¿Convertidores de 16 bits o 24 bits?

Depende de a quién le preguntes. La mayoría de los humanos no pueden escuchar más allá de 20 kHz y 16 bits, por lo que 96 o 192 kHz deberían ser suficientes.

En cuanto a la diferencia entre los conversores de 16 y 24 bits, depende de su DSP. El beneficio clave de los convertidores de 24 bits es que le brinda toneladas de espacio adicional (rango dinámico) para que pueda realizar muchas operaciones matemáticas y no agregar un ruido de cuantificación notable.

En mi experiencia, no puedo decir la diferencia entre los conversores de 16 y 24 bits. Algunas personas piensan que pueden. Si fuera tú, iría con los convertidores de 24 bits, por lo que es una cosa menos de qué preocuparse y puedes concentrarte en tu código DSP.

Hay mucha información errónea y mucha información disponible sobre este tema, pero si estás haciendo un canal de audio digital, las frecuencias de muestreo de 96 kHz y 192 kHz son ridículas. La audición humana se extiende a 20kHz. Para satisfacer a Nyquist a 20kHz, necesitamos una frecuencia de muestreo superior a 40kHz. Los CD son 44.1kHz y 48kHz es otra frecuencia de muestreo común.

Ahora, recordemos que el audio digital es una señal discreta, no continua. Esto significa que tiene un valor en cada tiempo de muestra y no está definido en ningún otro momento. Para una señal con límite de banda, muestreada ao mayor que Nyquist, solo hay una señal que pasa a través de cada una de estas muestras discretas. Cualquier otra señal que pase por todos los puntos de muestra no puede satisfacer a Nyquist. La única razón para muestrear a 96 kHz o 192 kHz para un solo canal es si está realizando un muestreo excesivo con un ADC de baja profundidad de bits. Eso también es tonto, e iremos allí a continuación.

Acabamos de analizar cómo una serie de muestras discretas se corresponden exactamente con una señal. Esto es independiente de la profundidad de bits. Eso no significa que la profundidad de la broca no importe. La conversión a digital introduce el ruido de cuantización. La cuantización es el ruido introducido en la señal digital al "redondearlo" el valor digital más cercano, como se muestra en esta imagen descaradamente robada de Wikipedia .

Elruidodecuantizaciónestádirectamenterelacionadoconlaprofundidaddebits.Deberíaserbastanteobvioqueamayorresolución(valoresaredondear),menorseráelruidodecuantización.Unamayorprofundidaddebitshacequeparaunaresolucióndeescalacompletamásalta.Unaresoluciónmásaltareduceelruidodecuantificaciónaltenermásvaloresdisponiblesparacoincidirestrechamenteconelvalordelaseñalenunamuestra.Lareduccióndelruidodecuantificaciónreduceelpisoderuidoyaumentalarelaciónseñal/ruido(SNR).

¿Puedesescucharladiferenciaentrelacuantizaciónde16y24bits?Apuestocualquiercosaquenopuedas.Esparaunaguitarra,ylasguitarrasnosonconocidasporsurangodinámico.¿Unasinfoníaprofesional?Talvez,sinvacilar.Elpisoderuidode16bitseslosuficientementebajo,espocoprobablequeseaperceptible,peroladiferenciaserámedible.

Enresumen,mivotoesparaunafrecuenciademuestreode48kHzyunaresoluciónde16bits.Recomiendoatodoslosinteresadosenestetemaquevean este video .

Algo a considerar es que el rendimiento de su ADC y DAC dependerá en gran medida de los circuitos de soporte y el diseño de PCB. No soy un experto en ADC, pero tengo entendido que desde un punto de vista eléctrico, 16 bits es de alta gama y 24 bits es extremo. Si está utilizando una referencia de 5 V, 1 bit menos significativo es 76 uV en un convertidor de 16 bits. Ese es el mejor piso de ruido de -96 dB. ¿Confía en que puede controlar el ruido en esa medida? Tenga en cuenta que su entorno de grabación también produce ruido. A menos que estés en un estudio de grabación y tengas una buena placa de circuito, no creo que un ADC de 24 bits te ayude. También sospecho que 96 kHz es excesivo, y que 48 kHz funcionaría igual de bien.

Solo por diversión, puedes experimentar con el ADC de 12 bits en el STM32F4 para ver si puedes escuchar una diferencia en comparación con los de 16 bits.

Una característica fácil de pasar por alto de los sistemas de cuantificación como los ADC es que un ADC que siempre devuelve la lectura más cercana al valor de entrada agregará una cantidad significativa, hasta ± ½ LSB, de distorsión armónica, que puede ser mucho más objetable. de lo que sería ± ½LSB de ruido de amplio espectro. Un ADC que agregue ± ½ LSB de ruido de amplio espectro con las características correctas podría eliminar la distorsión armónica, pero si las características del ruido no fueran del todo correctas, quedaría cierta distorsión. Si bien no es imposible diseñar un ADC de 16 bits de alta calidad que tenga una fuente de ruido de ± ½ LSB de muy buena forma, a menudo es mucho más fácil simplemente extender las mediciones para reportar 24 bits, reduciendo así el ruido de cuantificación (y la armónica resultante). distorsión) por un factor de al menos 256. Aunque llegar a 24 bits puede no tener mucha ventaja más allá de, por ejemplo, yendo a 20, probablemente no agregue mucho al costo desde una perspectiva de hardware o software.

Como analogía, supongamos que uno necesita un dispositivo que informe un voltaje con una precisión de 0,06 voltios. ¿Sería más fácil diseñar un dispositivo de este tipo con una lectura en décimas de voltio o en centésimas? Si la lectura está en décimas, entonces el dispositivo debe poder resolver la diferencia entre 1.139 y 1.161 voltios (el primero debe informarse como 1.1 y el último como 1.2), una diferencia de poco más de 0.02 voltios. Si la lectura estuviera en centésimas, podría reportar un valor de 1.10 voltios para cualquier cosa hasta 1.159 voltios, y una lectura de 1.11 voltios para cualquier cosa hasta 1.061 voltios, una propagación de aproximadamente 0.1 voltios. Por lo tanto, proporcionar cifras más significativas en la lectura en realidad reduce la precisión de los circuitos necesarios para lograr una precisión dada del resultado.

En su caso, para muestrear una guitarra eléctrica con una frecuencia pico máxima de aproximadamente 2,5 kHz y una pendiente de caída de al menos 12 dB / octava a frecuencias más altas, estoy de acuerdo con el consenso general de 48 kHz y resolución de 16 bits, aunque Si te metes en modificaciones pesadas (como múltiples transmisiones de retardo), 24 bits te servirán mejor como señala @crgrace.

Nadie ha mencionado todavía la psicoacústica, que desempeña un papel importante en la percepción del audio digital, y dado que su pregunta fue sobre si puede oír una diferencia, creo que esto aún no se ha explicado. Nuestra percepción del sonido está más dominada por la información de fases que por la frecuencia y la distorsión. Usted mencionó el retardo y el coro como sus próximos intereses después de la modulación de envolvente. Ambos efectos agregan información de fases a la fuente original.

Sin embargo, si decide que desea aumentar el alcance de su proyecto para incluir guitarra acústica o voces, habrá un efecto notable utilizando una frecuencia de muestreo de 48 kHz y una profundidad de 16 bits. Sibilance, el sonido de "s" en el habla, a menudo ocurre con las voces. Una guitarra acústica con una pastilla piezoeléctrica también tiene una forma de sibilancia (aunque no es del mismo tipo) y es mejor filtrar las señales a 3-5 kHz para evitar este problema. Pero con las voces realmente no se puede hacer mucho, excepto para aplicar un filtro de eliminación de errores.

Sibilance es un sonido complejo que tiene una interacción de información de fases en frecuencias moderadamente altas. El caso más obvio es un platillo chisporroteante. Realice el micrófono y grabe a varias velocidades de muestreo y compare el sonido grabado con el directo. A medida que reduce progresivamente la frecuencia de muestreo, la señal grabada sonará más como un ruido fuerte hasta que se vuelva insoportable. En una buena grabación, podrás escuchar los remaches que se mueven alrededor del platillo. Esta es una de las razones por las que algunas personas prefieren las grabaciones analógicas en lugar de los CD.

Como regla general, necesita que la frecuencia de muestreo sea 10 veces la frecuencia de señal más alta para minimizar las distorsiones de fase. Una guitarra eléctrica produce pocos armónicos superiores a 5 kHz, por lo que una frecuencia de muestreo de 48 kHz funcionará bastante bien. Pero si desea utilizar sus efectos de manera más general, como la corrección de tono o el coro para las voces, recomendaría ir con frecuencias de muestreo más altas.

Profundidad de bits , que es de lo que habla el OP, no tiene nada que ver con poder escuchar un rango de frecuencias. En otras palabras, la profundidad de bits representa la resolución de la intensidad del sonido. Apuesto a que, si obtiene una música de alta calidad y la produce a través de conversores de 16 y 24 bits, ¡escuchará la diferencia a lo grande! La imagen de abajo muestra una "escalera" de cuantización exagerada en el muestreo de 16 bits:

Ahora, frecuencia de muestreo , que OP confunde con ADC, es diferente. Creo que quiere decir 96ks / sy 192ks / s, lo que significaría un exceso de muestreo. Estos números generalmente representan los múltiplos de 24 kHz, una frecuencia de audición máxima con cierta sobrecarga adicional (debido a los filtros de paso bajo no ideales). Por lo tanto, el muestreo a 48 kHz estaría ligeramente por encima de la tasa de Nyquist, 96 khz solo significa que es estéreo (dos canales) y 192 es cuádruple.

Por lo tanto, necesita muestrear cada canal a aproximadamente 48 kHz, y si puede obtener un muestreador ADC de 24 bits, intente hacerlo, la mayoría de las muestras de sonido comerciales tienen una profundidad de 24 bits. Sin embargo, si la fuente de sonido (quitar) es lo suficientemente ruidosa como para eliminar la resolución, gastar dinero extra para el convertidor de 24 bits no mejorará su sonido.

Y como dijo @crgrace, una mayor profundidad de bits le permitirá disminuir la pérdida de información durante el procesamiento de sonido digital debido a errores de truncamiento.