[English]
A few days ago, a customer wrote me to ask my opinion on why he couldn't hear any difference between an audio file produced at 44.1kHz/16bit and the same file upsamplet to 192kHz/24bit.
He thought that the upsampling process would improve the sound quality of the file.
While it could be marginally so when it comes to the way a DAC and its output filters work at different sampling rates, one thing must always be clear: upsampling doesn't add information nor improve the inherent sound quality of a file.
Upsampling means changing the sampling frequency of a file to a higher one. Typical is going from 44.1kHz to 176.4kHz. A side effect of this process is that the resulting new samples fit on a larger word than the original ones, so 44.1/16 generally translate into 176.4/24.
Does this mean that we have more information in the upsampled file than in the original one? No. Let's see why, discussing about bandwidth and resolution.
The original analog program has been heavily band-limited prior A/D conversion. Converting it @ 44.1kHz required band-limiting @ 20kHz or so. All information beyond that frequency were lost forever.
If we upsample, we just rearrange the original information to fit a denser sample sequence, but we don't (and we can't) add information Beyond 20kHz. In un upsampled file with 176.4kHz sampling rate originated from a 44.1kHz file, the power spectrum of the signal falls to zero beyond 20kHz, even if 176.4kHz sampling would allow for information contents up to 8.2kHz.
Same thing for 44.1kHz file originated from hi-rez masters: they were actually downsampled, with a digital filtering process prior downsampling to cut all excess band away. Results are same: all information beyond 20kHz are lost.
And the resolution? It remains the same as the original 16bit file, at best. This is because after A/D conversion, which implies quantization, the original signal is superimposed a noise, called quantization noise, which cannot be separated anymore from the original signal. Thus, when we upsample, we apply the process to both signal and quantization noise, resulting in a 16bit resolution signal represented on 24 bits.
Summarizing, upsampling won't improve the sound quality of the file, it will only allow the DAC to operate in more relaxed conditions with regards to bandwidth and resolution, probably leading to a marginal sound quality improvement.
[Italiano]
Alcuni giorni fa, un cliente mi ha scritto per chiedere la mia opinione riguardo al fatto che non sentisse alcuna differenza tra un file audio prodotto a 44.1kHz/16bit e lo stesso file ricampionato a 192kHz/24bit. Egli pensava che il processo di ricampionamento migliorasse la qualità sonora del file Benché la cosa possa effettivamente verificarsi, a livello marginale, in relazione a come il DAC ed il suo filtro di uscita lavorano alle varie frequenze di campionamento, ona cosa deve sempre essere ben chiara: il ricampionamento non aggiunge informazione, né migliora la qualità sonora, di un file.
Ricampionamento (upsampling in inglese) significa cambiare la frequenza di campionamento di un file, con la nuova frequenza generalmente maggiore della prima. In genere si passa da 44.1kHz a 176.4kHz. Un effetto collaterale di questo processo è che i nuovi campioni sono in genere rappresentati su una parola più ampia di quelli originali, per cui 44.1/16 in genere si trasforma in 176.4/24.
Ciò significa forse che abbiamo più informazione nel file ricampionato che in quello originale? No. Vediamo perché, discutendo di ampiezza di banda e risoluzione.
Il programma musicale analogico originale è stato pesantemente limitato in banda prima della conversione A/D per minimizzare l'aliasing. La conversione a 44.1kHz ha richiesto la limitazione di banda a circa 20kHz. Tutte le informazioni nella porzione di spettro oltre i 20kHz sono andate in quel momento per sempre.
Se noi campioniamo, noi semplicemente riarrangiamo le informazioni originali per rappresentarle su una sequenza di campioni più densa, ma non aggiungiamo (e non possiamo farlo) informazioni oltre i 20kHz. In un file a 176.4kHz ottenuto ricampionando uno prodotto a 44.1kHz, lo spettro del segnale crolla a zero dopo i 20kHz, anche se in teoria il campionamento a 176.4kHz permetterebbe contenuti informativi fino a quasi 88.2kHz.
Stessa cosa per file a 44.1kHz prodotti a partire da master ad alta risoluzione: essi sono stati in effetti ottenuti ricampionando a frequenza minore il master originale, con un filtraggio digitale prima del ricampionamento per tagliare via la banda in eccesso. il risultato è lo stesso: tutta l'informazione sopra i 20kHz è perduta.
E la risoluzione? Rimane la stessa del file originale a 16 bit, al meglio. Ciò perché dopo la conversione A/D, che implica una quantizzazione, al segnale originale risulta aggiunto un rumore, detto rumore di quantizzazione, che non può più essere separato dal segnale originale. Dunque, quando ricampioniamo, applichiamo il processo sia al segnale che al rumore di quantizzazione, ottenendo un segnale a 16 bit rappresentato su 24 bit.
In conclusione, il ricampionamento non migliora la qualità del suono di un file, al massimo permette al DAC di lavorare in condizioni più rilassate per quanto riguarda banda e risoluzione, determinando probabilmente un miglioramento marginale della qualità sonora.
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