Bits en samplingrates – Is ultra high-res wel nodig?

In de vorige aflevering van deze serie rondom d/a-converters hebben we gekeken naar externe dacs. In deze aflevering gaan we kijken naar bits en samplingfrequenties. Wat is het verschil? Wat is nodig? En waar gaan we naar toe in deze ‘spec-race’? 

Praktisch alle muziek die we luisteren ligt digitaal opgeslagen. En ook het meeste vinyl dat we luisteren is in eerste instantie ‘digitaal’ opgenomen. Dat wil natuurlijk niet zeggen dat het gelijk klinkt, want de gehele mastering voor vinyl is anders, omdat het medium daarom vraagt. Maar nu dwalen we af.

Bij de opname van muziek is het signaalpad meestal deels analoog (immers: een microfoon geeft een analoog signaal door) en deels digitaal. Het gaat uiteindelijk namelijk door een Analoog naar Digitaal Converter (ADC) zodat de engineers kunnen mixen en masteren. Dat gebeurt namelijk praktisch nooit meer in het analoge domein. Het is te complex, tijdrovend en dus veel te duur. Er zijn overigens wel puur analoge opnames te vinden. Zowel op vinyl als op tape. En dat die prachtig kunnen zijn, hebben we zélf ondervonden.

Nu kunnen opnames op divers kwaliteiten worden gemaakt. Van CD-kwaliteit – 16 bit / 44.1 KHz- tot high-res – 24 bit / 192 KHz – of zelfs hoger: 32 bit / 384 KHz bijvoorbeeld. En niet te vergeten: DSD. Van 1-bit 2,8 MHz tot 1-bit 11,2 MHz.

Meestal neemt een studio in minimaal 24 bit / 48 KHz of 24 bit / 96 KHz op. Dat geeft ze vrijheid om goed te mixen en te masteren. Vervolgens worden vanuit deze master weer nieuwe versies gemaakt voor de diverse streamingdiensten en andere media. Denk aan CD’s, tape of vinyl.

Aan de afspeelkant hoeft u zich over de diverse versies niet echt zorgen te maken. De meeste, moderne d/a-converters kunnen alle bitgroottes en samplingrates wel aan. Met uitzondering van 32-bit files en wellicht bepaalde DSD-files. Die zijn echter zeer zeldzaam.

Samplingrate

We hebben u al een beetje gebombardeerd met jargon: masters, samplingrates, bitgroottes. Wat zijn dat nu eigenlijk? Laten we beginnen met samplingrates.

U kunt de samplingrate zien als de hoeveelheid plaatjes die een videocamera kan schieten. Hoe meer ‘foto’s’ hoe soepeler het beeld. Een film met 10 frames per seconde oogt als een stopmotion-video. Maar een video met 60 frames per seconde oogt soepel en haarscherp: ook bij complexe scenes; er een geen bewegingsonscherpte meer.

Bij audio geeft een hogere samplingrate vooral meer detail en wat meer lucht. Het lijkt ook wat vloeiender te lopen. Echter vindt uw auteur wel dat de winst boven 24 bit / 96 KHz écht minimaal is. Het is ongelooflijk lastig dan nog verschillen waar te nemen. Als ze al waarneembaar zijn.

Nyquist

Nu is dit maar één deel van het verhaal, want er speelt nog iets mee: Nyquist. Een zekere meneer Harry Nyquist. Deze beste man kwam erachter dat de samplingfrequentie minstens twee keer de gewenste of benodigde bandbreedte moest zijn. Dit in verband met zogenoemde ‘vouwvervormingsfrequentie’ of ook wel: aliasing.

Dit is de reden dat Philips heeft gekozen voor een samplingfrequentie van 44.100 KHz. Dat geeft een bandbreedte van 22050 Hz. Philips heeft ervoor gekozen een voor CD bandbreedte van 20 Hz tot 20.000 Hz te gebruiken. Door de Nyquist-frequentie – 22050 – buiten ons hoorbare gebied te zetten, zijn minder scherpe en minder complexe, digitale filters te gebruiken. Slim.

Bitdiepte

Dan bitdiepte. Deze beïnvloedt het dynamisch bereik. Hoe meer bits, hoe meer dynamische vrijheid de engineer heeft. 16 bits geeft 96dB ruimte. 24 bits al 144dB. 32 bits zou uitkomen op 192 dB dynamisch bereik. Dat is natuurlijk absoluut idioot, aangezien bij mensen de pijngrens ligt rond de 120dB. Waarom dan 144dB of nog idioter: 192dB dynamisch bereik?

Dat heeft alles te maken met de opname-headroom en nabewerking. Als iemand een groot orkest opneemt, is het prettig dat de opname niet clipt als er bijvoorbeeld flink op de grote trom wordt geslagen. Of als een zanger(es) in volle emotie, net te dicht bij de microfoon, flink uithaalt met de stem.

Ook is het prettig als sound-engineers gaan mixen en masteren. Daar komt ook compressie, eq’s en andere vormen van manipulatie bij kijken. Hoe meer speelruimte een engineer heeft, hoe minder er ‘kapot’ gaat bij het nabewerken.

Deze elementen spelen ook bij foto- en video-editing. Opnames worden ook veelal gemaakt in een zogenaamd ‘raw’-formaat. Deze (enorme!) files kunnen zeer zwaar bewerkt worden zonder dat er informatie verloren gaat. Dit is niet het artikel (of het platform) om diep in te gaan op beeldbewerking, maar er zijn hier zeker overeenkomsten. Zo vragen beide disciplines om opnames in zeer hoge resolutie vanwege het bewerkingsstadium.

Nu zien we ook dat er meer en meer apparaten overweg kunnen met 32bit floating point. Opnames in 32bit floating point kunnen niet meer clippen, wat natuurlijk ideaal is voor sound-engineers. Onze inschatting is dat 32bit floating point ook zijn weg gaat vinden naar de afspeelkant. Wellicht betekent dit – eindelijk – het einde van het ‘digitale geluid’.

Dithering

Plat gezegd is Dithering een proces waarbij je ruis toevoegt aan het digitale signaal. Deze ruis – die in talloze vormen en maten komt – zorgt ervoor dat afrondingsfouten worden voorkomen.

Dithering wordt vooral gebruikt bij het converteren tussen bitgrootte. Bijvoorbeeld van 24 naar 16 bit. Dit om dus afrondingsfouten te voorkomen. Nu hebben we Brendon Heinst van Trptk geïnterviewd over Dithering. Zijn uitleg vind je hieronder.

Wat is nodig?

We hebben vorig jaar een stuk geschreven over het gehoor. Daarin hebben we ‘uitgerekend’ hoeveel resolutie nodig is om te voldoen aan het dynamisch bereik van ons oor. Dat bleek rond de 24 bit / 96 KHz te liggen. Toevallig ook een punt waar we zelf merken dat wij het héél erg – zoniet onmogelijk – vinden om nog verschillen te horen tussen nog hogere resoluties.

Onze mening is dan ook dat 16 bit / 44.1 KHz gewoon goed is, maar dat het wél zin heeft om in hogere kwaliteit opnames uit te brengen. Echter boven 24 bit / 96 KHz is de winst nihiel. Wellicht dat sommige dacs het prettiger vinden om met hoger resolutie-materiaal te werken, maar dat zit hem dan vooral in de dac-technologie: niet de opnames.

Volgende aflevering

In de volgende aflevering gaan we in op jitter. Wat is jitter? Welke vormen zijn er? En wanneer heb je er nu last van?