Il campionamento misura l'ampiezza del suono a intervalli regolari e determina come il segnale analogico viene rappresentato.
Un microfono produce un segnale elettrico continuo, mentre un file digitale memorizza numeri. Il convertitore analogico-digitale misura l'ampiezza del segnale a intervalli regolari: il numero di misure al secondo è la frequenza di campionamento, espressa in hertz. A 44.100 Hz si registrano 44.100 campioni ogni secondo per ciascun canale; ciò non significa che il suono sia composto da singoli impulsi udibili.
Per mantenere la massima componente del segnale al di sotto della frequenza di Nyquist si sceglie fₛ > 2fₘₐₓ. Non è prudente affidarsi all’uguaglianza: una sinusoide esattamente a fₛ/2 può produrre, per una particolare fase, campioni tutti nulli e risultare indistinguibile dal segnale nullo. Una frequenza di 44,1 kHz ha frequenza di Nyquist pari a 22,05 kHz: una banda utile fino a 20 kHz resta al di sotto di quel limite. Nei sistemi reali si usano filtri anti-alias e di ricostruzione non ideali e occorre lasciare un margine per la loro transizione. Le componenti non eliminate oltre il limite possono ripiegarsi in frequenze più basse.
Un errore comune è pensare che aumentare i campioni renda automaticamente ogni registrazione più fedele, anche quando microfono, ambiente o conversione sono scadenti. Inoltre, raddoppiare la frequenza aumenta approssimativamente i dati grezzi per secondo, a parità di bit e canali, ma non dimezza il rumore né corregge distorsioni già registrate. Campionamento e quantizzazione sono passaggi distinti.
Attività: confronta due schede tecniche ipotetiche, una a 44,1 kHz e 16 bit e una a 48 kHz e 24 bit. Calcola per entrambe i bit al secondo di audio mono non compresso moltiplicando frequenza per bit: 705.600 contro 1.152.000. Discuti perché il secondo dato non basta per decretare quale registrazione suonerà meglio in un ascolto reale.
- La frequenza di campionamento è il numero di misure del segnale al secondo.
- Il criterio di Nyquist richiede una frequenza oltre il doppio della massima frequenza da rappresentare.
- Frequenza di campionamento e profondità in bit descrivono aspetti diversi.
Metti alla prova quello che hai letto
Che cosa indica una frequenza di campionamento di 44,1 kHz?
- 44,1 bit per campione
- 44.100 misure al secondo per canale
- 44.100 canali audio
- Una durata di 44,1 secondi
Soluzione e spiegazione
44.100 misure al secondo per canale. Il kilohertz misura migliaia di cicli al secondo: 44,1 kHz corrispondono a 44.100 campioni ogni secondo per canale.
Fonti
- Nyquist — Analog Devices
- Basics of Band-Limited Sampling and Aliasing — Analog Devices
Nota editoriale
Confronto assistito documentato; revisione docente necessaria