44,100 Hz - 44,100 Hz

I digital lyd er 44,100  Hz (vekselvis representert som 44,1 kHz ) en vanlig samplingsfrekvens . Analog lyd blir ofte tatt opp ved å sample den 44 100 ganger per sekund, og deretter brukes disse prøvene til å rekonstruere lydsignalet når du spiller det av.

Den 44,1 kHz lyd samplingsfrekvens er mye brukt på grunn av kompakt plate (CD) format, som kan dateres tilbake til bruken av Sony fra 1979.

Historie

Samplingsfrekvensen på 44,1 kHz oppstod på slutten av 1970-tallet med PCM-adaptere , som spilte inn digital lyd på videokassetter , særlig Sony PCM-1600 som ble introdusert i 1979 og videreført i påfølgende modeller i denne serien. Dette ble deretter grunnlaget for Compact Disc Digital Audio (CD-DA), definert i Red Book- standarden i 1980. Bruken av den har fortsatt som et alternativ i 1990-tallets standarder som DVD , og på 2000-tallet, standarder som HDMI . Denne samplingsfrekvensen brukes ofte for MP3- og andre lydfilformater for forbrukerne , som opprinnelig ble laget av materiale som ble revet fra CD-er.

Opprinnelse

Valget av samplingsfrekvens var først og fremst basert på behovet for å reprodusere det hørbare frekvensområdet på 20–20 000 Hz (20 kHz). Den Nyquist-Shannon samplingsteoremet sier at en samplingsfrekvens på mer enn to ganger den maksimale frekvens av det signal som skal registreres er nødvendig, noe som resulterer i en ønsket hastighet på minst 40 kHz. Den eksakte samplingsfrekvensen på 44,1 kHz ble arvet fra PCM-adaptere, som var den rimeligste måten å overføre data fra innspillingsstudioet til CD-produsenten på det tidspunktet CD-spesifikasjonen ble utviklet.

Hastigheten ble valgt etter debatt mellom produsenter, spesielt Sony og Philips , og implementeringen av Sony, noe som ga en de facto standard. Det faktiske valget av hastighet var poenget med en del debatt, med andre alternativer inkludert 44,1 / 1,001 ≈ 44,056 kHz (tilsvarende NTSC-fargefeltfrekvensen på 60 / 1,001 = 59,94 Hz) eller omtrent 44 kHz, foreslått av Philips. Til slutt vant Sony både samplingsfrekvens (44,1 kHz) og bitdybde (16 bits per prøve, i stedet for 14 bits per prøve). Den tekniske begrunnelsen bak den valgte satsen er som følger.

Menneskelig hørsel og signalbehandling

Den Nyquist-Shannon sampling teoremet sier samplingfrekvens må være større enn to ganger maksimal frekvens man ønsker å reprodusere. Siden menneskets hørselsområde er omtrent 20 Hz til 20 000 Hz, måtte samplingsfrekvensen være større enn 40 kHz.

I tillegg må signalene være lavpassfiltrert før prøvetaking for å unngå aliasing . Mens et ideelt lavpassfilter perfekt ville passere frekvenser under 20 kHz (uten å dempe dem) og perfekt kutte frekvenser over 20 kHz, er et slikt ideelt filter teoretisk og praktisk talt umulig å implementere, da det ikke er kausalt , så i praksis er et overgangsbånd er nødvendig, der frekvensene delvis dempes. Jo bredere dette overgangsbåndet er, jo lettere og mer økonomisk er det å lage et anti-aliasing filter . Samplingsfrekvensen på 44,1 kHz muliggjør et overgangsbånd på 2,05 kHz.

Opptak på videoutstyr

Tidlig digital lyd ble spilt inn på eksisterende analoge videokassettbånd, ettersom videospillere var de eneste tilgjengelige transportene med tilstrekkelig kapasitet til å lagre meningsfulle lengder på digital lyd. For å muliggjøre gjenbruk med minimal modifisering av videoutstyret, kjørte disse i samme hastighet som video, og brukte mye av det samme kretsløpet. 44,1 kHz ble ansett som den høyeste anvendelige frekvensen som er kompatibel med både PAL- og NTSC- video og krever koding ikke mer enn 3 prøver per videolinje per lydkanal.

Eksempelhastigheten er sammensatt som følger:

	Aktive linjer / felt	Felter / sekund	Prøver / linje	Resulterende samplingsfrekvens
NTSC	245	60	3	245 × 60 × 3 = 44,100 Hz
PAL	294	50	3	294 × 50 × 3 = 44 100 Hz

NTSC har 490 aktive linjer per ramme, av totalt 525 linjer; PAL har 588 aktive linjer per ramme, av totalt 625 linjer.

Relaterte priser

44,100 er produktet av kvadratene til de fire første primtallene ( ) og har derfor mange nyttige heltallfaktorer . I det som ser ut til å være en tilfeldighet, er samplingsfrekvensen på 44,1 kHz også nøyaktig 4 ganger linjefrekvensen til de gamle 441 linjene, den tyske TV-standarden, som hadde en frekvens på 441 × 50 ÷ 2 = 11 025 Hz (441 linjer per ramme, 50 felt per sekund, 2 felt per ramme). ${\ displaystyle 2 ^ {2} \ cdot 3 ^ {2} \ cdot 5 ^ {2} \ cdot 7 ^ {2}}$

Ulike multipler på 44,1 kHz brukes - de lavere hastighetene 11,025 kHz og 22,05 kHz finnes i WAV- filer, og er egnet for applikasjoner med lav båndbredde, mens de høyere hastighetene på 88,2 kHz og 176,4 kHz brukes i mastering og i DVD-Audio - de høyere hastighetene er nyttige både av den vanlige årsaken til å gi ekstra oppløsning (derav mindre følsomme for forvrengninger introdusert ved redigering), og også gjøre lavpasfiltrering lettere, siden et mye større overgangsbånd (mellom menneskelig hørbar ved 20 kHz og samplingsfrekvensen) er mulig. 88,2 kHz og 176,4 kHz-hastighetene brukes primært når det endelige målet er en CD.

Andre priser

Flere andre samplingsfrekvenser ble også brukt i tidlig digital lyd. En samplingsfrekvens på 50 kHz, brukt av Soundstream på 1970-tallet, etter en 37 kHz prototype. På begynnelsen av 1980-tallet ble en samplingsfrekvens på 32 kHz brukt i kringkasting (spesielt i Storbritannia og Japan), fordi dette er tilstrekkelig for FM-stereosendinger , som har 15 kHz båndbredde. Noe digital lyd ble levert til husholdningsbruk i to inkompatible EIAJ- formater, tilsvarende 525 / 59,94 (44 056 Hz sampling) og 625/50 (44,1 kHz sampling).

The Digital Audio Tape (DAT) format ble utgitt i 1987 med 48 kHz samplings. Denne samplingsfrekvensen har blitt standardhastigheten for profesjonell lyd . Inntil nylig ble samplingsfrekvenskonvertering mellom 44 100 kHz og 48 000 kHz komplisert av det høye forholdstallet mellom frekvensene for disse, da den laveste fellesnevneren på 44 100 og 48 000 er 147: 160, men med moderne teknologi oppnås denne konverteringen raskt og effektivt. Tidlige forbruker-DAT-maskiner støttet ikke 44,1 kHz, og denne forskjellen gjorde det vanskelig å lage direkte digitale kopier av 44,1 kHz CD-er ved bruk av 48 kHz DAT-utstyr.

Status

På grunn av populariteten til CD-er, eksisterer det mye 44,1 kHz utstyr, det samme gjør mye lyd som er spilt inn i 44,1 kHz (eller multipler derav). Imidlertid bruker noen nyere standarder 48 kHz i tillegg til eller i stedet for 44,1 kHz. I video er nå 48 kHz standarden, men for lyd målrettet mot CD-er blir det fortsatt brukt 44,1 kHz (og multipler).

Den HDMI TV-standarden (2003) gjør det mulig for både 44,1 kHz og 48 kHz (og multipler derav). Dette gir kompatibilitet med DVD-spillere som spiller CD-, VCD- og SVCD- innhold. De DVD-Video og Blu-ray Disc- standarder bruke multipler av 48 kHz bare.

De fleste PC- lydkort inneholder en digital-til-analog-omformer som kan fungere naturlig ved enten 44,1 kHz eller 48 kHz. Noen eldre prosessorer inkluderer bare 44,1 kHz-utgang, og noen billigere nyere prosessorer inkluderer bare 48 kHz-utgang, og krever at PC-en utfører digital samplingsfrekvensomregning for å utføre andre samplingsfrekvenser. På samme måte har kort begrensninger på samplingsfrekvensen de støtter for opptak.

Se også

• Krystalloscillatorfrekvenser

Merknader

Referanser