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关于采样率,Waves 跟你说道说道

官方新闻稿 发布于 2021-07-26 ·

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第一个误解:数字音频发展至今已经有几十年了,关于采样率的问题早已全部解决。

 

文:Craig Anderton
国际知名音乐技术权威
现任MIDI协会主席


第一个误解:数字音频发展至今已经有几十年了,关于采样率的问题早已全部解决。

非也!有些人对数字音频的几乎每个方面都持有相反观点,并且确信他们是正确的。因此,我们最终可能没法把话说死,因为某个地方的某个人会始终相信某个观点——而他可能真就是对的呢!但在本篇里,我至少会尽最大努力尽可能地帮你理清些事情。


1. 高采样率很重要,因为即使我们听不到某些高频声音,也能感觉到它们。

为便于论证,我们可以假设人能感知到20kHz以上的频率。但是,如果从话筒到音箱的链条中,有任何一件设备不能重现这些频率(几乎所有消费类设备都不能的),那么根据木桶效应,讨论这一点就没有实际意义了。如果设备可以重现那些高频频率,你会要求音箱重现你实际上无法听到的音频——即使可能会导致互调(intermodulation)或其他降低声音质量的问题。

至少,如果现场音乐能产生录音音乐无法重现的频率……那就听现场吧。


2. “我听不出96kHz和44.1kHz的录音材料有什么区别。” 或者说,“96kHz频率的录音听起来明显更好。”

这两个说法,都是真的。

对于通过音频接口进入电脑的声音,我还没有遇到过谁能确实区分出在同一系统上以96kHz或44.1kHz录制的音乐。但是在电脑内部由虚拟乐器和模拟放大器等插件产生的声音可以生成谐波,其频率会超过采样率。因为无法准确地对音频进行采样,就会导致混叠(aliasing,一种非谐波的可听失真)。对于这些声音,96kHz的录音听起来更好——听听下面的音频示例。

Synth 44.1kHz.mp3

Synth 96kHz.mp3

这两个文件之间的唯一区别就是它们是以两种不同的采样率录制的。以44.1k录制的合成器插件会产生不自然的高频,而以96k的录音听起来则更干净。


3. 混叠可能是个麻烦事,所以如果以更高的采样率进行录音的话,问题就迎刃而解。

也不必要。

除了实际考虑之外,例如更高的采样率素材需要更多的存储空间,还会限制你流式传输的轨道数量,你的转换器在更高采样率下可能不会表现得那么好。此外,并非所有插件都能在所有采样率下工作。

Waves有一份很有用的在线文档,其中列出了各插件的最大采样率:
https://www.waves.com/support/tech-specs/sample-rate-support

 

此外,较高采样率可能会产生较低采样率下不会发生的做作感。最后,现代插件在处理时通常都会有内部的过采样(oversampling)——插件基本会以比你的项目更高的采样率运行,因此它们不会产生混叠。然后,他们对生成的音频进行频带限制并将其下降回至项目的采样率。这样的好处就是,允许在较低采样率的项目中以较高采样率录制。例如,在44.1或96kHz下运行Element 2.0合成器时,你听不出任何区别。

 


4. 使用过采样的插件意味着你不必以更高的采样率进行录音。

有人认为,插件实时的上采样或下采样处理,让较高采样率时“更干净”的,不需要采样率转换的录音方式作废了。当然,离线采样率转换从理论上讲是比实时算法更准确。但是有人能听出区别吗?

现实来说吧,如果你录制了一首很棒的歌曲,没有人会关心这首歌用的是什么采样率转换算法。


5. 如果以96kHz录音,来使混叠最小化,你得不到什么好处,因为最终你可能需要将其采样降到44.1或48kHz。

将96kHz文件渲染为44.1kHz且不会降低音质,这似乎与我们的直觉相反。但是,一旦你将96kHz文件渲染为音频,那么它就是音频了,而音频以44.1或48kHz播放都没有问题,正如你将从下面音频示例中听到的那样。只有当采样率高于时钟频率时,混叠才会成为问题。

Synth2 44.1kHz.mp3

Synth2 88.2kHz.mp3

Synth2 176.4kHz.mp3

这三个文件显示了多少过采样可以改变谐波丰富的合成器波形声音。采样率分别为44.1kHz、88.2kHz和176.4kHz,但即使降采样到44.1kHz,声音差异仍保持不变。


6. 选择44.1kHz采样率和16bit用于 CD ,是因为索尼公司的高管大贺典雄希望贝多芬的《第九交响曲》刚好能够放进一张光盘里。

尽管飞利浦公司在他们的CD历史中提过这个典故,但其他人并不确定这个说法。然而,我们知道的是,早期的CD都是在Sony的3/4英寸的U-Matic刻录机上完成母带的。44.1kHz与扫描速率有关,并且可以通用于NTSC和PAL格式。


7. 半个多世纪以来,奈奎斯特定理一直被证明是正确的。因此,任何关于更高采样率的质疑讨论都很可笑。

奈奎斯特定理是正确的,但实现该定理需要滤波器以消除所有高于奈奎斯特频率(即时钟采样率的一半)的音频。设计一个完全通透的砖墙滤波器并不容易,所以绕过滤波器限制的最简单方法就是使用更高的采样率。再者,滤波器斜率也不必那么夸张。有些人相信,对更高采样率的偏好其实都不是因为采样率本身,而是因为这样能够使用更温和的滤波器。


8. 视频专业人士使用48kHz,因为听起来更好。

理论上讲,48kHz听起来应该比44.1kHz好。但更重要的是,对视频使用48kHz也会使计算更容易。对于每秒24帧的速率,在44.1kHz时,一帧等于 1,837.5个采样——但在48kHz时,它正好就是便于计算的 2000个采样。


9. 奈奎斯特定理仅适用于数字技术领域。

模拟系统也有同样的限制。例如,模拟延迟信号处理器(比如Reticon SAD1024和Matsushita MN3005集成电路)中的桶链设备在采样率、混叠等方面遵循着相同的规则。


10. 因为更高的采样率有更多的采样样本,所以波形会更平滑。

奈奎斯特说的没错:以44.1kHz的频率对20kHz信号进行采样,可提供足够的数据来准确地再现信号。但是以96kHz采样,也能提供足够的数据来准确地再现信号。问题不在于重现波形,而是将其重建为模拟信号。采样子系统包括其他多种元素,比如滤波器和转换器。我认为,大多数混音工程师都更愿意通过出色的D/A转换器听48kHz的音频,而不愿通过廉价的D/A转换器听96kHz音频。


11. 最后,在录音时我用什么采样率并不重要,因为我的DAW可以将最终混音转换为我想要的任何采样率。

虽然如此,但转换算法的质量各不相同。如果你对不同DAW的表现感到好奇,可以访问SRC Comparison(信号重采样对比)这个网站:https://src.infinitewave.ca,会发现一些惊喜。另外请注意,某些DAW会随着时间的推移而改进。例如,Ableton Live 7的采样率转换很差,但 Ableton Live 10 的采样率转换就做得非常好了。

 


12. 附加题一道

当你听采样率为96kHz的立体声文件时,一秒钟内能听到多少个独特的采样样本呢?

大多数人会说96000个吧?但正确答案应该是 192000个,因为立体声有两个声道。



真爱音频事业,支持正版软件
www.waves.com
 

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