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揭秘数字音频(上)

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· iKnowMusic 添加于 2020-03-18 · 暂无评论



引言Introduction

人类创造了一个由“比特”(Bit)构建的世界。比特,一种极小的单位,可以测量现实中的有形事物。在数字世界里,比特值构建了我们在物理世界中所能感知的声音和画面。在过去的几十年里,人类通过数字计算来精确还原现实的能力,正在以不可思议的速度发展着。音乐领域也是如此,人类可以用这个比特值描绘出整个“声景”(Sonic Picture)。我们能理解模拟音频系统为声音带来,我们最为迷恋的美妙染色、质感增补以及失真音色,但是我们同样也能使用数字音频系统,通过算法机制让数字音频系统达到与模拟音频系统相类似的声音效果。不过,我们要清楚地了解,如何将捕捉到的声音完美地植入数字比特值中,以便于为我们的“数字音频创建计划”提供最为纯粹的原料。幸运的是,对于数字捕捉处理的定义只有简单的几个原则而已,遵循它们即可让您的数字音频处理中得到优化。另外随文也附带阐述了关于您音频工程的文件管理以及备份存储的方法。

“一切皆可造,万物皆神创。” - 托马斯·布朗(Thomas Browne)
“All things are artificial,
 for nature is the art of God.”

第一章、数字音频基础知识

“数字音频”(Digital Audio)是完美的,“模拟音频”(Analog Audio)也是完美的。这两句话陈述都正确,只是对于“完美”一词的范畴上各有所指罢了。作为艺术家,我们笃定地认为会选择后者,但作为技术人员,会选择前者。从技术的角度来说,我们首先需要实现对数字音频信号的精准捕捉,然后再将它们“完美地”呈现出来。数字音频可以由两个参数定义:“采样率”(Sample Rate)及“比特深度”(Bit Depth)。如果这两个参数设置正确,数字音频可以几乎毫无偏差地还原一切音频信号的“动态范围”(Dynamic Range)和“频率响应”(Frequency Response)。熟练掌握这两个参数的设定,剩下的可以轻松搞定。


理解何为采样率

我们对“采样率”(Sample rate)和“比特深度”(Bit Depth)这两个数字音频领域的专业术语都十分熟悉。尽管这两个参数设置很常规,但我还是经常收到来自制作人或混音工程师们,关于某项目最佳参数设置方法的询问。本文将深入浅出地介绍采样率的基础原理及最佳应用方法。不用担心,比特深度的部分马上就来!

采样率的概念

采样率指的是,当模拟音频的波形转换为数字信号时,每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数。由于采样率具有速度信息(或者说频率),它可以用于定义一段音频的“频率响应”(Frequency Response)。由“奈奎斯特定理”(Nyquists Theorem)可知,在从模拟信号到数字信号转换的过程中,数字音频文件可录入的声音的最高频率是其采样率的二分之一。也就是说,采样率为44.1kHz时,它可录到的最高模拟信号的频率是22.05kHz,同理可知,96kHz的采样率可录到带有48kHz音频“带宽”(Band Width)的信号。如果我们以较低的采样率录制高频信号(超过采样率一半的信号),或者说超越 “奈奎斯特定理”(Nyquists Theorem)的极限,就会产生人耳可听的频率“混叠”(Aliase)现象(一种低采样率失真)。为了避免该现象的产生,在模拟信号转换为数字信号的过程中,会使用一个“抗混叠滤波器”(Anti-Aliasing Filter)滤除模拟信号中频率在采样率的二分之一以上的部分。在实际操作中,该低通滤波器的一定的运行时间,所以我们以44.1kHz的采样率记录20kHz频率以内的声音。

想必我们都知道,人耳听觉频率范围在20H