ما در این مقاله قرار است برخی از مبانی صدای دیجیتال را تشریح کنیم و به شما بگوییم این مبانی چگونه روی پروسه ضبط و موزیک پروداکشن تاثیر می‌گذارند. به طور مشخص روی سمپل ریت (نرخ نمونه برداری) و عمق بیت (Bit Depth) تمرکز خواهیم کرد.
صدای دیجیتال چیست؟
صدای دیجیتال نمایشی از صداست که قابلیت ذخیره‌سازی، پردازش و پلی‌بک روی کامپیوتر را دارد. در طول پروسه تبدیل آنالوگ به دیجیتال، شدت موج صوتی آنالوگ در فاصله مشخصی ضبط می‌شود که به آن سمپل ریت یا نرخ نمونه برداری می‌گویند. به بیان دیگر در هر ثانیه هزاران بار بلندی صدای موج صوتی آنالوگ نمونه برداری، اندازه‌گیری و ذخیره می‌شود. امواج صوتی آنالوگ به صورت متناوب و به شکل بی‌نهایتی متغیر هستند اما از آنجایی که ما نمی‌توانیم مقادیر بسیار کوچک را با تعداد محدود اعدادی که در کامپیوتر داریم ذخیره‌سازی کنیم، آن‌ها را گرد می‌کنیم.
سمپل ریت، عمق بیت و رزولوشن صدا
وقتی صحبت از مبانی صدای دیجیتال می‌شود، معمولا صدا را با ویدیو مقایسه می‌کنند. معمولا گفته می‌شود نرخ نمونه برداری در صدای دیجیتال مانند نرخ فریم در ویدیو است و عمق بیت هم مانند رزولوشن نمایشگر است.
اگرچه این مقایسه‌ها کمی درک بهتری از صدای دیجیتال به شما می‌دهند، اما نمی‌توان گفت این مقایسه صحیح است. بیشتر مردم به شکلی غریزی درک می‌کنند که در ویدیو نرخ فریم بالاتر، تصاویر روان‌تری را ایجاد می‌کند و رزولوشن بالاتر هم جزئیات تصویر بیشتری را به ما می‌دهد. اگر به مقایسه صدای دیجیتال و ویدیو استناد کنیم، این‌طور برداشت می‌شود که هرچه سمپل ریت بالاتر باشد سیگنال هموارتری داریم و هرچه عمق بیت بالاتر باشد هم جزئیات صدا افزایش پیدا می‌کند.
مشکل اینجاست که سمپل ریت و عمق بیت چنین تاثیری در صدای دیجیتال ندارند. مقایسه صدای دیجیتال با ویدیو بجز در شباهت میان فرکانس سمپلینگ و نرخ فریم و همچنین مقایسه اندازه هر سمپل با هر فریم تصویر، کاملا نادرست است. بله، ما می‌توانیم بگوییم هرچه سمپل ریت و عمق بیت صدا بالاتر باشد صدای ما رزولوشن بیشتری دارد، اما این بالا بودن رزولوشن با آن چیزی که در ویدیو وجود دارد، متفاوت است.
پس سمپل ریت و عمق بیت چه تاثیری روی صدای دیجیتال دارند؟ پاسخ این سوال ساده است و ما در ادامه آن را توضیح می‌دهیم.
سمپل ریت چیست؟
سمپل ریت یا نرخ نمونه برداری، تعداد نمونه‌ها یا سمپل‌هایی در هر ثانیه است که از موج صوتی دیجیتال گرفته می‌شود تا با در کنار هم قرار گرفتن این سمپل‌ها، یک سیگنال دیجیتال کامل و پیوسته ایجاد شود. پس هرچه سمپل ریت بالاتر باشد، سمپل‌های بیشتری از سیگنال دیجیتال وجود خواهد داشت. سمپل ریت بر حسب کیلوهرتز (kHz) سنجیده می‌شود و نشان‌دهنده محدوده فرکانس‌هایی است که در صدای دیجیتال ضبط شده‌اند و مخصوصا نشان می‌دهد که بالاترین فرکانسی که سمپل شده، کدام است.
در تصویر بالا مشاهده می‌کنید که با افزایش یافتن سمپل ریت، تصویر موج صوتی دیجیتال و آنالوگ به چه صورتی تغییر می‌کند
یک بار دیگر روی این موضوع تاکید می‌کنیم که سمپل ریت صدای دیجیتال تنها بالاترین فرکانسی که شما می‌توانید ضبط کنید را مشخص می‌کند.
اگر به مقایسه صدای دیجیتال با فیلم فکر کنید، احتمالا تصور می‌کنید که حتی در فرکانس‌های پایین‌تر، سمپل ریت بالا کیفیت بهتری را به شما خواهد داد؛ حتی تصویری که در بالا با شما به اشتراک گذاشتیم هم به این تصور دامن می‌زند؛ اما این‌طور نیست. برای یک کانورتر دیجیتال به آنالوگ، سه تصویر بالا یکسان هستند و خروجی آنالوگ مشابهی را شکل می‌دهند. در ادامه مقاله دلیل این موضوع را توضیح می‌دهیم.
انتخاب سمپل ریت
در بیشتر نرم‌افزارهای آهنگسازی (DAW)، امکان انتخاب و تغییر دادن سمپل ریت وجود دارد. شما معمولا با گزینه‌های 44.1 kHz، 48 kHz، 88.2 kHz، 96 kHz و... مواجه می‌شوید که شاید در نگاه اول بسیار تصادفی و رندوم به نظر برسند، اما این‌طور نیستند.
سمپل ریت‌ها اعداد تصادفی نیستند. ارتباط بین سمپل ریت و بالاترین فرکانسی که قابل ضبط و بازتولید است، رابطه‌ای بسیار ساده است: برای ضبط یک فرکانس مشخص، که ما آن را a می‌نامیم، سمپل ریت شما باید a ضربدر 2 باشد. از آنجایی که انسان بالاترین فرکانسی را که می‌تواند بشنود 20 کیلو هرترز است (که معمولا این فرکانس در افراد بالای بیست سال پایین‌تر است)، ما به حداقل سمپل ریت دو برابر بیست هرتز، یعنی به سمپل ریت 40 kHz نیاز داریم تا تمام فرکانس‌ها را بشنویم.
به همین دلیل یکی از رایج‌ترین سمپل ریت‌هایی که در پروژه‌های صوتی استفاده می شود، سمپل ریت 44.1 kHz است. این سمپل ریت امکان ضبط کردن فرکانس‌ها تا 22.05 kHz را به شما می‌دهد. اما اگر سمپل ریت 44.1 kHz برای ضبط و بازتولید تمام فرکانس‌های قابل شنیدن برای انسان کافی است، چرا برخی افراد در پروژه‌های خود از سمپل ریت‌های بالاتر استفاده می‌کنند؟
مفهوم Aliasing
اگر بالاترین فرکانسی که می‌خواهیم ضبط کنیم (a) نیاز به سمپل ریت a ضربدر 2 داشته باشد، در صورتی که بخواهیم فرکانس بالاتری از a را با همان سمپل ریت ضبط کنیم چه اتفاقی می‌افتد؟ پاسخ کوتاه این است که در چنین حالتی با پدیده‌ای با نام Aliasing مواجه می‌شویم.
Aliasing نوعی دیستورشن دیجیتال است و برای جلوگیری از ایجاد آن از تکنیکی با نام "بند لیمیتینگ" استفاده می‌شود که محدوده فرکانسی یک سیگنال را پیش از آن که سیگنال از آنالوگ به دیجیتال تبدیل شود، با استفاده از یک فیلتر low pass محدود می‌کند تا فرکانس‌های بالاتر ازمحدوده مورد نظر حذف شوند. در صورتی که شما از سمپل ریت بالاتری استفاده کنید، می‌توانید این فیتلر low pass را در فرکانس‌های بالاتری از حداکثر فرکانس قابل شنیدن توسط انسان قرار دهید و به این ترتیب شیب فیلتر ملایم‌تری به آن بدهید تا دیستورشن aliasing بدون ایجاد تغییر در فرکانس‌های شنیداری توسط انسان، حذف شود.
صداها را با چه سمپل ریتی ضبط کنیم؟
هنگام ضبط، میکس و مسترینگ، همیشه بهتر است با سمپل ریتی بیشتر از آنچه که فکر می‌کنید نیاز است، کار کنید. سمپل ریت‌های بین 44.1 و 96 kHz برای موسیقی عالی هستند. اگر می‌خواهید طراحی صدا انجام دهید یا تیون صداها را به شدت پایین بیاورید، سمپل ریت‌های 176.4 یا 192 kHz شاید نتیجه بهتری به شما بدهند؛ اما توجه داشته باشید که سمپل ریت بالاتر همیشه هم بهتر نیست.
سمپل ریت 44.1 kHz یا 48 kHz؟
زمانی سمپل ریت 44.1 kHz به عنوان سمپل ریت استاندارد برای موزیک شناخته می‌شد و سمپل ریت 48 kHz برای صدایی که قرار بود برای ویدیو استفاده شود، انتخاب می‌شد. این روزها اما بسیاری از سرویس‌های استریم موسیقی به کاربرانشان اجازه می‌دهند موسیقی بدون افت کیفیت را با سمپل ریت‌های بالایی مانند 192 kHz گوش کنند. علاوه بر این، بسیاری از دیوایس‌های بلوتوثی به صورت پیش‌فرض از سمپل ریت 48 kHz استفاده می‌کنند. به همین دلیل است که این روزها سمپل ریت 48 kHz در حال تبدیل شدن به سمپل ریت استاندارد برای موسیقی است.
آیا ما می‌توانیم تفاوت بین سمپل ریت‌ها را بشنویم؟
برخی مهندسان صدای باتجربه شاید بتوانند تفاوت بین سمپل ریت‌ها را بشنوند. با این حال از آنجایی که تکنولوژی‌های فیلترینگ و تبدیل آنالوگ به دیجیتال در سال‌های اخیر بسیار بهبود یافته، شنیدن تفاوت بین سمپل ریت‌ها بسیار دشوار است.
عمق بیت یا Bit Depth چیست؟
عمق بیت یک فایل چند چیز را مشخص می‌کند. مهمترین نکته‌ای که باید بدانید این است که هرچه عمق بیت بیشتر باشد، مقادیر بلندی صدای بیشتر برای هر سمپل در دسترس خواهد بود و به بیان ساده‌تر عمق بیت، نویز فلور سیستم را مشخص می‌کند.
تاکید می‌کنیم که عمق بیت صدای دیجیتال، تعیین می‌کند که نویز فلور چگونه خواهد بود و روی جزئیات صدا و رزولوشن صوتی تاثیری ندارد.
در صدای دیجیتال، دو نوع عمق بیت داریم که عبارتند از fixed-point و floating-point. رایج‌ترین عمق بیت‌های ثابت یا fixed-point، عمق بیت‌های 16-bit و 24-bit هستند. رایج ترین فرمت floating-point هم 32-bit است. تفاوت بین نویز فلور یا کمینه صدا و نقطه کلیپ شدن صدا در عمق بیت‌های 16-bit و 24-bit به ترتیب -96 و -144 dB است. پس هرچه عمق بیت بالاتر می‌رود، شما به داینامیک رنج گسترده‌تری دسترسی دارید.
آیا ما می‌توانیم تفاوت بین عمق بیت‌های مختلف را بشنویم؟
نویز فلور حتی در یک سیستم 16-bit هم بسیار پایین است و عمق بیت 16-bit برای مستر نهایی پروژه‌های موسیقی کاملا کافی است.
با این‌حال وقتی شما روی یک پروژه موسیقی کار می‌کنید، بد نیست از عمق بیت بالاتری استفاده کنید. از آنجایی که هرچه عمق بیت بیشتر باشد نویز فلور پایین‌تر خواهد بود، در صورتی که از عمق بیت بالاتری مانند 24-bit استفاده کنید، می‌توانید لِول ضبط خود را پایین‌تر بیاورید تا فضای بیشتری پیش از کلیپ شدن سیگنال داشته باشید؛ به این فضای کافی، هدروم گفته می‌شود.
در نهایت باید به این نکته اشاره کنیم که تقریبا تمام نرم‌افزارهای میزبان مدرن به صورت داخلی از فرمت 32-bit floating point و حتی برخی از آن‌ها از 64-bit float استفاده می‌کنند. با این‌حال بیشتر کارت‌های صدایی که سیگنال آنالوگ را به دیجیتال و سیگنال‌های دیجیتال را به آنالوگ تبدیل می‌کنند، نهایت عمق بیت 24-bit را به شما ارائه می‌دهند.
هنگام کار روی موزیک چه سمپل ریت و عمق بیتی را انتخاب کنیم؟
برای ضبط و تنظیم موسیقی، سمپل ریت 48 یا 96 kHz با عمق بیت 24 bit انتخاب فوق‌العاده‌ای است. در این حالت شما تناسب خوبی از رزولوشن و حجم فایل‌ها دارید و پردازنده کامپیوتر شما هم به خوبی می‌تواند از پس پروژه‌هایتان برآید.
سمپل ریت و عمق بیت نهایی خروجی پروژه هم بستگی به مدیومی دارد که می‌خواهید موزیک را روی آن منتشر کنید: برای انتشار موزیک روی سی‌دی از سمپل ریت 44.1 kHz و عمق بیت 16-bit استفاده می‌شود. برای انتشار در انواع سایت‌ها و پلتفرم‌های استریم موزیک هم کارتان را با عمق بیت 24-bit و همان سمپل ریتی که در پروژ‌ه‌تان استفاده کرده‌اید، خروجی بگیرید.
جمع‌بندی
با درک کردن مبانی صدای دیجیتال می‌توانید تصمیمات آگاهانه‌تری در موزیک پروداکشن بگیرید. در این مقاله به شما توضیح دادیم که سمپل ریت و عمق بیت چگونه روی ضبط، میکس و مسترینگ تاثیر می‌گذارند.
سمپل ریت بالاترین فرکانس قابل ضبط را تعیین می‌کند، در حالی که عمق بیت، نویز فلور و داینامیک رنج را مشخص خواهد کرد. با درک کردن این مفاهیم بهتر از گذشته می‌توانید به صدایی حرفه‌ای و پولیش شده برسید، بدون این که پروژه‌هایتان را بی‌جهت سنگین کنید. توجه داشته باشید که هرچه سمپل ریت را در پروژه‌هایتان بالاتر ببرید، هم حجم فایل‌هایتان بیشتر خواهد شد و هم فشار پردازشی بیشتری به پردازنده کامپیوتر شما وارد می‌شود.