Почему за стандарт в Audio-CD принята частота дискретизации в 44.1 кГц?

Question

Почему за стандарт в Audio-CD принята частота дискретизации в 44.1 кГц?

Владимир Профи (577), закрыт 16 лет назад

Дополнен 16 лет назад

Про теорему Котельникова знаю. Человеческое ухо слышит до 20 кГц, хотя это индивидуально. Но почему именно 44.1 кГц, а не, скажем, 45 кГц или 46.4 кГц? А есть еще 48 кГц, 96, 192.

Дополнен 16 лет назад

Так, и какой же ответ правильный?

Answer 1

Подобно тому, как аналоговый видеосигнал перед записью на диск должен быть преобразован в цифровой формат, так же и аналоговый звук должен быть оцифрован. Операция оцифровки звука осуществляется с помощью электронного устройства, называемого аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) . Как и оцифровка видео, оцифровка звука происходит в три этапа: дискретизация, квантование и двоичное кодирование.
В процессе дискретизации аналоговый звуковой сигнал делится на десятки тысяч элементов, количество которых определяется частотой дискретизации и измеряется в килогерцах (кГц) . Например, частота дискретизации 48 кГц означает, что каждая секунда аналогового сигнала разделена на 48 тысяч элементов. Обычно при звукозаписи частота дискретизации может изменяться в пределах от 5 до 192 кГц. Очевидно, чем больше частота дискретизации, тем точнее будет преобразован исходный аналоговый сигнал и тем выше будет качество оцифрованного звука. Звук на дисках VideoCD записывается с частотой дискретизации 44.1 кГц. По теореме из курса функционального анализа (теорема Шеннона-Котельникова) , такое квантование позволяет адекватно передавать колебания с частотой до 44100/2=22050 герц. Этого вполне достаточно для большинства ушей

Answer 2

Потому что по теореме Котельникова частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше от верхней частоты спектра полезного сигнала, а для звука, воспринимаемого человеческим ухом 22 кГц. Следовательно эта частота должна быть не менее 44 кГц. Вот и ответ.

Answer 3

Наш соотечественник Котельников доказал, что для точного описания сигнала частота дискретизации должна вдвое превосходить верхнюю его частоту. Считается, что человек выше 20кГц не слышит. И прибавим небольшой запас на синхронизацию.

Answer 4

Для хорошего звука нужна частота дискретизации больше 40 кГц. Когда разрабатывался стандарт Audio-CD предстояло решить непростые механические о оптические задачи. Нужно было подобрать оптимальный для работы диска лазер, что определяет минимальный размер пятнышка на дорожке, ширину самой дорожки, скорость вращения диска, оптимальную емкость диска и т. д. Когда были решены все перечисленные задачи, то получилась “некруглая” частота 44,1 кГц. Изменять размеры дорожек или искать другие источники света, чтобы получить красивую ровную цифру никому не было нужно.

Answer 5

Самые первые системы цифровой записи в качестве промежуточного носителя цифровых данных использовали АНАЛОГОВЫЕ видеомагнитофоны (других в то время, собсно и небыло) , заточенные под стандарт NTSC или PAL. Поэтому и частота дискретизации выбиралась равной кратной доле частоты цветовой поднесущей в этих системах - соответственно 44,1 или 44,056 кГц. Это упрощало построение электронного тракта.

Answer 6

Хочу вести свои 5 копеек в эту тему. По той же теореме Котельников доказал, что из-за решетчатости системы выборки информации и вероятностной оценки совпадения достоверность восстановленного сигнала на частоте, равной половине частоты дискретизации составляет один процент. Крутизна цифрового фильтра, который получается при дискретизации, составляет 40 дециБелл на декаду.
Достоверность в 99,5 % получается только на частоте 2,2075 кГц.
Далее CD-плееры и кодеки просто искусственным методом восстанавливают исходный сигнал.
Притом более или менее достоверно он восстанавливается только до 16-17 килоГерц.