Densità dei campioni

La sezione principale

Moderatore: F.Calabrese

Rispondi
Gdg
Messaggi: 503
Iscritto il: mercoledì 1 gennaio 2014, 21:11

Densità dei campioni

Messaggio da Gdg » giovedì 20 gennaio 2022, 18:04

Seguite il ragionamento.

Prendo CoolEdit e creo una traccia vuota, stereo, 16bit e frequenza di campionamento fissa a 44.1 khz.
La riempo con un tono a 440hz, per un secondo.
Salvo la traccia sull'HD e verifico che "pesa" 176400 bytes

Riprendo CoolEdit e creo un'altra traccia vuota, stereo, 16bit ma stavolta con fdc a 88.2 khz.
La riempo con un tono a 440hz, per un secondo
Salvo la traccia sull'HD e verifico che sono 352800 bytes, cioè il doppio esatto di quella a 16/44.1.

-
Ora, secondo logica, quei 352800 bytes dovrebbero essere così suddivisi:
* 176400 bytes contengono le frequenze che vanno da 0hz a 22khz
* nei rimanenti 176400 bytes sono contenute le frequenze che vanno da 0hz a 22khz a 44khz
E' giusto?

E se fosse giusto, mi chiedo:
dal momento che gli esseri umani sentono (a stento) le frequenze fino a 20000Hz, a che servono tutti i formati digitali che hanno frequenza di campionamento superiore a 44100 khz?

Mi sfugge qualcosa?

Grazie
Saluti

Giovanni

gfm
Messaggi: 40
Iscritto il: lunedì 28 giugno 2021, 10:29

Re: Densità dei campioni

Messaggio da gfm » giovedì 20 gennaio 2022, 20:12

A parte la vera o presunta maggiore quantita' di informazione presente con la frequenza di campionamento piu' alta, c'e un altro vantaggio.
Un segnale analogico campionato dall' ADC a 44.1kHz e' ricostruibile dal DAC se contiene frequenze fino a 22.05 kHz, che diventano 44.1 kHz se lo si campiona a 88.2. Questo allontana dal range di udibilita' le immagini del segnale originale che il DAC crea a 44.1K, 88.2 K ecc.: il filtro in uscita al DAC puo' quindi essere piu' blando (o anche talvolta non esserci).

bepi67
Messaggi: 3043
Iscritto il: venerdì 15 ottobre 2010, 16:49

Re: Densità dei campioni

Messaggio da bepi67 » giovedì 20 gennaio 2022, 20:16

No: nei 35mila e rotti campioni ci sono tutte le frequenze audio tra 0 e 44 kHz, perchè il teorema del campionamento non "splitta" in bande di frequenza e campioni.
In ogni caso se senti fino a 20 kHz teoricamente basta una frequenza di campionamento do 44.1 kHz e quindi la metà dei campioni.
Il fatto è che molta gente dice di sentire differenze con il campionamento a 88 kHz.

B67
Sono solo un appassionato......di lavatrici sonore !

Gdg
Messaggi: 503
Iscritto il: mercoledì 1 gennaio 2014, 21:11

Re: Densità dei campioni

Messaggio da Gdg » giovedì 20 gennaio 2022, 20:38

insomma
gfm ha scritto:
giovedì 20 gennaio 2022, 20:12
Un segnale analogico campionato dall' ADC a 44.1kHz e' ricostruibile dal DAC se contiene frequenze fino a 22.05 kHz, che diventano 44.1 kHz se lo si campiona a 88.2. Questo allontana dal range di udibilita' le immagini del segnale originale che il DAC crea a 44.1K, 88.2 K ecc.: il filtro in uscita al DAC puo' quindi essere piu' blando (o anche talvolta non esserci).
Non avrei lo stesso vantaggio se sovracampionassi (solo raddoppiando però) in fase di conversione D -> A, la FcD?
-
Il ogni caso, fino al momento in cui non ci ho riflettuto (quindi pochi giorni fa) avevo l'intima convinzione che, al raddoppio della FdC, corrispondesse il raddoppio di campioni anche nel range 0-22khz (quindi al quadruplicarsi, una una densità 4 vlte superiore, etc.)
Saluti

Giovanni

gfm
Messaggi: 40
Iscritto il: lunedì 28 giugno 2021, 10:29

Re: Densità dei campioni

Messaggio da gfm » giovedì 20 gennaio 2022, 20:52

Si, e' possibile se si effettua un resampling, cioe' si modifica, in questo caso elevandola, la frequenza di campionamento originale.
Questo si puo' fare su un file con un computer, ma anche in tempo reale, prima di trasferire i dati al DAC (esistono integrati "sampling rate converters")

lucaesse
Messaggi: 2039
Iscritto il: domenica 10 novembre 2019, 19:03

Re: Densità dei campioni

Messaggio da lucaesse » venerdì 21 gennaio 2022, 0:32

Gdg:
Ora, secondo logica, quei 352800 bytes dovrebbero essere così suddivisi:
* 176400 bytes contengono le frequenze che vanno da 0hz a 22khz
* nei rimanenti 176400 bytes sono contenute le frequenze che vanno da 0hz a 22khz a 44khz
E' giusto?
Il ogni caso, fino al momento in cui non ci ho riflettuto (quindi pochi giorni fa) avevo l'intima convinzione che, al raddoppio della FdC, corrispondesse il raddoppio di campioni anche nel range 0-22khz

No, non è corretto. Se la frequenza di campionamento raddoppia il limite superiore del segnale trasmissibile raddoppia, ma questo non suddivide i campioni per frequenze. Non esistono campioni che si occupano di certe frequenze e altri che codificano altre gamme.

Se la frequenza di campionamento raddoppia avremo raddoppiato il numero di campioni per unità di tempo, la distanza temporale tra un campione e il successivo verrà dimezzata. Una volta che il segnale da trasmettere rientra nella banda utile, un campionamento maggiore non migliora la precisione con cui viene ricostruito dal DAC.

Ogni campione contiene il livello del segnale in quell'istante, indipendentemente dal contenuto spettrale. Se il segnale è una sinusoide a 440Hz tutti i campioni riguardano solo quel segnale. In tal caso che il campionamento sia a 44,1 o 88,2 non cambia nulla: basterebbe una frequenza di campionamento di 1000Hz e il risultato sarebbe identico. Ogni campione riguarda tutte le frequenze contenute nel segnale, quali esse siano.

Nel momento in cui il segnale viene campionato viene misurata la sua ampiezza, in modo più o meno preciso in funzione del numero di bit disponibile. Il singolo campione non contiene nessuna informazione sulla frequenza, è il succedersi dei campioni descrive l'andamento del segnale nel tempo.

Il vantaggio di un campionamento a 88,2 rispetto al 44,1 presuppone che: il limite di 22kHz sia stretto rispetto alla nostra sensibilità; nella registrazione siano presenti suoni oltre quella frequenza (passare da 96 a 192 difficilmente aumenterà la banda di una ripresa acustica, a meno di usare microfoni che salgano molto oltre i 48kHz).

Se 20kHz bastano al nostro udito, l'unico vantaggio di una banda più estesa è portare i problemi tecnici di filtraggio lontano dalla banda udibile. E' vero che esiste l'oversampling, ma il campionamento maggiore mi garantisce il risultato, quale che sia la tecnica implementata nel DAC e nell'ADC. Mentre il DAC me lo scelgo io, per l'ADC sono in balia delle scelte dei discografici.

Domanda per i più esperti: nel campo dell'elaborazione digitale (equalizzazione, x-over digitali) disporre di una registrazione con campionamento sovrabbondante è un reale vantaggio?

Suddividere il numero di campioni per bande di frequenza non ha significato. I campioni si succedono nel tempo, non hanno alcuna distribuzione rispetto allo spettro del segnale.

Ampliare la banda riprodotta comporta però un aumento del rumore complessivo, ma la cosa non mi preoccupa: escludo di essere in grado di sentire il rumore oltre i 20kHz (o oltre i 15, più probabilmente... :evil: )

Luca

tola
Messaggi: 899
Iscritto il: lunedì 25 agosto 2014, 15:35

Re: Densità dei campioni

Messaggio da tola » venerdì 21 gennaio 2022, 11:25

Luca molto interessante, grazie!

Gdg
Messaggi: 503
Iscritto il: mercoledì 1 gennaio 2014, 21:11

Re: Densità dei campioni

Messaggio da Gdg » venerdì 21 gennaio 2022, 12:44

Luca,
dopo una disamina così accurata, vien da sorridere leggendo:
lucaesse ha scritto:
venerdì 21 gennaio 2022, 0:32
Domanda per i più esperti: (...)
Luca
E te lo dico con ammirazione perchè i tuoi post sono sempre ineccepibili, almeno a livello teorico.
Immagino che tu abbia una laurea in ingegneria elettronica (o fisica), ma non ti occupi di audio.
-
Torniamo in topic.
Vero, ho "banalizzato" il concetto, anche se, per esperienza, mi era già chiarissimo quanto affermi qui:
lucaesse ha scritto:
venerdì 21 gennaio 2022, 0:32
...
Non esistono campioni che si occupano di certe frequenze e altri che codificano altre gamme.
...
Tuttavia,
la tua affermazione:
lucaesse ha scritto:
venerdì 21 gennaio 2022, 0:32
...
Se 20kHz bastano al nostro udito, l'unico vantaggio di una banda più estesa è portare i problemi tecnici di filtraggio lontano dalla banda udibile.
...
se ho ben capito, non fa che ribadire quanto detto da @gfm poco sopra:
gfm ha scritto:
giovedì 20 gennaio 2022, 20:12
A parte la vera o presunta maggiore quantita' di informazione presente con la frequenza di campionamento piu' alta, c'e un altro vantaggio.
Un segnale analogico campionato dall' ADC a 44.1kHz e' ricostruibile dal DAC se contiene frequenze fino a 22.05 kHz, che diventano 44.1 kHz se lo si campiona a 88.2. Questo allontana dal range di udibilita' le immagini del segnale originale che il DAC crea a 44.1K, 88.2 K ecc.: il filtro in uscita al DAC puo' quindi essere piu' blando (o anche talvolta non esserci).
Ma alla fine della fiera di "teorie sui massimi sistemi" (sono un umilissimo informatico, che male digerisce questi temi troppo astratti), quello che interessa sapere a me, a te, a noi tutti, tu lo sintetizzi qui:
lucaesse ha scritto:
venerdì 21 gennaio 2022, 0:32
...
Domanda per i più esperti: nel campo dell'elaborazione digitale (equalizzazione, x-over digitali) disporre di una registrazione con campionamento sovrabbondante è un reale vantaggio?
...
Saluti

Giovanni

PrandiniFabio
Messaggi: 677
Iscritto il: lunedì 4 luglio 2016, 8:43
Località: Mantova

Re: Densità dei campioni

Messaggio da PrandiniFabio » venerdì 21 gennaio 2022, 13:27

Non credo sia un vantaggio disporre di un campionamento a frequenza superiore, raddoppiare i campioni d'ingresso significa duplicare le operazioni eseguite dal DSP per lo stesso risultato, mentre variare i bit di risoluzione, non penso influisca sull'impegno del processore, visto che generalmente elabora i dati a 32 bit e quindi un 16 o un 24 bit sono comunque contenuti in un unico registro cioè entrambi processati in un solo passaggio.
Fabio

lucaesse
Messaggi: 2039
Iscritto il: domenica 10 novembre 2019, 19:03

Re: Densità dei campioni

Messaggio da lucaesse » venerdì 21 gennaio 2022, 21:43

Tola, Gdg, grazie per l'apprezzamento!

Al liceo pensai a lungo che mi sarei iscritto a ingegneria elettronica, ma al dunque scelsi diversamente. Probabilmente sbagliando, ma va a sapere.

Le modeste nozioni in materia mi vengono dalla concomitante passione per la musica e per la tecnica; entrambe sempre avute, che io ricordi. Quando ero più giovane, meno pigro e con più tempo a disposizione ero un accanito sperimentatore; da lungo tempo se accendo il saldatore è perché devo riparare qualche cosa. Pensare che all'epoca un modestissimo oscilloscopio era un mega investimento e un analizzatore di spettro pura fantascienza. Quella del tempo è una scusa :oops: , non è che da liceale mancassero attività alternative :D ;) al produrre puzza di transistor bruciati.

Comunque diffidate dei miei post. Diffidate a prescindere, non perché non sono scritti da un ing.: di soggetti titolati ma che dispensano colossali ca##ate, nel web ne trovate più d'uno.



Tornando ad argomenti con un minimo di interesse, Gmf dice bene: con il formato CD il limite è appena oltre la banda audio, quindi il filtraggio (anti aliasing e anti imaging) deve essere ripidissimo. Il problema non va sopravvalutato perché venne aggirato già con i primi CD player, adottando filtraggi digitali e sovracampionamento.

Si racconta che presentando il CD sony puntasse sulla "perfezione digitale" del suono, mentre philips contasse più sulla praticità di utilizzo. Sta di fatto che i primi lettori sony avevano normali fattezze da apparecchio hi-fi, mentre i philips ricordavano dei registratori da tavolo, che per giunta non sfruttavano appieno lo standard CD avendo convertitori da soli 14 bit. Però mentre i jap si limitarono a mettere dei ripidissimi filtri analogici all'uscita dei loro eccellenti dac da 16bit (all'epoca esercizi tecnici sorprendenti), philips già nella primissima serie utilizzava il sovracampionamento per poter filtrare molto più blandamente. Le cronache di allora riportano la superiorità philips, nonostante giocasse con due bit infortunati. Chissà che ne uscirebbe ascoltandoli a confronto con un impianto attuale. Non ho alcuna notizia sui filtri anti aliasing usati nella realizzazione dei CD dell'epoca.

Avere dello spazio tra la massima frequenza trasmissibile e la banda audio è comunque un vantaggio sul piano tecnico; non aprirei il dibattito sull'utilità di poter registrare ultrasuoni.


Quanto all'opportunità di alzare quanto più possibile la frequenza di campionamento quando prevediamo di utilizzare dei dsp, quoto PrandiniFabio:
Non credo sia un vantaggio disporre di un campionamento a frequenza superiore, raddoppiare i campioni d'ingresso significa duplicare le operazioni eseguite dal DSP per lo stesso risultato
Io la penserei esattamente così, ma in fatto di musica liquida sono un neofita. A proposito Gdg, mi sa che in questo campo un informatico si che è a proprio agio. Mica come me, che sclero dietro ad ogni impostazione software!

Luca

Rispondi