سمپل ریت، بیت ریت و عمق بیت به چه معناست؟ + روش PCM چیست؟

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.

---

فهرست مطالب

• سمپل ریت چیست؟
• بیت ریت چیست؟
• عمق بیت چیست؟
• قضیه نایکوئیست چیست؟
• یک صدا چطور به شکل دیجیتالی ضبط می شود؟
• روش PCM چیست؟
• بررسی اندازه فایل‌های PCM
• آیا بیت ریت بیشتر به معنای تجربه گوش دادن به موسیقی بهتر است؟
• سخن پایانی و سوالات متداول

---

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. البته برای کسب اطلاعات بیشتر میتوانید مقاله تئوری موسیقی را بخوانید. 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.

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.

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.

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.البته برای کسب اطلاعات بیشتر میتوانید مقاله آموزش تئوری موسیقی را بخوانید. فضا و پهنای باندی که همواره جزو دغدغه‌های اصلی سرویس‌های استریمینگ از جمله اسپاتیفای یا اپل میوزیک بوده است.

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.

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.

قضیه نایکوئیست چیست؟

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.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.

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.

بیت ریت – 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.

بیت ریت – 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. البته برای کسب اطلاعات بیشتر میتوانید مقاله دستگاه های موسیقی ایرانی را بخوانید.

بررسی 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.

بیت ریت – 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.

بیت ریت – 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.

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.

سخن پایانی

شما در این مقاله با سمپل ریت، بیت ریت و عمق بیت آشنا شدید. همچنین از روش PCM آگاه شدید. اگر سوال یا نظری دارید آن را در کامنت مطرح کنید تا در اسرع وقت توسط ما جواب داده شود.

سوالات متداول