Skip to content

«Если частота дискретизации отвечает на вопрос "когда измерять?", то квантование отвечает на вопрос "насколько точно измерять?".»


🎯 После этой главы вы сможете

  • понять, что такое квантование;
  • узнать, почему возникает ошибка округления;
  • разобраться, что такое шум квантования;
  • понять, почему цифровой звук никогда не бывает абсолютно точным;
  • подготовиться к изучению Bit Depth.

Что мы уже знаем?

На данный момент мы уже понимаем две вещи.

Во-первых, компьютер измеряет сигнал через одинаковые промежутки времени.

Во-вторых, количество этих измерений определяется частотой дискретизации (Sample Rate).

Но появляется новый вопрос.

Если компьютер измерил амплитуду сигнала, может ли он записать её абсолютно точно?

Ответ:

Нет.


Почему?

Компьютер умеет хранить только конечное количество чисел.

Представьте линейку.

На ней есть отметки:

text
0

1

2

3

4

5

Если измеряемый объект имеет длину:

text
3.27

а линейка позволяет измерять только целые значения,

мы будем вынуждены записать

text
3

или

text
4

То есть произойдёт округление.

Со звуком происходит абсолютно то же самое.


Что такое квантование?

Квантование — это процесс округления измеренной амплитуды до ближайшего доступного цифрового значения.

Именно этот процесс превращает непрерывный аналоговый сигнал в последовательность чисел.


Представим волну

Идеальная аналоговая волна выглядит так:

text




Но цифровая система может использовать только фиксированные уровни.

Например:

text
5

4

3

2

1

0

Тогда каждая точка будет округляться к ближайшему уровню.

Получится:

text
5

5

4

3

2

1

Настоящее значение потеряно.


Ошибка квантования

Разница между настоящим значением и записанным называется

ошибкой квантования.

Например,

реальная амплитуда:

text
2.73

Компьютер сохранил:

text
3

Ошибка:

text
0.27

Эта ошибка появляется при каждом измерении.


Миллионы маленьких ошибок

Каждая отдельная ошибка очень мала.

Но за одну секунду происходит:

44 100 измерений

или

96 000 измерений

Каждое измерение содержит небольшую ошибку.

Вместе они образуют особый вид шума.


Шум квантования

Этот шум называется

Quantization Noise.

Он не связан с микрофоном.

Не связан с предусилителем.

Не связан с комнатой.

Он появляется исключительно из-за того, что цифровая система вынуждена округлять значения.


На что похож шум квантования?

Если битовая глубина очень маленькая,

волна начинает напоминать лестницу.

text
        ┌─────

   ┌────┘

───┘

Вместо плавной линии появляются ступеньки.

Чем крупнее ступеньки,

тем сильнее ошибка.


Можно ли полностью избавиться от ошибки?

Нет.

Если количество уровней конечно,

ошибка округления неизбежна.

Можно лишь сделать её настолько маленькой,

что человеческое ухо перестанет её замечать.

Именно этим занимается увеличение битовой глубины, которую мы рассмотрим в следующей главе.


Где слышен шум квантования?

При современных форматах:

  • 16-bit;
  • 24-bit;
  • 32-bit Float,

его практически невозможно услышать в обычной музыке.

Но если представить систему с очень маленьким количеством уровней,

например:

text
3 bit

или

text
4 bit

звук станет грубым,

зернистым,

напоминая старые игровые приставки.

Именно на этом эффекте основан плагин Bitcrusher.


Bitcrusher

Bitcrusher специально уменьшает количество доступных уровней.

В результате:

  • увеличивается ошибка квантования;
  • появляется характерная цифровая "зернистость";
  • звук становится грубым и ломаным.

То есть Bitcrusher намеренно ухудшает качество цифрового представления сигнала ради художественного эффекта.


Квантование и Sample Rate

Очень важно не путать два понятия.

Sample Rate отвечает за вопрос:

Как часто измеряется сигнал?

Квантование отвечает за вопрос:

Насколько точно записывается каждое измерение?

Это два совершенно разных процесса.

Именно поэтому можно иметь:

  • высокую частоту дискретизации;
  • но маленькую битовую глубину.

И наоборот.


Практический эксперимент

Возьмите любой Bitcrusher.

Постепенно уменьшайте параметр Bit Depth.

Обратите внимание:

  • появляются цифровые искажения;
  • звук становится более "ломаным";
  • тихие детали исчезают;
  • возрастает шум.

На самом деле вы наблюдаете последствия увеличения ошибки квантования.


Что должен понять продюсер

Каждый цифровой семпл — это компромисс.

Компьютер не способен записать абсолютно точное значение амплитуды.

Он всегда выбирает ближайший доступный уровень.

Чем больше таких уровней,

тем точнее цифровое представление аналогового сигнала.


Итоги главы

✅ Квантование — это округление амплитуды до ближайшего цифрового значения.

✅ Оно неизбежно в любой цифровой системе.

✅ Разница между реальным и записанным значением называется ошибкой квантования.

✅ Миллионы таких ошибок образуют шум квантования.

✅ Чем больше доступных уровней, тем меньше ошибка.


Что дальше?

В следующей главе мы разберём битовую глубину (Bit Depth).

Мы узнаем:

  • что означают 8, 16, 24 и 32 бита;
  • сколько уровней может хранить компьютер;
  • почему 24-bit стал стандартом профессиональной записи;
  • как битовая глубина связана с динамическим диапазоном;
  • почему 32-bit Float почти невозможно перегрузить внутри современной DAW.

После этой главы устройство цифрового аудио станет практически полностью понятным.