Частота дискретизації

Частота́ дискретиза́ції ( англ. sample rate) — визначає кількість сигналів за секунду (або за іншу одиницю) при перетворенні безперервного сигналу в дискретний сигнал (тобто його дискретизації). Як правило, частота дискретизації вимірюється в герцах (Гц). Поняття частоти дискретизації може бути застосованим лише в тому випадку, коли квантування здійснюється зі сталою періодичністю.

Вибір частоти дискретизації в загальному випадку визначається відомою теоремою Котельникова (теоремою відліків, згідно з якою якщо безперервний сигнал x(t) має спектр, обмежений частотою Fmax, то він може бути однозначно і без втрат відновлений за своїми дискретними відліками, узятими з частотою fдискр=2*Fmax, або, по-іншому, за відліками, узятими з періодом Tдискр=.

Аудіо

При оцифруванні звукового сигналу під функцією слід розуміти безперервний аналоговий звуковий сигнал, а під частотою fmax — найвищу частоту необхідного звукового діапазону. Якщо необхідно точно відобразити аналоговий сигнал в діапазоні до fmax, то відліки повинні слідувати з періодом, принаймні, в два рази меншим, ніж період частоти fmax. Іншими словами, частоту дискретизації слід вибирати так, щоб вона була, щонайменше, в два рази вище за максимальну частоту звукового діапазону.

При цьому мінімально можлива частота дискретизації Fд = 2fmax називається частотою Найквіста FH = 2fmax. На практиці частота дискретизації Fд = (2,1…2,4)fmax.

Найчастіше необхідна смуга звукових частот обмежується 20…22 кГц, а частота дискретизації при цьому вибирається рівною 44,1 або 48 кГц.

Це обумовлено тим, що між найвищою частотою звукового діапазону Fmax, і половиною частоти дискретизації Fд/2 повинен бути деякий інтервал, в який потрібно помістити зріз амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) фільтру низьких частот ( ФНЧ), розташованого на вході блоку аналого-цифрового перетворення. Це ФНЧ, який називаєтся антиелайсинг (antialiasing) фільтром, потрібний для того, щоб жодна складова спектру вище Fд/2 не потрапила на перетворювач.

Застосовувана частота дискретизації звукового сигналу

  • 8000 Гц — телефон, достатній для людської мови
  • 11025 Гц
  • 22050 Гц — радіо
  • 32000 Гц — miniDV цифрове відео camcorder, DAT (LP mode)
  • 44100 Гц — audio CD, часто застосовується в MPEG-1 аудіо ( VCD, SVCD, MP3)
  • 47250 Гц — перший світовий комерційний PCM записувач звуку Nippon Columbia (Denon)
  • 48000 Гц — цифровий звук, використовуваний в miniDV, digital TV, DVD, DAT, фільмах та професійному аудіо
  • 50000 Гц — перші комерційні цифрові записувачи звуку з кінця 70-х з 3M та Soundstream
  • 50400 Гц — частота дискретизації, використовувана Mitsubishi X-80 цифровим записувачем звуку
  • 96000 or 192,000 Hz — DVD-Audio, деякі LPCM DVD треки, BD-ROM (Blu-ray Disc) аудіо треки, та HD-DVD (High-Definition DVD)
  • 2.8224 M Гц — SACD, 1-bit sigma-delta modulation знаний як Direct Stream Digital, розробляється Sony та Philips