Frequenza di campionamento e audio

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.

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Che cosa indica una frequenza di campionamento di 44,1 kHz?

  1. 44,1 bit per campione
  2. 44.100 misure al secondo per canale
  3. 44.100 canali audio
  4. 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

  1. Nyquist — Analog Devices
  2. Basics of Band-Limited Sampling and Aliasing — Analog Devices

Nota editoriale

Confronto assistito documentato; revisione docente necessaria