16 bitów vs 24 bity – czy usłyszysz różnicę?


Nowy smartfon LG G2 jako pierwsze urządzenie w swojej klasie odtwarza dźwięk w 24-bitowej jakości. Co to właściwie oznacza? Mówiąc krótko: lepsze doznania słuchowe. Ale w jaki sposób lepsze i dlaczego? Zanurkujmy w bitowej głębi.

Bit to najmniejsza jednostka informacji zapisanej cyfrowo. Głębia bitowa oznacza liczbę bitów informacji powiązanych z każdą próbką dźwięku i przekłada się na tzw. poziomy kwantowania. 4-bitowy dźwięk daje 16 poziomów; 16-bitowy – 65 536 poziomy, a 24-bitowy aż 16 777 216 poziomów.

Ale chwila, moment! Nie można prościej? Czym jest poziom kwantowania? Jakie ma znaczenie? W jaki sposób przekłada się na jakość empetrójek? Żeby to zrozumieć, musimy prześledzić proces cyfrowego zapisu dźwięku.

Próbkowanie, czyli krojenie dźwięku

Zacznijmy od tego, że na jakość dźwięku nie wpływają same bity. O nich porozmawiamy później. Równie ważna jest częstotliwość próbkowania (sampling rate).

źródło: www.legwan.republika.pl

Próbkowanie to proces przetwarzania analogowego sygnału dźwiękowego na sygnał cyfrowy. Polega on na podzieleniu dźwięku na szereg próbek, nie da się bowiem cyfrowo zapisać ciągłego sygnału; wymagałoby to nieskończonej ilości danych. Tak jak taśma filmowa pozwala uchwycić ruch poprzez wykonanie szybkiej serii zdjęć, tak komputery pozwalają zapisać sygnał dźwiękowy w formie niedostrzegalnie krótkich pojedynczych dźwięków. Im krótsze będą odstępy między takimi wykrojonymi „plastrami” dźwięku, tym lepiej, ponieważ oryginalny sygnał zostanie odwzorowany z większą dokładnością.

Standardowa częstotliwość próbkowania to 44,1 kHz (jakość CD) i 48 kHz (DVD, telewizja cyfrowa). Oznacza to, że każda sekunda ciągłego sygnału dźwiękowego jest dzielona na 44 100 lub 48 000 pojedynczych sygnałów. Dlaczego akurat tyle? Ponieważ jest to częstotliwość ponad dwa razy większa niż zakres słyszalny dla człowieka (od 20 Hz do 20 kHz), a żeby poprawnie odwzorować dźwięk cyfrowo, zgodnie z twierdzeniem Kotielnikowa-Shannona należy zapisać go z wykorzystaniem dwukrotnie wyższej częstotliwości. Teoretycznie więc już 44,1 kHz pozwala uchwycić całe pasmo słyszalne przez człowieka.

Metoda cyfrowego zapisu nie jest jednak doskonała. Nieunikniony podczas próbkowania okazuje się efekt aliasingu, czyli powstawania zniekształceń w postaci fali dźwiękowej równoległej do oryginalnego dźwięku. Artefakty usuwa się, stosując filtry antyaliasingowe – jednak w przypadku częstotliwości 44,1 kHz margines błędu przy wycinaniu szumów jest tak niewielki, że istnieje ryzyko wycięcia wraz z nimi subtelnych dźwięków, które powinny dotrzeć do słuchacza. Z tego też powodu preferowane jest stosowanie dającej większe „pole do manewru” częstotliwości 48 kHz. Nie trzeba zresztą ograniczać się do takiej wartości. Na płytach DVD-audio i Blu-ray używa się 96 kHz, zaś LG G2 umożliwia korzystanie z częstotliwości 192 kHz!

Kwantowanie, czyli określanie dźwięku

Poddaliśmy sygnał próbkowaniu do określonych przedziałów czasowych, ale to jeszcze nie wszystko. W ramach każdego z „wykrojonych” przedziałów dźwięk przyjmuje przecież różne wartości. W naturze ich ilość jest nieskończona, natomiast jeżeli sygnał ma zostać zapisany cyfrowo, należy posłużyć się ograniczonym zbiorem określników: na tyle dużym, by dokładnie odwzorować oryginalny sygnał, a zarazem na tyle małym, by na nośniku danych starczyło pamięci. Jak wybrnąć z tego problemu? Trzeba wyróżnić tzw. przedziały kwantowania, do których zaokrąglone zostaną wartości pierwotnego sygnału.

24-bitowy dźwięk pozwala na cyfrowe przypisanie wartości próbki dźwięku do niemal 17 milionów odrębnych poziomów – jest to więc metoda nieporównywalnie bardziej dokładna od 16-bitowej, oferującej ok. 65 tysięcy poziomów. Dźwięk 24-bitowy jest zatem bardziej zbliżony do naturalnego i pozwala zachować niuanse nagrywanej muzyki. Nawet dźwięki o niezwykle podobnych wartościach są rozróżniane, w wyniku czego nie będą się ze sobą zlewać.

Z perspektywy dynamiki

Na głębię bitową można spojrzeć z innej perspektywy. Dynamika dźwięku to wyrażana w decybelach różnica między najgłośniejszym i najcichszym dźwiękiem w dowolnym sygnale, np. w zapisanej w pliku mp3 piosence. Jeden bit odpowiada 6 dB, toteż system 16-bitowy pozwala na zapis sygnału o dynamice 96 dB, a 24-bitowy 144 dB.

Człowiek słyszy dźwięki z przedziału 0-120 dB, więc na pierwszy rzut oka może się wydawać, że 16 bitów wystarczy do uzyskania całkiem satysfakcjonującej jakości. Należy jednak wziąć pod uwagę zapisywane wraz z dźwiękiem szumy. Niczego nie nagrywa się w warunkach idealnej ciszy, zaś niepożądane dźwięki mogą pochodzić nawet z samego urządzenia nagrywającego. Wszystkie te zakłócenia składają się na tzw. poziom szumów, który trzeba wyeliminować w procesie obróbki dźwięku.

Załóżmy, że poziom szumów wynosi 18 dB, czyli 3 bity. W przypadku nagrywania dźwięku w systemie 16-bitowym spadek jakości, jaki nastąpi w wyniku usunięcia szumów, może być wyraźny. Zakres dynamiki dźwięku spadnie wtedy do 84 dB ze słyszalnego spektrum 120 dB. W przypadku zapisu 24-bitowego niezbędne „cięcia” będą praktycznie niezauważalne. Zwiększona liczba bitów daje o wiele większe możliwości rozdzielenia poziomu szumów od właściwego nagrania.

Przepraszam, a nie można prościej?

Spróbujemy wyjaśnić to wszystko bardziej obrazowo. Jakość cyfrowego dźwięku można porównać do rozdzielczości ekranu telewizyjnego. Jeżeli założymy, że 16-bitów to odpowiednik standardowej rozdzielczości SD, czyli 480p znanego z telewizorów kineskopowych, to 24-bity oznaczają wysoką rozdzielczość HD, czyli 1080p z szerokoekranowych telewizorów LCD. Dźwięk, podobnie jak obraz, w wysokiej rozdzielczości staje się bardziej wyrazisty; ma większą ostrość i „głębię”, zawiera też więcej drobnych szczegółów.

Eksperci z serwisu Antiquiet stosują jeszcze inne porównanie. Ich zdaniem częstotliwość próbkowania jest odpowiednikiem liczby klatek wyświetlanego filmu, a głębia bitowa odpowiada liczbie kolorów, które może wyświetlić każdy piksel na ekranie. Im większy sample rate, tym dźwięk jest bardziej „płynny”, zaś im więcej bitów – tym bardziej wyrazisty i „barwny”.

A zatem czy 24 bity robią różnicę? Owszem. Jeżeli masz dobre ucho, zaopatrujesz się w najlepsze wersje ulubionych piosenek i naprawdę przykładasz wagę do jakości dźwięku, możliwości smartfona LG G2 sprawią ci miłą niespodziankę.

 Autorem tekstu jest Michał Puczyński

  • Alek

    Tylko nie ma takich plików muzycznych zapisanych w standardzie 24bit.

    • Vader84

      Jak nie ma jak są, standardowo udostępniane mp3 oczywiście że nie, ale mp3 nie jest i nigdy nie był nigdy wyznacznikiem jakości dźwięku tylko akceptowalnego standardu w małych rozmiarach pliku. Natomiast ripujesz płyty według własnych ustaleń, dvd-audio, losslessy, pełna gama opcji.

      • Kriz

        Nawet pliki FLAC są zazwyczaj 16/44,1 pliki FLAC HD (24/96 i 24/192) są bardzo rzadkie a pojedyncza piosenka zajmuję sporo więcej niż tradycyjny FLAC który i tak ma od 25 do 40 MB lub więcej. Jeśli nie masz bardzo dobrych słuchawek (a raczej wątpię że w LG G2 znajduje się mocny wzmacniacz słuchawkowy) to kompletny bezsens. Ja na co dzień słucham na HOX tradycyjnych flaków i różnica między bardzo dobrze skompresowaną mptrójką jest ledwo wyczuwalna (a słuchawki mam przyzwoite dokanałowe).

        • Vader84

          Różnica w jakości od pewnego stopnia kompresji potrafi być czysto subiektywna i rzeczywiście zaczyna wszystko zależeć od sprzętu na jakim odtwarzamy ale sens generalnie nie był tematem mojej odpowiedzi ;) Osobiście na tak naprawdę słabej jakości sprzęcie kinowym bo amplituner+kolumny (wartość jakieś 2500-3000 zł) aż miło gdy włącza się płytę dvd-audio (24/192) i słychać różnicę w czystości dźwięku.

          • Szemot

            No i w sumie jest subiektywna. O il większość moich znajomych czy to mp3 128kb czy DTS HD to różnicy nie wykryją tak ja mp3 128Kb/s a 320Kb/s wykryję bez problemu. Ale Flac od 320Kb/s już nie za bardzo. Chyba, z to specyficzna muzyka z miękkim basem. Raz byłem zajarany jak ściągnąłem kilka płytek zgrywanych z vinyli właśnie jako Flac próbkowany 24/96 Odtwarzam na Diorach 180W. I sobie mówię WOW ale czadowy dźwięk, na to czekałem. Teraz sprawdzę tą samą płytę tylko w mp3 320 i nagle szok, że jednak różnicy nie słyszę. Ale zajarany byłem tym w jakiej jakości tamto było i stąd zwykły efekt placebo. Zdarzają się faktycznie takie płyty a raczej rodzaj muzyki gdzie różnica jest wyczuwalna ale tak serio to nie wiele. Potem wpadł do mnie kumpel, który sam siebie nazywa audioflem. Powiedziałem, że mam takie kawałki i co sądzi o jakości zwłaszcza, że na moim sprzęcie a nie jego hiper kasiastym. Mówi, że świetnie to brzmi na prawdę. Problem tylko w tym, że niechcący puściłem właśnie te mptrójki ;-) Nieraz się spotykałem w życiu z tymi pseudo audiofilami co na studyjnym dźwięku twierdzą, że słyszą pchły uprawiające sex gdzieś niedaleko mikrofonu a to tylko spore mniemanie o zdolności swojego słuchu.

            Co do tego LG to średnio wątpię by się to sprawdzało. Nikt przecież nie słucha muzyki z telefonu w domu tylko na ulicy. A tam mając najbardziej izolowane słuchawki i tak dostaje się dźwięk z metra, autobusu, tłumu. Wtedy często trudno rozróżnić kiepską mptrójkę w takich warunkach a ci mówią o audiofilskim dźwięku. Prawdopodobnie dlatego też nie powstały żadne prawdziwie audiofilskie odtwarzacze muzyki bo nie miało to realnego sensu a tym wymagającym starczały iRivery, Cowon czy iAudio

          • kukinda

            oj za mało słyszysz.różnica jest ogromna.

          • Szemot

            Pewnie, że jest ogromna. Różnica w reakcji ekranu iPhone5 i SGS4 też jest ogromna bo w pierwszym to 50ms a w drugim 150ms. I jedno i drugie dla użytkownika nie ma znaczenia. A jakby podmienić obudowy to zacznie działać wtedy placebo. Te różnice są trudno wykrywalne gdy się sprawdzi jeden kawałek po drugim. A co dopiero usłyszeć kawałek i domyślać się w jakiej jakości jest. Jakby te różnice były takie oczywiste to koncerty w DTS MA byłyby w bitrate w jakim standard DTSMA jest przeznaczony czyli do 24Mb/s w dyskretnych 8 kanałach 24bit/96Hhz a bitrate zwykle w takich koncertach czy nagraniach niby audiofilskich to 2-4Mb/s 24bit 48KHz. Ale człowiek kupuje sprzęt za 50k do tego koncert w DTSMA i się cieszy, że ma studyjny bezstratny dźwięk chociaż nie ma pojęcia, że nie ma.

          • MarekB

            Dodam do tego, że przeprowadzałem kiedyś ślepe testy na znajomych, dając im do porównania WAV-y 16 bitowe i przekonwertowane odpowiedniki 8 bitowe. Przy muzyce o gęstej fakturze prawie nikt nie zauważył różnicy, a poziom kastracji jest w takim wypadku dużo wyższy niż przy przejściu 24 -> 16 bitów.

          • Szemot

            No bo to wszystko zależy też od rodzaju muzyki. Jak leci jakiś taki typowy pop typu LadyGaga to podejrzewam, że nie słyszałbym różnicy między 320 a 128Kb/s. Ale taki Jungle, Trip Hop czy czysty Drum’n'Bass już we Flac różnica jest. O dziwo w klasyce czy new age do którego większość płyt SACD powstało też te różnice dla mnie są dość małe. Muzyka klasyczna nie porusza całego pasma i skupia się raczej na tonach wysokich. A przecież MP3 odcina także i niskie

          • Beka z szemota

            lol ale z Ciebie ekspert

          • kornik

            “Muzyka klasyczna nie porusza całego pasma” – tekst miesiąca! Stań przed organami i poproś o próbkę, albo przed kotłami krzycząc że skupiają się na wysokich tonach. Zamelduj to również waltornii i kontrabasowi, jeśli wiesz co to jest. Po prostu nie masz pojęcia o czym mówisz, a dodatkowo twój grajek nie jest najwyraźniej w stanie przenieść informacji od tych instrumentów. No “fachowiec” pełną gębą z ciebie :) )). Za to słyszysz różnice w brzmieniu przy prymitywnych i syntetycznie wygenerowanych dźwiękach Jungle, czy Drum’n'Bass :) .
            Jeśli słychać różnice (a słychać) to przede wszystkim na materiale z naturalnymi instrumentami operującymi w szerokiej skali częstotliwościowej, barwowej i dynamicznej, czyli w klasyce właśnie. Do tego wyższość gęstych nagrań ujawnia się przy dużych składach muzycznych, gdzie jest konieczność oddania potęgi brzmienia przy jednoczesnej prawidłowej separacji instrumentów bez utraty detali. Zrobić ścianę dźwięku to nie sztuka, a większość grajków to właśnie robi w tym przypadku. Już nie będę się znęcać mówiąc o oddaniu takich zjawisk jak przestrzeń, scena, lokalizacja instrumentów. Abstrahując od dobrze zrealizowanego nagrania, to wszystko przekazać potrafią systemy za grube pieniądze, a nie pierdziawki do kina domowego czy PC Audio.

          • Szemot

            “Za to słyszysz różnice w brzmieniu przy prymitywnych i syntetycznie wygenerowanych dźwiękach ” – to nie takie trudne. Dźwięk stworzony zawsze będzie lepszej jakości niż nagwany. To samo się tyczy obrazu. Dlatego nawet w dość starych standardach jak DD czy DTS o wiele lepszej jakości był dźwięk w filmach stworzonych komputerowo niżten nagrany w studio czy w plenerze. Słychać to było wtedy, dziś także przy wyższych standardach jak DTSMA

          • Wojciech Pitra

            Sprawdź sobie: Fiio X3, albo Astell&Kern AK100 tudzież AK120… o ile ten pierwszy to jest coś dobrego za całkiem niezłą cenę to dwa kolejne to już jest morderstwo kieszeni. Ale słychać tą jakość…

          • Wojciech Pitra

            Amplituner + kolumny nawet w cenie tak jak napisałeś biją na głowę systemy 5.1 które kosztują kilka razy więcej. Nie ma co marudzić tylko trza pomyśleć nad dobym DAC`em do kompa.

          • Szemot

            A czym innym jest system 5.1 jak nie amplituner + kolumny?

          • Filas

            Muzyka klasyczna głównie tony wysokie – szczególnie przy organach, wiolonczeli i podobnych instrumentach :)

          • kornik

            Dorzucę puzon basowy i kotły. Chłopaczyna nie wie co pisze :)

        • Gesti

          Masz całkowitą rację, a dodatkowo, jeżeli weźmiemy pod uwagę ile ma wbudowanej pamięci G2 (dla użytkownika dostępne jest bodaj 26gb) to, przy normalnym wykorzystywaniu, czyli zdjęcia, aplikacje, jakiś film i tak wiele muzyki w 24 bitach nie pomieścimy…

          • Steve

            W Polsce oficjalnie tylko 16GB gdzie dostępnej jest 10.6GB także słabiutko pod tym względem.

    • Robertor

      Kwestia popytu i podaży: jeżeli będzie dużo takich urządzeń to i pliki się pojawią – popyt wygeneruje podaż.

      • Szemot

        Ale plików w necie jest dużo. Rzecz jasna nielegalnych. Legalne sklepy audio z muzyką HQ to niezwykłą rzadkość. Np mp3 320Kb/s trudno jest znaleć a czy ktoś sprzedaje flac to ni sądzę. Jeśli nawet to wybór jest bardzo skromny. A przecież potencjalnych klientów są dziesiątki milionów. Bo wystarczy PC, karta dźwiękowa niezintegrowana i kino domowe (nie głośniki komputerowe). Mimo wszystko w skali świata to gigantyczna liczba ludności. Mało kto w to się bawi

        • Wojciech Pitra

          Kino domowe – niee. Dobre głośniki, dobry wzmacniacz albo dobra karta dźwiękowa tzw. DAC obsługujący sygnał 192kHz i 24 bity plus dobre słuchawki. Kino domowe… niee :D

          • Vader84

            Napis 24/192 zapala mi się w sprzęcie tylko przy dvd-audio :) (brak obrazu na płycie) wybór płyt mocno ograniczony :p bo przeważnie są to płyty z materiałem video. Kupilem Linkin Park na blu-ray i jest z video koncertowym, dźwięk już standardowy DTS.

        • Rzadki

          Wejdź w TIDAL. Ja mam i jestem zadowolony. Podają muzykę w 1411,2 kbps 16 bit 41000Hz. Płacę mieś. 39,99pln. Dostęp do 25-30mln utworów. Do kompa podłączyłem przez USB przetwornik cyfrowo analogowy DAC Camridge Audio Magic 6. Jest SUPER. Oczywiście dobry wzmacniacz i dobre kolumny. W TIDAL-u wybierasz opcje HI FI, bo są jeszcze dwie niższe opcje 320kbps za 19,99pln i 128kbps za 10pln. Pozdrawiam rzade@poczta.fm :-)

          • Szemot

            Korzystam z darmowej wersji Premium dzięki Playowi. Już same MP3 320Kb robią ogromne wrażenie na PC (na telefonie nie słsze różnicy) i górują nad tą samą rzekomo jakością w Spotify. Jak mi sięskończy okres darmowy to pewnie też będę kupował nowy amplituner przy okazji bo ten się wysłużył. Wtedy też spróbuję na miesiąc wersjęHi-Fi i zobaczę czy słyszę różnicę. Nie zapominaj, że jak pisałem ten post to raczej Tidal dopiero powstawał i nikt w Polsce o nim nie słyszał.

  • Mariusz

    “poziom szumów wynosi 18 dB, czyli 3 bity”. Dobre, jeszcze teraz leże i kwicze.

    • http://barteque.blogspot.com/ Bartek Garbiec

      Jako osoba niezbyt zorientowana pytam się – o co chodzi? :) Chodzi o jakąś niezgodność jednostek?

      • Mariusz

        Informacja o dynamice dzwieku musi być zawarta, więc to porównanie jest jakby ktoś stwierdził, że skoro pasażer wysiadł z samochodu to dalej można na trzech kołach jechać.

  • 2EV

    Niezależnie od tego czy różnica jest duża czy nie, to i tak chwała LG za to, że umożliwia polepszenie jakości dźwięku. Reszta producentów rywalizuje na gadżety.

  • JaczHasiek

    Prawdziwi koneserzy to z pewnością będą czuli różnice. Mój brat jak słucha muzyki poważnej to wyczuje każdą niedoskonałość. Dobre słuchawki to podstawa. Jak nie można słuchać na cały regulator, bo np dziecko śpi, to słuchawki ratują.

  • aviva

    ja piernicze internetowe fachury sie spuszczaja jeden na drugiego…
    dodanie audio 24bit kosztowało LG pare centów… a zrobili po ty by sie pochwalić a nie zeby z tego był jakikolwiek użytek. a tu szpenie wszelkiej maści tłumacza jeden drugiemu po co, na co, gdzie sa pliki,gdzie ich nie ma, co potrzebne, co niepotrzebne… niezłe bolasy

  • Filas

    Widzę, że LG zapłacił naprawdę sporo za zrobienie z siebie kretyna. Pacuły nie słyszą 24 bit, a co dopiero zieleniaki. Artykuł to kompletne kłamstwo.

  • adderek

    Jeśl kiedyś będę rysować wykres fali dźwiękowej to pewnie się zastanowię nad zakupem tego czegoś cokolwiek to miało być… w przeciwnym razie nie widzę różnicy w przerzucaniu siana widłami zwykłymi a wykonanymi ze złota.
    Temat zbyt rozległy a interpretacja zbyt trudna. Jeśli ktoś chce to polecam posłuchać dźwięku zakodowanego na 15 bitów (czyli o połowę “gorszego” niż 16 bitów) i zastanowić się czy to jest wystarczająca jakość. Jeśli 15 bitów jest OK to 16 bitów jest 2x “lepsze” i też jest OK.
    A jeśli ktoś chce poczuć różnicę to polecam porównanie specjalnie spreparowanych próbek w 24 bitach i w 16 bitach. To tak jakby wziąć do jednej ręki ciężarek 1kg a do drugiej 2kg. “Na czuja” nie zgadniesz ile ciężrek waży ale możesz zgadywać który jest cięższy.

  • HD

    No ale cza miec jeszcze słuchawki za 2k

  • Paweł

    Nie powiem że nie da się zauważyć różnicy między dźwiękiem 16 a 24-bitowym bo w moim laptopie można wybrać w jakiej ma być odtwarzany dźwięk i podczas słuchania muzyki przełączałem między 16 i 24-bitowym dźwiękiem oczywiście na głośnikach 5,1 to można wyło poczuć delikatną poprawę na wersji 24-bitowej ale ta poprawa jest tak mała że po zatrzymaniu muzyki i zmianie na 16-bit to dźwięk wydawał się taki sam

  • Rafał

    Akurat dzwięk w LG G2 jest słabej jakości a najgorzej wypada bas , nie wspominając o miernej jakości słuchawkach dołączonych do telefonu . Korektor nie daje zupełnie nic nawet pogarsza jeszcze sytuacje .

  • Daniel

    Mhm.. :-) Tylko co z tego, że 16 bit to tyle, a 24 bit to tyle, a 32 to w ogóle super ekstra dużo db dynamiki, jak i tak utwory do dystrybucji robi się ze średnią dynamiką 10-15 db. Do pracy z dźwiękiem – ok minimum 24 aby nie było problemów z artefaktami kwantyzacji i szumami ale w odtwarzaniu ? To kretyństwo troche – oklepany marketing :-) dynamika dźwięku jest “rozdzielczością” natężenia lub głośności dźwięku (jak kto woli), a tak jak napisałem – w komercyjnych dystrybucjach ten parametr średnio to 10-15 db, dla produkcji filharmonicznych to nawet z 60. Jak by było inaczej to jak byście słuchali radia, byście musieli cały czas gałką głośności manipulować aby wszystkie instrumenty dobrze słyszeć w utworze :-) Ale tak nie jest bo kompresory i limitery dynamiki robią to za was, tak aby uzyskać skrajnie niską dynamikę. Jako producent muzyczny – napisze tak: Ściema, nie ma jakiejkolwiek różnicy w słyszeniu dla normalnego słuchacza między 16, a 24, a 32, a 64 (tak już jest taki standard) bit.

    • Daniel

      Dynamika – różnica głośności.