×

سمپل ریت، بیت ریت و عمق بیت به چه معناست؟

اگر شما هم به صنعت صدا علاقه داشته باشید و موضوعاتی که پیرامون آن گفته می شود را دنبال کنید، متوجه مقاله‌ها و موضوعات زیادی پیرامون کابل‌های گران قیمت و یا موسیقی High Resolution یا hi-res می شوید.

اما این نوع موسیقی چیست؟ موسیقی hi-res در واقع به نوعی فایل موسیقی گفته می شود که سمپل ریت و عمق بیت آن بیشتر از ۴۴.۱ کیلوهرتز و ۱۶ بیت باشد.

اگر می خواهید بیشتر در مورد سمپل ریت، عمق بیت و بیت ریت بدانید، تا انتهای این مقاله سازکالا را همراهی کنید تا به تمامی پرسش‌های شما در این زمینه پاسخ دهیم.

یک صدا چطور به شکل دیجیتالی ضبط می شود؟

هنگامی که یک صدا تولید می شود، امواج صوتی ای از منبع انتشار، منتشر می شود که این امواج در هوا پخش می شود. اگر دیافراگم یک دستگاه ضبط صوت، برای مثال دیافراگم میکروفون نزدیک این امواج قرار گیرد، این امواج می توانند دیافراگم را به لرزه درآورند. تفاوت دیافراگم میکروفون ها را می دانید ؟

به لطف وجود مبدل‌ها در همه میکروفون‌ها، این ارتعاش ایجاد شده در دیافراگم به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. در صورت تداوم این امواج در هوا و برخورد آن با دیافراگم میکروفون، سیگنال الکتریکی به طور مداوم توسط میکروفون تولید می شود.

اما سیگنالی که توسط دیافراگم تولید می شود به طور عادی از قدرت زیادی برخوردار نیست و برای افزایش قدرت این سیگنال، از پری آمپلی فایرها استفاده می شود. محیطی که امواج صوتی در آن وجود دارند را، محیط یا فضای آنالوگ می نامند.

پری آمپ استودیویی

نگهداری سیگنال آنالوگ

در طول تاریخ، از متریال مختلفی برای ضبط و نگهداری سیگنال‌های آنالوگ استفاده شده است. از جمله می توانیم به واکس، نواز کاست و یا صفحه گرامافون‌ها اشاره کنیم. پس از مدتی اما، صدا به شکل دیجیتالی به بازار عرضه و از استقبال خوبی نیز برخوردار شد.

نگهداری سیستم دیجیتال

اما روش کاری این سیستم‌های دیجیتالی به چه گونه است؟ سیستم‌های دیجیتالی که به شکل صفر و یک کار می کنند، سیگنال‌های آنالوگ (امواج صوتی موجود در هوا) را به روش سمپل کردن ضبط می کنند.

با گرفتن مقادیر کافی سمپل از یک سیگنال آنالوگ و ذخیره آن‌ها در حافظه خود، رکوردرهای دیجیتالی قادر هستند تا این سیگنال‎‌ها را دریافت و سپس آن‌ها را باز تولید کنند.

یک ضبط دیجیتالی در دنیای کنونی شامل ۴۴۱۰۰ سمپل در ثانیه می باشد. اما با این وجود، غیر طبیعی نیست که گاهی فایل‌هایی را مشاهده کنیم که به فرمت ۹۶۰۰۰ سمپل ضبط شده اند.

روش‌های مختلفی برای سمپل کردن یک سیگنال آنالوگ وجود دارد اما مشهور ترین و پرکاربردترین آن، روش Pulse Code Modulation یا PCM است. برای اطلاع از تحول موسیقی آنالوگ به سیستم دیجیتال می توانید مقاله تحول ظبط استودیویی در دهه ۹۰ را مطالعه فرمایید.

روش PCM چیست؟

روش PCM در واقع روشی استاندارد در زمینه سمپل کردن سیگنال‌های آنالوگ به فرمت دیجیتالی می باشد. در این روش، یک موج صوتی به طور یک شکل و در اندازه‌های یکسان سمپل گیری می شود. جالب است بدانید که این روش، به طور رایگان در اختیار تمامی افراد قرار داده شده و همه می توانند به این روش شروع به سمپل کردن صداهای مختلف کنند!

اما نکته ای که وجود دارد، این است که شما به احتمال خیلی زیاد هیچگاه یک فایل صوتی را با فرمت PCM نخواهید دید. دلیل آن نیز حجم بسیار بالا و عدم پشتیبانی برای پخش این نوع فرمت صوتی است.

روش PCM

اندازه فایل‌های PCM

فایل‌های PCM در واقع فایل‌های فشرده نشده هستند بنابراین اندازه این فایل‌ها بسیار بزرگ خواهد بود. اما با این حال‌، روش‌های مختلفی وجود دارد که می توانید این فایل‌ها را فشرده کنید.

از میان این روش‌ها می توان به Dolby و DTS اشاره کرد که قابلیت این را دارند تا اندازه فایل‌ها PCM را تا اندازه ۹۰% کاهش دهند.

متاسفانه این روش‌ها علیرغم این که باعث کاهش حجم این فایل‌ها می شود اما روش دیکد کردن آن‌ها بهترین روش ممکن نیست و فایل به دست آمده، از نظر کیفیت بسیار ضعیف تر از فایل قبلی خود خواهد بود.

این جاست که روش‌هایی همانند Dolby Digital TrueHD و DTS-HD به کار می آیند. این روش دیکد کردن، این امکان را به شما می دهد تا نه تنها از نظر حجم فایل، فایلی بسیار کم حجم در اختیار داشته باشید، بلکه از نظر کیفیتی نیز تفاوتی با فایل‌های PCM ندارند.

Dolby Digital TrueHD

پشتیبانی و قابلیت پخش (پلی‌بک)

متاسفانه بسیاری از سیستم عامل‌های محبوب نمی توانند فایل‌های PCM را پخش کنند. شرکت مایکروسافت از فرمت Waveform Audio Format یا WAV استفاده می کند در حالی که شرکت اپل از فرمت Audio Interchangeable File Format یا AIFF بهره می برد.

این نام‌ها در واقع نام‎‌های دیگری برای فایل‌هایی هستند که به روش PCM ضبط شده اند، تفاوت آن‌ها در این است که می توانید نام برای آن‌ها انتخاب کنید و یا اطلاعاتی را در مورد آن‌ها تغییر دهید.

کیفیت PCM

کیفیت یا فیدلیتی فایل‌های PCM بر اساس دو معیار شناسایی می شود.

  • سمپل ریت
  • عمق بیت

این دو معیار در واقع به ما نشان می دهند که یک فایل دیجیتالی تا چه حد از نظر کیفیت نزدیک به سیگنال آنالوگ اصلی بوده است.

سمپل ریت چیست؟

فیلم‌های انیمیشنی دهه‌های قبل را به یاد آورید.

این فیلم‌ها در واقع عکس‌های مختلفی بودند که پشت سر هم نمایش داده می شدند تا نوعی حرکت را به نمایش درآورند. سرعت تعویض این عکس‌ها تعیین می کرد که این حرکت تا چه حد از نظر بیننده روان است. هر چه این سرعت بیشتر می بود، بیننده تجربه بهتری از دیدن این انیمیشن داشت.

این در حالی است که در دنیای کنونی، تغییر این عکس‌ها در کمتر از صدم ثانیه اتفاق می افتد.

سمپل ریت

در دنیای صدا، سمپل ریت در واقع حکم فریم ریت در دنیای تصویر و فیلم را دارد. هر چه داده صدایی (سمپل) بیشتری ضبط شده باشد، کیفیت صدا به سیگنال آنالوگ اصلی نزدیک تر خواهد بود.

هنگامی که شما به یک سی دی که در آن آهنگ ریخته شده گوش می دهید، سمپل ریت برابر با ۴۴۱۰۰ یا ۴۴.۱ هزار هرتز خواهد بود. شاید با خود بگویید چرا باید کیفیت صدا تا این اندازه بالا باشد در حالی که گوش انسان نهایتا تا ۲۰ هزار هرتز را می شوند؟ دلیل این موضوع قضیه ای است که با نام قضیه شانون-نایکوئیست مشهور است.

قضیه نایکوئیست

قضیه نایکوئیست که به آن فرکانس نایکوئیست نیز گفته می شود، ادعا می کند که برای آن که کمترین اطلاعات ممکن هنگام سمپل گیری دیجیتالی از بین برود و سیگنال دیجیتالی ای بسیار دقیق در اختیار داشته باشیم، باید سمپل گیری را با نرخی دو برابر بالاترین فرکانس مورد نظر انجام دهیم.

قضیه نایکوئیست

از دیگر نرخ‌های سمپل گیری یا سمپل ریت می توانیم به ۸۰۰۰ هرتز در تلفن‌ها و یا ۹۶۰۰۰ یا حتی ۱۹۲۰۰۰ هرتز برای صداهای Blu-Ray اشاره کنیم. از سمپل ریت ۳۸۴۰۰۰ نیز در شرایط خاصی استفاده می شود که می توان به ضبط صدای حیوانات برای ساخت صداهای Ultrasonic اشاره کرد.

عمق بیت چیست؟

تمامی کامپیوترها اطلاعات خود را با استفاده از ۰ و ۱ ذخیره می کنند. این اعداد که به آن باینری گفته می شود، با نام بیت نیز شناخته می شود. هر چه تعداد بیت‌های ما بیشتر باشد، نیاز به فضای بیشتری برای ذخیره این اطلاعات خواهیم داشت.

هنگامی که یک سیگنال سمپل می شود، باید این اطلاعات سمپل شده به شکل بیت‌ها ذخیره شود. اینجاست که عمق بیت یا عمق بیت (به انگلیسی Bit Depth) به کار ما می آید. در واقع عمق بیت به ما می گوید که تا چه حد امکان ذخیره سمپل را خواهیم داشت. یک فایل با عمق بیت ۲۴ بیت، جزئیات بیشتری را نسبت به یک فایل با عمق ۱۶ بیت در اختیار ما می گذارد.

عمق بیت چیست

برای آن که دقیق تر این موضوع را بررسی کنیم، باید ببینیم هر کدام از این فایل‌ها چه مقدار اعداد باینری را در خود ذخیره می کنند.

  • در یک فایل ۱۶ بیتی، ما می توانیم ۶۵,۵۳۶ لول اطلاعاتی را ذخیره کنیم.
  • در یک فایل ۲۴ بیتی، ما می توانیم ۱۶,۷۷۷,۲۱۶ لول اطلاعاتی را ذخیره کنیم.

همانطور که مشاهده کردید، تفاوت میان دو عمق بیت بسیار بالا می باشد.

بازه دینامیکی (داینامیک رنج)

یکی دیگر از نکاتی که عمق بیت بر روی آن تاثیر می گذارد، داینامیک رنج یا بازه دینامیکی سیگنال می باشد. یک فایل صوتی ۱۶ بیتی، به ما حداکثر بازه دینامیکی ۹۶ دسی بل را می دهد در حالی که یک فایل ۲۴ بیتی، بازه دینامیکی ۱۴۴ دسی بل را در اختیار ما می گذارد.

عموما عمق بیت سیگنال در سی دی‌ها برابر با ۱۶ بیت است زیرا به طور کلی ما می خواهیم صداهایی را در اختیار داشته باشیم که تا حدی که آن‌‎ها را بشنویم بلند باشند و نیازی به صداهایی نداریم که بلندی آن‌ها نه تنها به گوش ما، بلکه به تجهیزات پخش موسیقی ما آسیب برساند.

عمق بیت

عمق بیت ۱۶ بیت و سمپل ریت ۴۴.۱ هزار هرتز کاملا از نظر شنیدن تمامی فرکانس‌ها و همچنین از نظر بلندی صدا برای عموم مردم کافی می باشد. به همین دلیل است که این دو پارامتر، در بسیاری از فایل‌های MP3 و یا CD مورد استفاده قرار می گیرند.

آیا باید همیشه برای ضبط از سمپل ریت ۱۹۲ هزار هرتز و عمق بیت ۲۴ بیت استفاده کنیم؟

با این که هیچ محدودیتی برای ضبط از لحاظ سمپل ریت و عمق بیت وجود ندارد، اما برای تولید فایل‌های hi-res، سمپل ریت ۱۹۲kHz و عمق بیت ۲۴ بیت، بهترین حالت ممکن است. اما به طور کلی، ما به عنوان رفرنس از این نرخ سمپل گیری و عمق بیت برای ضبط با حداکثر کیفیت استفاده می کنیم. اما شاید با خود بگویید چه موقعی باید این تصمیم را بگیریم؟

ما می دانیم که هر چه قدر سمپل ریت و عمق بیت بیشتر باشد، صدای ما به صدای آنالوگ اصلی نزدیک تر و شبیه تر خواهد بود. اما این تمام ماجرا نیست زیرا با بالا بردن این مقادیر ما از هدروم بیشتری نیز می توانیم استفاده کنیم.

هدروم بیشتر

به اختلاف بازه دینامیکی سیگنال و حداکثر بازه دینامیکی موجود در عمق بیت، هدروم گفته می شود. به عنوان مثال، به کامیونی فکر کنید که ارتفاع آن ۳ متر است و می خواهیم آن را درون تونلی ببریم که ۵ متر ارتفاع دارد. در این جا، ما ۲ متر هدروم در اختیار داریم که می توانیم از آن استفاده کنیم.

سمپل کردن در عمق بیت ۱۶ بیتی، به ما ۹۶ دسی بل بازه دینامیکی می دهد که می توانیم در این رنج با سیگنال مورد نظر کار کنیم. در حالی که عمق بیت ۲۴ بیتی برای ما بازه دینامیکی ۱۴۴ دسی بل به ارمغان می آورد. جالب است بدانید که در حالت ایده آل، اکثر تجهیزات ضبط صوت تنها می توانند تا ۱۲۵ دسی بل بازه دینامیکی تولید کنند!

با استفاده از این هدروم اضافی، مهندسین صدا می توانند احتمال به وجود آمدن دیستورشن و نویز اضافه که به آن کلیپینگ نیز گفته می شود را، کمتر و یا به طور کامل از سیگنال حذف کنند.

کلیپینگ یا کلیپ دادن هنگامی اتفاقی می افتد که سیگنال الکتریکی ورودی بیشتر از حداکثر بازه دینامیکی از نظر عددی باشد. این اتفاق بیشتر هنگامی رخ می دهد که از عمق بیت کمتر از حد نیاز استفاده کرده باشیم.

به دلیل وجود هدروم بیشتر در عمق بیت ۲۴ بیتی، بسیاری از مهندسان حرفه ای از این عمق بیت برای ضبط استفاده می کنند تا در مرحله میکس و مسترینگ، بتوانند پردازش‌های گوناگون و افکت‌های مختلف را، بدون نگرانی از بابت کلیپینگ بر روی صداها انجام دهند.

فایل‌های بزرگ تر

با این که با بالا رفتن مقادیر سمپل ریت و عمق بیت ما هدروم بیشتری در اختیار داریم، این کیفیت بالاتر در فایل‌هایی با اندازه بسیار بزرگ تر ذخیره می شود.

روش محاسبه اندازه فایل

برای آن که متوجه تفاوت در اندازه فایل‌ها شوید، به یک فایل موسیقی ۵ دقیقه ای فکر کنید که فشرده سازی بر روی آن صورت نگرفته است.

  • با استفاده از فرمول فرکانس سمپل شده x عمق بیت x تعداد چنل‌ها بیت ریت را محاسبه می کنیم. (برای یک آهنگ، تعداد چنل‌ها به دلیل استریو بودن فایل، ۲ می باشد.)
  • ۴۴.۱kHz/16-bit: 44100x16x2 = 1,411,200 (1.4Mbps) بیت در ثانیه
  • ۱۹۲kHz/24-bit: 192000x24x2 = 9,216,000 (9.2 Mbps) بیت در ثانیه
  • مقدار بیت ریت به دست آمده را در مدت زمان فایل به ثانیه ضرب می کنیم. (عدد مگابیت (Mb) را بر ۸ تقسیم می کنیم تا به مگابایت (MB) برسیم)
  • ۴۴.۱kHz/16-bit: 1.4Mbpsx300s = 420Mb (52.5MB)
  • ۱۹۲kHz/24-bit: 9.2Mbpsx300s = 2760Mb (345MB)

واضح است که صدایی که با استفاده از مقادیر ۱۹۲kHz/24-bit ضبط شده است، بیش از ۶.۵ برابر فایلی که با مقادیر ۴۴.۱kHz/16-bit ضبط شده فضا می گیرد!!

پس چه هنگام نیاز است تا با فرمت ۱۹۲kHz/24-bit ضبط کنیم؟

این موضوع کاملا بستگی به شما دارد. اگر می خواهید هدروم حداکثری داشته باشید و فضای ذخیره کردن فایل‌ها برای شما دغدغه نیست، استفاده از فرمت ۱۹۲kHz/24-bit بهترین گزینه است. اما اگر می خواهید فایل ضبط شده خود را برای افراد عادی ضبط و میکس کنید، استفاده از فرمت ۱۹۲kHz/24-bit تنها باعث اضافه شدن هزینه اینترنت آن‌ها خواهد شد!

آیا استفاده از فرمت ۱۹۲kHz/24-bit باعث بهتر شدن تجربه اهنگ گوش دادن ما می شود؟

پاسخ این سوال به طور خلاصه منفی است

کریس مونتگومری، یک مهندس صدای حرفه ای، توضیح دقیقی درباره این موضوع داده که چرا گوش دادن به فایل‌هایی با فرمت ۱۹۲kHz/24-bit تفاوت چندانی را برای ما ایجاد نخواهد کرد.

24 بیت

او با ترکیب روش پردازش سیگنال و همچنین اطلاعاتی که از انسان در زمینه گوش دادن به صدا داشت، به این نتیجه رسید که استفاده از فرمت ۱۹۲kHz/24-bit کاری عملا بیهوده است!

از دید ما، نگرش کریس تا حد بسیار زیادی درست است. هنگامی که کیفیت از حدی فراتر برود، تشخیص دادن این کیفیت بیشتر کاری دشوار خواهد بود تا جایی که به طور کل متوجه آن نمی شویم.

بیت ریت چیست؟

به تعداد بیت‌هایی که در واحد زمان پردازش می شود، بیت ریت گفته می شود. این واحد زمانی ، ممکن است ثانیه، دقیقه و یا حتی ساعت باشد.

در واقع تعریف بیت ریت شباهت بسیاری به سمپل ریت دارد، با این تفاوت که به جای شمردن سمپل‌ها، این جا به شمردن بیت می پردازیم.

بیت ریت بیشتر برای سرویس‌های استریمینگ حائز اهمیت است و در ضبط صدا، تاثیری ندارد.

بیت ریت

جالب است بدانید که بیت ریت تنها به دنیای صدا خلاصه نمی شود و در مولتی‌مدیا و نتورکینگ نیز به کرات آن را می شنویم. با این حال، در دنیای موسیقی، بیت ریت بیشتر عموما به معنای کیفیت بالاتر است. دلیل آن این است که هر بیت در یک فایل صوتی، حاوی داده‎‌هایی است که می توانیم از آن برای باز تولید صدا استفاده کنیم.

به طور ساده تر، هر چه تعداد بیت بیشتری را بتوانید در واحد زمانی مشخص جا دهید، صدایی که دریافت می کنید، صدایی نزدیک تر به صدای دنیای آنالوگ خواهد بود.

متاسفانه بیت ریت بالاتر برابر است با فایلی حجیم تر. که برای صرفه جویی در فضا و همچنین پهنای باند، کاری عقلانی ای به شمار نمی رود. فضا و پهنای باندی که همواره جزو دغدغه‌های اصلی سرویس‌های استریمینگ از جمله اسپاتیفای یا اپل میوزیک بوده است.

سرویس‌های استریمینگ موزیک

همانطور که پیش تر محاسبه کردیم، برای استریم کردن یک فایل فشرده نشده ۵ دقیقه ای با فرمت ۴۴.۱kHz/16-bit، به بیت ریت ۱.۴Mbps نیاز داریم که یک پهنای باند عظیم محسوب می شود!

روش دور زدن سرویس‌های استریمینگ موزیک همانند اسپاتیفای یا اپل میوزیک، به این شکل است که این فایل‌ها را فشرده سازی می کنند. البته طبیعیست که این فشرده سازی بدون اثرات منفی نخواهد بود. برای مثال، اسپاتیفای بیت ریت آهنگ‌ها را برای کاربران دسکتاپ خود برابر ۱۶۰kbps و برای کاربران موبایل ۹۶kbps قرار داده است. این در حالی است که کاربران سرویس Premium قابلیت گوش دادن به آهنگ‌ها با بیت ریت ۳۲۰kbps را در دسکتاپ دارند. اما کاربران اپل میوزیک تنها می توانند از بیت ریت ۲۵۶kbps استفاده کنند.

سرویس های دانلود آپ موسیقی

سرویس‌های دیگری نیز وجود دارد که برای افرادی ساخته شده که به دنبال گوش دادن به آهنگ‌های مورد علاقه خود با کیفیت بالا هستند. شما می توانید از سرویس‌هایی نظیر TIDAL یا Qobuz Sublime+ استفاده کنید. این دو سرویس همچنین از گزینه Hi-Fi نیز بهره می برند.

سرویس تیدال، فایل‌ها را به فرمت ۴۴.۱kHz/16-bit FLAC در اختیار شما قرار می دهد و بیت ریت آن‌ها برابر با ۱۴۱۱kbps می باشد.

آیا بیت ریت بیشتر به معنای تجربه گوش دادن به موسیقی بهتر است؟

کدک MP3 به طور کلی برای کمپرس کردن فایل‌ها با فرمت CD معرفی شد که این قابلیت را داشت تا بدون کم شدن کیفیت صدا، فایل مورد نظر حجم کمتری بگیرد. اولین انکودرهای MP3 با بیت‌ ریت‌های ۱۲۸kbps و ۱۹۲kbps به بازار عرضه شدند و پس از آن، برای رقابت با دیگر کدک‌ها، بیت ریت ۳۲۰kbps نیز به بازار عرضه شد. اما در سرویس‌های استریمینگ از کدک Ogg Vorbis برای اسپاتیفای و AAC برای اپل میوزیک استفاده می شود.

با توجه به دیدگاه کریس مونتگومری، ما می دانیم که بیت ریت‌های بیشتر از ۱۹۲kbps به گونه ای نیستند که گوش انسان قادر به تشخیص آن باشد.

به عبارت دیگر، این دیدگاه به ما می گوید که آهنگی با بیت ریت ۱۹۲kbps، تا هنگامی که به درستی به Ogg، MP3، AAC یا FLAC انکود شود، کیفیتی کاملا معادل با امواج صوتی در دنیای آنالوگ را دارد.

اما این به این معنا نیست که بیت ریت‌های بالاتر بلا استفاده خواهند بود. اگر شما یک سیستم Hi-Fi گران قیمت داشته باشید شاید بتوانید تفاوت بسیار جزئی میان بیت ریت‌های مختلف را متوجه شوید، اما اگر تنها با یک هدفون عادی به موسیقی مورد علاقه خود گوش می دهید، فرقی میان آهنگ‌هایی که از بیت ریت ۱۹۲kbps بیشتر هستند را متوجه نمی شوید.

جمع بندی سازکالا

به طور خلاصه، سمپل ریت تعداد سمپل‌هایی است که در واحد زمان ضبط می شود و عمق بیت به معنای آن است که این سمپل‌ها با چه دقتی انکود می شوند. در نهایت نیز، بیت ریت به تعداد بیت ضبط شده در واحد زمان گفته می شود.

امیدواریم با مطالعه این مقاله بسیاری از سوالاتی که پیرامون این سه موضوع داشته اید را برطرف کرده باشیم. این مطالب به شما کمک می کند تا درک درست تری از اعداد و ارقام هنگام گوش دادن به موسیقی داشته باشید.

مطالب مرتبط
ارسال نظر
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.