Bitcrusher

يتكون الصوت الرقمي من سلسلة سريعة من العينات الرقمية التي تُشفّر تغير سعة الموجة الصوتية. ولتمثيل موجة واسعة النطاق ذات مدة طويلة بدقة، يتطلب الصوت الرقمي عددًا كبيرًا من العينات بمعدل أخذ عينات عالٍ. كلما زاد المعدل، زادت دقة الموجة؛ أما المعدل المنخفض فيتطلب ترشيح الإشارة التناظرية المصدرية باستخدام مرشح تمرير منخفض للحد من أعلى تردد في الإشارة، وإلا ستحدث تشوهات في مكونات الترددات العالية . تحديدًا، يجب أن يكون تردد أخذ العينات (أو معدل أخذ العينات) ضعف أعلى تردد في الإشارة على الأقل؛ ويُسمى هذا التردد الأقصى للإشارة، الذي يساوي نصف تردد أخذ العينات، حد نايكويست .

على الرغم من شيوع الاعتقاد الخاطئ بأن معدل أخذ العينات يؤثر على سلاسة الموجة المُمثلة رقميًا، إلا أن هذا غير صحيح؛ إذ تضمن نظرية أخذ العينات أنه حتى أقصى تردد إشارة يدعمه معدل أخذ العينات (أي حد نايكويست)، فإن الإشارة الرقمية (المتقطعة) ستمثل بدقة مصدر الإشارة التناظرية (المستمرة)، باستثناء تشوه ضوضاء التكميم الناتج عن الدقة المحدودة للعينات الفردية. يمكن إعادة بناء الإشارة الأصلية بدقة ببساطة عن طريق تمرير الإشارة المتقطعة منخفضة التمرير عبر مرشح تمرير منخفض مثالي (بملف تعريف قطع رأسي مثالي). ومع ذلك، نظرًا لاستحالة بناء مرشح مثالي، يجب استخدام مرشح حقيقي، مع انتقال تدريجي بين نطاق التمرير ونطاق الإيقاف، مما يعني استحالة تسجيل جميع الترددات بدقة حتى حد نايكويست لمعدل أخذ عينات معين. يكمن الحل في زيادة معدل أخذ العينات بمقدار يتناسب مع نطاقات الانتقال للمرشحات المستخدمة في كل من أخذ العينات وإعادة بناء الموجة المستمرة. لهذا السبب، على سبيل المثال، تستخدم الأقراص المدمجة معدل أخذ عينات يبلغ 44.1  كيلوهرتز لتسجيل الصوت الذي نادرًا ما يتجاوز 20  كيلوهرتز، على الرغم من أن حد نايكويست لهذا المعدل هو 22.05  كيلوهرتز. ومن الاعتبارات الأخرى أنه لإعادة بناء مثالية، يجب أن تُعرض العينات كنبضات مثالية ذات مدة متناهية الصغر، لكن جميع الأجهزة الحقيقية تُولّد نبضات مستطيلة للعينات؛ تستخدم بعض أجهزة التحويل الرقمي إلى التناظري ذات الجودة المنخفضة تحويل الموجة المتدرجة، والذي يُخرج العينات أساسًا كنبضات مستطيلة مدتها تساوي فترة أخذ العينات. في هذه الحالة أيضًا، يمكن لزيادة معدل أخذ العينات أن تُقلل من التشوه الناتج وتُعوضه. ومع ذلك، لا يُمكن المبالغة في التأكيد على أنه، بغض النظر عن الدافع، فإن إضافة هامش إضافي إلى تردد أخذ العينات لا يجعل شكل الموجة المُعاد بناؤه أكثر سلاسة؛ بل يمنع فقط التداخل الترددي في نطاق الانتقال إلى الترددات المنخفضة، والذي من شأنه أن يُشوه الإشارة بشكل غير خطي.

تستخدم برامج محطات العمل الصوتية  الرقمية اليوم عادةً معدلات أخذ عينات تبلغ 44.1 كيلوهرتز أو أعلى. أما الأجهزة الرقمية القديمة فكانت تستخدم معدلات أخذ عينات أقل بكثير لتوفير مساحة التخزين للصوت. فعلى سبيل المثال، كان جهاز " Speak & Spell" من عام 1979 يستخدم معدل أخذ عينات يبلغ 8  كيلوهرتز.

يؤدي خفض معدل أخذ العينات (المعروف أيضًا باسم تقليل معدل أخذ العينات) إلى تقليل معدل أخذ العينات عمدًا لتدهور جودة الصوت. ومع انخفاض معدل أخذ العينات، تتعرض الترددات العالية للتشويه، أو تُفقد إذا تم ترشيح الإشارة الرقمية أولًا باستخدام مرشح تمرير منخفض. في حال استخدام محول رقمي تناظري (DAC) بدائي ذي موجة متدرجة، أو إذا لم يكن تردد قطع مرشح المحول الرقمي التناظري قابلًا للتعديل ليتوافق مع معدل أخذ العينات، بل تم تثبيته عند نصف تردد نايكويست لأقصى معدل أخذ عينات مدعوم، فإن شكل الموجة يصبح أكثر خشونة. عند التخفيضات القصوى، يصبح شكل الموجة معدنيًا نتيجة للتشويه الشديد، وربما التشوه غير الخطي الناتج عن سوء ضبط التحويل الرقمي التناظري. (لاحظ أنه يمكن تجنب كل هذه التأثيرات إذا تم ترشيح الإشارة بتردد منخفض قبل تقليل معدل أخذ العينات وإذا كانت معلمات محول الإشارة الرقمية إلى التناظرية (DAC) للتشغيل مناسبة لمعدل أخذ العينات المنخفض؛ عندئذٍ يبدو شكل الموجة محدود النطاق، بجودة مماثلة للهاتف أو راديو AM ذي استقبال واضح أو مسجل شريط مغناطيسي بسرعة شريط بطيئة.)

تُسجّل العينات في الصوت الرقمي كأعداد صحيحة أو أعداد عشرية تُخزّن في الذاكرة الرقمية. تُشفّر هذه الأعداد باستخدام سلسلة من بتات الذاكرة (تشغيل/إيقاف). كلما زاد عدد البتات، زادت دقة العينة في تشفير مستوى الصوت اللحظي لموجة الصوت المُسجّلة. تستخدم برامج محطات العمل الصوتية الرقمية (DAWs) اليوم عادةً أعدادًا عشرية 32 بت لأنها أكثر ملاءمة للمعالجة والمزج المتتاليين، ولكن عادةً ما يتكون الناتج الرئيسي النهائي من عينات عددية صحيحة 16 أو 24 بت. استخدمت أجهزة الصوت الرقمي وألعاب الفيديو القديمة عينات عددية صحيحة 8 بت أو أقل. استخدمت آلة الطبول الكلاسيكية TR-909 من رولاند عينات عددية صحيحة 6 بت. يؤثر عدد البتات المستخدمة في كل عينة بشكل مباشر على نسبة الإشارة إلى الضوضاء والنطاق الديناميكي للإشارة الرقمية، وتحديدًا من خلال تحديد سعة نوع من الضوضاء يُسمى ضوضاء التكميم، وهي مشابهة للضوضاء البيضاء المُرشّحة بمرشح تمرير منخفض.

يؤدي تقليل الدقة عمدًا إلى تقليل عدد البتات المستخدمة في عينات الصوت. ومع انخفاض عمق البت، تصبح الموجات الصوتية أكثر تشويشًا وتختفي التغيرات الطفيفة في مستوى الصوت، مما يقلل النطاق الديناميكي في الترددات المنخفضة. عند تقليل البتات إلى أقصى حد، تتحول الموجات الصوتية إلى نقرات وطنين ( موجات مربعة ) حيث تقفز الموجة فجأة من مستوى منخفض إلى مستوى عالٍ ثم تعود مرة أخرى دون قيم وسيطة، مع تسطيح العديد من القمم المنخفضة إلى سعة صفرية.