บิต (Bit) คืออะไร มีผลต่อคุณภาพเสียงดิจิตอล ต่างกันไหม ความหมาย เสียงดี.

Bit คืออะไร? มาทำความเข้าใจในเรื่องของศัพท์คำว่า bit ซึ่งการกำหนดค่า formats มากมาย โดยค่าบิทมีการใช้งานตั้งแต่ 16-bit , 24-bit , 32-bit ค่าเหล่านี้ก็ยังมีส่วนที่ทำให้เกิดความแตกต่างในคุณภาพเสียงจริง

Bit คืออะไร คุณภาพเสียงดีจริงไหม

รวมถึงการเลือกกำหนดค่า เพื่อนำมาใช้งานต่อผู้ทำงานเกี่ยวข้องกับเสียงในรูปแบบดิจิตอลอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้อีกด้วย ด้วยการที่ bit มีค่าให้เลือกใช้งานหลากหลายนี้ ทำให้หลาย ๆ คนยังไม่รู้ว่าจะกำหนดค่า bit ในการใช้งานของตัวเองอย่างไร รวมถึงมันมีความแตกต่างในเรื่องไหนบ้างต่อคุณภาพเสียง

Digital Audio

เริ่มมีบทบาทแพร่หลายจริงๆในช่วงต้น ๆ ของปี 1980 หรือประมาณ 20 ปีที่แล้ว และรู้จักกันในแบบ digital multi-track recorder สมัยนั้นมีราคาแพงมากครับ เพราะมันไม่ใช่ standard format ที่ถูกใช้อย่างกว้างขวางในยุคนั้น จึงมีใช้เพียงใน studios ระดับ world class เท่านั้น 

แต่ในปัจจุบันเราจะเห็นได้อย่างชัดเจนว่า standard format สำหรับ digital audio ได้เกิดขึ้นมามากมาย มี sampling rate กว้างมากขึ้นทั้ง 44.1 kHz,  48 kHz, และ 96 kHz. ให้เลือกใช้กับจำนวนบิทที่เพิ่มตามมาด้วย เช่น 16-bit และ 24-bit

รายละเอียดเพิ่มเติม

ซึ่งด้วย formats เหล่านี้เราสามารถให้เสียงที่มีคุณภาพสูงมากและเกินความจำเป็น แต่ทำไมเรายังต้องการ formats ใหม่นอกจากนี้อีก เพื่อที่จะให้ท่านผู้อ่านเข้าใจอย่างถ่องแท้ ผมคงต้องขอย้อนกลับไปพูดถึง background ของ digital audio โดยเริ่มจาก compact disc(CD) ก่อนครับ

CD (Compact Disk)

การกำเนิดของ CD นั้นถูกผลักดันจากความต้องการของหลาย ๆ ปัจจัยด้วยกันครับ เราต้องการเสียงบันทึกที่มีคุณภาพมากขึ้นทั้งในด้านของ dynamic และ frequency. 16-bit 48 kHz ดูเหมือนจะเป็นคำตอบสำหรับคุณภาพที่เรามองหาอยู่ โดยเฉพาะ 48 kHz นั้นเหมาะมากที่จะใช้งานในด้านการทำ soundtrack ทั้งในแบบ 30 frames per second และ 24 frames per second. 

แต่ปัญหาก็คือ ตัวพื้นที่ใน CD เองนั้น มีพื้นที่จำกัดและไม่เพียงพอเมื่อต้องการจะเก็บบันทึกข้อมูลขนาด 48 kHz format ลงบนแผ่นเดียวได้หมด ดังนั้นผู้ที่สร้าง CD ขึ้นมาจึงต้องปรับ format ให้ลงมาที่ 44.1 kHz. 16bits นี่เป็นเหตุผลสำคัญที่อธิบายได้ว่า ทำไมเครื่องมือ digital ทั่วไปถึงสามารถอัดบันทึกได้ทั้ง 48 kHz และ 44.1 kHz.

Bit

วิธีที่จะพัฒนาคุณภาพเสียงให้ดีขึ้นนั้น มีอยู่ 2 วิธีหลักคือ การเพิ่มจำนวน bit และการเพิ่ม sampling frequency. เมื่อเราเพิ่มจำนวน bit ให้สูงขึ้น เราจะสามารถรู้สึกได้ถึงความแตกต่างในคุณภาพเสียง อันนี้เป็นเพราะว่าแต่ละ bit ที่เราเพิ่มเข้าไปนั้น จะเพิ่ม volume range เป็นเท่าตัว (6dB) ระหว่างส่วนที่หนักและส่วนที่เบาของเสียงสำหรับ 16-bit ในทางทฤษฏีแล้วเราสามารถเพิ่มได้ถึง 96dB(16 x 6dB) ซึ่งดีพอสำหรับงานบันทึกเสียงทั่วไป (แต่ในการใช้งานจริงส่วนใหญ่เราอาจไม่รู้ตัวเลยว่าเราไม่ได้ใช้มันเต็มที่ แม้ เราจะอัด 16-bit format ก็ตามเพราะยากมากในทางปฏิบัติครับ) 

ในขณะเดียวกัน ถ้าเป็น 24-bit เราสามารถเพิ่มได้ถึง 144dB(24 x 6dB) ซึ่งอันนี้ดีเกินความจำเป็นมากเพราะหูของคนเราสามารถรับได้เพียง 120dB ถ้ามากกว่านั้นอาจจะทำให้เกินอันตรายได้ครับ

อย่างไรก็แล้วแต่ สิ่งที่กล่าวมานั้นยังไม่ดีพอ เมื่อเราทำงานในห้องอัดที่มี signal processing มากมายระหว่างการทำ recording production ซึ่งในบางครั้งเราอาจจะต้องเจอกับ track ที่อัดมาไม่ได้มาตฐานหรือ EQ มาไม่เหมาะสมนัก

และเมื่อเราเริ่มปรับ fader และ ดึง volume ขึ้นจนถีงที่สุด เราอารจะได้ยินเสียงแตกพร่าได้  ด้วยเหตุผลนี้เราจึงต้องการระบบที่ดีกว่า ระบบที่เราสามารถทำงานได้เป็นอิสระมากขึ้น และนั้นก็เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิด 32-bit digital audio ขึ้น

ความต่างในระบบ Digital

โดยพื้นฐานแล้ว เราสามารถแยกระบบ digital audio ออกได้เป็น 2 ชนิด คือ integer-based (จำนวนตัวเลขเต็มหน่วยที่ไม่มีเศษ) หรือ fix-point และ floating-point (จำนวนตัวเลขที่ลอยตัวมีเศษได้) 16-bit และ 24-bit ปกติจะใช้ integer-based ในขณะที่ 32-bit จะใช้ floating point. สองระบบนี้ทำงานแตกต่างกันมาก Computer processor และ computer programs ทั่วไปจะใช้ integer based ซึ่งมีราคาถูกและรวดเร็วในการทำงาน

แต่สามารถเกิดปัญหาในการคำนวนผลตัวเลขได้ (decimal) ถ้าให้เปรียบเทียบก็คงเหมือนการใช้เครื่องคิดเลข 4 functions ธรรมดาในการคำนวนหาค่าตัวเลขที่ใหญ่เกินกว่าที่มันจะแสดงผลออกมาให้ละเอียดพอ บางทีเราอาจคาดหวังที่จะเห็นเป็นจำนวณเต็ม แต่ผลลัพธ์กลับถูกแสดงออกมาเป็น 24.99999999998 และนั้นถือเป็นข้อด้อยของ integer-based เพราะในโลกของ digital audio มันจะมีผลกระทบกับคุณภาพเสียงได้

รายละเอียดเพิ่มเติม

Floating Point

ในระบบ floating point ถ้าจะให้เปรีบยเทียบก็คงจะเหมือนกับเครื่องคิดเลขที่มีความละเอียดในการคำนวณมากกว่าเครื่องคิดเลขราคาถูกทั่วไป เช่น ถ้าเราหาจำนวนตัวเลขที่มีขนานใหญ่ 2 จำนวณ มาคูณเข้าด้วยกัน (14352345 x 7453425) ผลลัพธ์ที่ได้จะแสดงออกมาแบบนี้ 1.06974127032E+14 ซึ่งหมายถึงว่าให้เอาคำตอบ 1.06974127032E+14 มาและขยับจาก decimal point ไปทางขวา 14 ตำแหน่ง 

ซึ่งจะทำให้จำนวนของตัวเลขกว้างขึ้นมาก และไม่มีทางที่จะเกิด error หรือข้อผิดพลาดได้ในระบบ digital audio ก็เช่นกัน signal ภายในจะไม่ดังจนทำให้เกิดเสียงแตกได้ และจะไม่ค่อยเกินไปจนทำให้เราได้ยินเสียง background noise ในขณะที่เราปรับ volume ให้กลับมาดังขึ้นจาก 24-bit ไป 32-bit ไม่ใช่เพียงแค่เพิ่ม 8 bits เข้าไปเท่านั้น แต่ประมวลตัวเลขทั้งหมดถูกกำหนดออกมาในรูปแบบที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง

32-bit floating point จำเป็นหรือไม่

ถึงแม้ว่าเราจะเห็นข้อดีของ floating point ในการใช้งานกับ signal processing แต่ปัจจัยหลายอย่างในปัจจุบันยังไม่เอื้ออำนวยให้เราสามารถใช้มันได้เต็มที่ สิ่งที่เห็นได้ชัดคือ soundcard ยี่ห้อต่างๆ ยังไม่ support format หรือรองรับในจุดนี้เลย และคงจะไม่มีประโยชน์ถ้าเราจะอัดในระบบ 32-bit floating point ผ่าน soundcard ที่ support เพียง 24-bit เท่านั้น 

สิ่งที่ได้ก็คือมันจะกินพื้นที่ hard disk เรามากขึ้น  floating point จะมีประโยชน์จริง ๆ ในกรณีที่เราต้องการจะประหยัด processor power ของ CPU โดยการใส่ effect processed ลงบน audio file และ export file นั้นให้เป็น file ใหม่ที่มาพร้อมกับ effect นอกเหนือจากนี้แล้วการอัด 24-bit คู่กับการเพิ่ม sample rate ให้สูงขึ้นคงจะเหมาะมากกว่าครับ

32-bit หรือ 64-bit 

คำตอบคือ 64-bit แน่นอนซึ่งจะเห็นได้จาก plugins หลายๆตัวในปัจจุบันนี้สามารถเปลี่ยนการทำงานให้เป็น 64-bit internal processing ได้เป็นที่เรียบร้อยแล้ว ถึงแม้ว่าผู้ใช้งานจะต้องการหรือไม่ นี่ก็เป็นวิวัฒนาการของ audio signal processing ที่จะต้องก้าวต่อไป

คำศัพท์ที่ควรรู้จัก

• 32-bit file format ไฟล์เสียงที่ถูกอัดเก็บไว้ในระบบตัวเลข floating point ทำให้ file นั้นสามารถเก็บรักษารายละเอียงต่างๆได้ดี แม้จะเป็นส่วนที่เงียบที่สุดในเพลง
• 32-bit processing การคำนวณตัวเลขโดยใช้ระบบตัวเลข 32-bit (binary numbers)
• Binary เป็นระบบตัวเลขที่มีเพียงแค่ 1 และ 0 เท่านั้น ซึ่งเป็นภาษาของ computer ในการสื่อสาร
• Bit depth เป็นจำนวนตัวเลข bit ที่ computer ใช้ซึ่งปกติจะเพิ่มขึ้นทีละ 8
• Bit rate เป็น speed ความเร็วที่ตัวเลข binary หรือ 1และ 0สามารถวิ่งผ่านระบบได้ bits เป็นตัวเลข 1และ 0ที่ก่อตัวขึ้นและถูกแบ่งเป็นกลุ่มที่มีกลุ่มล่ะ 8เรียกว่า bytes
• Dynamic Range ความแตกต่างระหว่างจุดที่ดังที่สุดและจุดที่ค่อยที่สุดของเสียงที่ระบบเสียงจะสามารถทำได้
• Sampling frequency เป็น speed ความเร็วที่ digital audio system สามารถจับสัญญาณเสียงในแบบตัวเลข
• Resolution ความละอียดในการเก็บ detail ที่ระบบสามารถจับเก็บได้

Reference: totalsoundmag.com

รายละเอียดเพิ่มเติม