostato di un’ottava verso il basso e di conservare comunque alcuni contenuti ad alta frequenza, a condizione che il microfono e la catena di registrazione possano acquisire almeno 40 kHz.
Immagina di registrare un combattimento con la spada per un videogioco o un film e di spostare i suoni metallici a una frequenza più bassa per un impatto esagerato. Se fossi limitato all’audio a 22 kHz (frequenza di campionamento di 44,1 kHz) e spostassi la registrazione verso il basso di un’ottava, non ci sarebbe audio al di sopra di circa 10 kHz.
Indipendentemente dalla frequenza di campionamento della sessione DAW, dovresti anche eseguire il sovracampionamento sui plug-in che forniscono l’opzione. L’oversampling consente a un plug-in di funzionare internamente a una frequenza di campionamento elevata rispetto alla sessione: 2x, 4x, 8x o anche superiore.
Ciò riduce qualsiasi aliasing udibile che potrebbe verificarsi se il plug-in stesso crea frequenze superiori alla frequenza di Nyquist. Il sovra campionamento è particolarmente importante per plug-in come compressori, limitatori, saturatori ed eccitatori che creano intrinsecamente una distorsione armonica.
Migliore scelta per la frequenza di campionamento
Se senti la necessità di registrare a frequenze di campionamento superiori a 96 kHz, dovresti dedicare una notevole quantità di tempo a testare convertitori, DAW e plug-in per trovare un flusso di lavoro adatto al tuo scopo. Le frequenze di campionamento pari o superiori a 96 kHz metteranno a dura prova la tua CPU, ridurranno il numero di tracce e forniranno meno scelte di plug-in. In genere consiglierei di non lavorare a 176 kHz o 192 kHz a meno che tu non abbia veramente studiato i pro e i contro di quelle frequenze di campionamento elevate. IO consiglio di usare una frequenza di campionamento minima di 48 kHz e una frequenza di campionamento preferita di 96 kHz per la produzione e la distribuzione di audio ad alta risoluzione.
Conversione della frequenza di campionamento
A volte la conversione della frequenza di campionamento è inevitabile e molte utilità software forniscono un’eccellente conversione della frequenza di campionamento. Ecco alcuni programmi di conversione della frequenza di campionamento consigliati: Voxengo r8brain , Weiss Saracon , Pro Tools SRC (utilizzando le sue impostazioni TweakHead), Izotope Resample e SoX . Molti altri programmi forniscono risultati eccellenti e le DAW migliorano continuamente i loro algoritmi SRC.
Tieni a mente questi problemi e scegliere la migliore frequenza di campionamento per il tuo progetto non dovrebbe essere troppo difficile.
