17. The higher the better.

Sample rate and resolution. Not everyone will know these terms but they are in fact important pillars in this current (digital) music age.

Let me start with the least important term: sample rate or sampling frequency. Long ago, the early eighties of the previous century, the compact disc was invented by Philips and Sony in Holland and Japan. From that moment our music experience would be changed for the better, since: Digital = Better! By now we know better. If only we look at the revival of the completely analog vinyl record. The technique behind this digital medium (and all other digitally produced music) is fairly complex and I won’t bother you with Nyquist, digital filtering and aliasing.

No, let’s imagine the process of sampling (yes, that’s what we call the chopping up of analog waveforms into digital pieces) simply as an A4 sized piece of paper filled with tiny boxes. On the horizontal axis, time, we have 44100 boxes (for CD). The vertical axis displays the level in decibels. Next we draw a sinus-like shape (see the image). The sinus is drawn over the 44100 boxes. Every time the line passes a box a digital image is made of the signal and here we have the process of sampling.

Sampling audio

But why did we choose to take 44100 samples per second? Well, according to the sampling theory of uncle Harry Nyquist the Nyquist frequency is half the sampling frequency and is therefore also the bandwidth of the audible signal.

Okay, stop! Hold your horses! You were sayin’? Yes, sampling is a rather intelligent and complex process but in short this is what it comes down to: At a sampling frequency of 44100 Hz (Hertz are the units) the theoretically audible frequency range or bandwidth is 22050 Hz. Be aware, this is the theory. In practice this frequency is lower due to the artifacts of digital filtering to prevent aliasing.

To prevent aliasing of you readers you may quickly forget the previous sentence. The frequency range of compact disc is roughly 20 to 20 kHz (=20000 Hz).
The audio and studio world never stands still. During the nineties and beyond engineers started experimenting with higher sample rates, even up until 96000 Hz. That’s pretty high, especially when we take into account that if we’re lucky and blessed with great hearing we’re able to hear tones of 20000 Hz.

Roughly there are two camps. The first camp is convinced that higher sample rates (88200, 96000 or even higher) sound better and more natural and then there’s camp two: the camp of the lower sample rates (44100 and 48000 Hz). They find these lower frequencies to be sufficient and are convinced that the quality of music is much more than a couple of impressive high numbers.

I tend to place myself into camp two. The sampling frequency is merely supportive to a good piece of music, hitting you into your flesh and bones! There are other (also technical) issues related to sampling that I find equally important. What these are I will tell you next month.

Happy sampling!

Renzo



Previous
Next

17. The higher the better.

Sample rate en resolutie, termen die niet iedereen gelijk iets zullen zeggen. Toch zijn dit belangrijke technische pijlers onder het huidige (digitale) muziektijdperk.

Laat ik bij de eerste en minst belangrijke beginnen: sample rate, ook wel samplingfrequentie of bemonsteringsfrequentie genoemd. Het laatste woord vind ik enigszins erotiserend, maar dat geheel terzijde.

Lang geleden, we schrijven begin jaren tachtig van de vorige eeuw, werd door Philips (en Sony) in onder anderen Nederland een belangrijke uitvinding gedaan: de compact disc. Vanaf dat moment zou alles beter worden op muziekgebied want: Digitaal = Beter! Anno nu weten we gelukkig beter. De techniek achter dit digitale medium (en alle andere op digitale wijze geproduceerde muziek) is best complex en ik zal jullie niet al te veel lastigvallen met Nyquist, digitale filtering en aliasing.

Neen, laten we het proces van sampling (want zo heet het in stukjes hakken van een analoge golfvorm) eenvoudig voorstellen als een A4-tje met daarop allemaal kleine ruitjes. Op de horizontale as, de tijd, zijn dat er (voor cd) 44100. Op de verticale as het level in decibellen. Vervolgens teken je op het A4-tje een sinus-achtige golfvorm (zie afbeelding). De lijn van de sinus loopt over de 44100 vakjes heen en bij ieder vakje wordt er van een stukje van het analoge signaal een soort digitale foto gemaakt et voilà: sampling is een feit!

Sampling audio

Maar waarom is er destijds gekozen om 44100 samples per seconde te nemen? Welnu, volgens de theorie van ome Harry Nyquist is de Nyquistfrequentie de helft van de samplingfrequentie en daarmee ook de bandbreedte van het hoorbare signaal.

Ho! Stop! Hold your horses! Wablief? Ja, sampling is best een knap en ingewikkeld proces maar het komt kort gezegd hierop neer:
Bij een samplingfrequentie van 44100 Hz (Hertz is de eenheid) is het theoretisch hoorbare frequentiebereik ofwel de bandbreedte 22050 Hz. Let wel, dit is de theorie. In de praktijk ligt dit wat lager door gebruik van digitale filtering om aliasing te voorkomen.
Om aliasing bij de lezers te voorkomen mag u de voorgaande zin gauw vergeten. Het frequentiebereik van een cd loopt ruwweg van 20 Hz tot 20 kHz (=20000 Hz).

Nu is er in audio- en studioland van alles gaande, de techniek staat nooit stil. Gedurende de jaren negentig van de vorige eeuw en daarna werd er steeds meer geëxperimenteerd met hogere samplingfrequenties tot wel 96000 Hz, en dat terwijl ons gehoor blij mag zijn als het een toon van 20000 Hz kan horen.

Grofweg zijn er twee kampen. Het kamp wat er stellig van overtuigd is dat hogere sample rates (88200, 96000 of zelfs hoger) beter en natuurlijker klinken en kamp twee: het kamp van de lagere sample rates (44100 en 48000 Hz). Zij vinden dit ruim voldoende en vinden dat de kwaliteit van muziek meer inhoudt dan indrukmakende hoge getallen.

Ik neig mijzelf onder kamp twee te scharen; de samplingfrequentie is slechts ondersteunend aan een goed stuk muziek wat je tot in je botten raakt! Er zijn andere (ook technische) zaken die ik belangrijker vind en die ook te maken hebben met sampling.
Wat die zaken zijn vertel ik je volgende maand.

Happy sampling!

Renzo



Vorige
Volgende

© 1973 Masterenzo Mastering | Rotterdam