声卡采样率，越高越好吗（下）

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声卡采样率，越高越好吗（下）

$ d7 e- H$ a  g/ J$ h  y1 Y采样率，可能是我们刚接触专业录音声卡时，最先接触到的专业名词之一了，时至今日，也可能是被讨论最多的话题之一。
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- Y' C4 T- B. }9 o/ r9 G, o5 C高采样率下，音质一定更好吗？所谓的过采样技术，在音乐制作中有何意义？
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: l9 `+ f3 t. i" h+ E7 m今天，我们来稍微详细聊一聊有关采样率的话题！

" @; e2 Z* y6 G#听不见的声音”

. ^4 r% T8 y4 @# t+ J9 f8 w" q- \人类的听觉上限通常被认为是20kHz，但这并不意味着超过20kHz的声波对人类来说没有意义。

* a; P7 F0 L5 J5 K$ S但从音乐角度来讲，20kHz以上的声音，确实有直接影响我们听感的能力。
7 l6 K6 a' h: z3 T# e5 H
我们以演示举例说明，频谱仪中是一个纯正的7kHz正弦波：

【7kHz正弦波】

现在系统的采样率为96khz，我们再添加一个25kHz的正弦波：

% J# }3 |* P2 G8 _+ g4 I) Z
8 J: W; U; T0 i% a# S7 O【7kHz&25kHz正弦波】
  ~4 {1 r5 S8 S* w+ {4 j# ?
可以看到，在DAW完美的线形和无失真环境中，听得见的7kHz正弦波，和听不见的25khz正弦波都被完美重现，互不影响。

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同样是7kHz的正弦波，我们加载Saturn效果器，使用Gentle Saturation算法，为其增加轻微的失真：
6 L7 f1 a# B" q- T7 Z4 Y( f8 B

【7kHz正弦波添加饱和器】

4 D( g. B( t" l* C( V$ q; U频谱仪显示，在21kHz的地方出现了三倍谐波，接下来我们再加入25kHz的正弦波，会看到两个正弦波相互调制产生了新的谐波：

4 [0 ]% |8 Z$ u0 Q0 ?2 N【7kHz&25kHz正弦波添加饱和器】

- ^& {/ h7 ^! z3 i& x分别在11kHz，和3kHz左右，这些新出现的声音都在20kHz以下，如果音量足够大，可以被很明显地听到。
+ m0 D3 x6 n2 `; x! [0 m


+ `6 ^) ~0 o' ?5 A( R当然，现实世界中的信号，要远比这两个正弦波复杂得多，因此我们不妨再试一下将高频率正弦波，换成白噪音，并用滤波器去掉所有24kHz以下的声音：


( G6 W* M3 l$ c' H$ ^2 S【24kHz以上白噪音】

5 H! m: f7 K! s  U: a6 [. `同理，添加饱和效果器，白噪音开始自调制，并扩展到了可听频率范围内：

, D5 t8 V* \9 K( N5 K. j
【24kHz以上白噪音添加饱和器】
* }8 P5 p5 {! r
此时，加入7kHz的正弦波：

% h, V/ Q; C' ~4 B
8 E* s9 c% Q8 g' ?5 F  w【7kHz正弦波&24kHz以上白噪音添加饱和器】
6 `) n% c; w2 L" u% `3 ]' a/ y
高频率的噪音立刻分布到了所有频段！
1 y, [- E/ I; L8 g5 C
这意味着，除非你的播放系统是百分百线性，并且没有任何失真，否则只要加入超过20kHz的信号，就会调制出可听范围内的谐波，如果你直接过滤掉20kHz以上的不可闻信号，理论上你可能会得到一个更干净，音质更好的声音。

#过采样对音乐制作的意义

/ \) d6 [2 d+ G涉及到音乐制作时，情况又略有不同，单纯地做20kHz的高切变得没有意义，尤其是在使用非线性处理插件，比如饱和器或者压缩时。
" q5 w" q" [# @) B) i0 f
# F" u6 V3 A, l为了更加直观的演示，我们在48kHz采样率的系统中，创建一个正弦波扫频，频谱仪中显示为一条20Hz-20kHz的直线：


【正弦波扫频@48kHz采样率】

# X" D7 F' u/ E* ]添加Warm Tape类型的失真，先把Drive调到最小，确保只是轻微的失真。
+ d& L3 t6 v( r2 @  R
这会给原始信号增加一个三倍谐波，谐波的扫频上升会更快：
& f! {' t5 J9 b! S% q
7 d- {5 }9 d- K# i% {  @1 g+ d
【正弦波扫频添加饱和器@48kHz采样率】
0 E" r1 \! }( A
当谐波频率到达采样定理(Nyquist Limit)中的上限，即采样率的一半，24kHz时，便无法再继续增加，但谐波并不会就此消失，而是以叠频(Aliasing)的形式下降了(之前我们提到过，一旦信号频率高于采样率的一半，原始信号会被重现为频率更低的信号)。

叠频后的信号，不再与原始信号呈倍频关系，导致听上去可能会不和谐或不好听，叠频谐波的频率持续下降，直到0Hz，然后再返回向上，扫频结束时，它比原始信号的频率更低，也就是小于20kHz。
( n# f7 t, K; _" P5 R+ U& d

" m* t3 u: _1 Y" I
同样的测试，但我们把采样率上调到96kHz，频谱表纵坐标可以覆盖高达48kHz，所以扫频达到20kHz时，还不到纵坐标的一半：
4 z! |0 M" ]6 C/ X$ j. O

7 N2 P; b+ M4 a3 u  v【正弦波扫频@96kHz采样率】
: `3 j4 q* M9 @, R# ]9 ], ?" Q
4 E$ S3 }6 G9 m5 p: n( y* Y添加同样的失真后：
+ `$ k: S' R1 `# P/ h2 g- J
【正弦波扫频添加饱和器@96kHz采样率】
" K8 _/ \( P: x; k; v/ i
  Q) O2 X4 W+ C& U* v在到达采样定理上限(48kHz)后下降之前，三倍谐波，有了比之前多出一个八度的动态空间，而且在谐波大于20kHz之后，频率依然还有一个八度的上升空间，虽然是在可听范围之外。
; M! b9 H, N+ z  ^) o
扫频结束时，叠频依然在36kHz！
  U' |  G% A" B# @& g
可见采样率翻倍之后，实际上多给了我们两个八度的动态空间，允许通过饱和器增加谐波，同时不会产生可听范围内的叠频！

- Y" H$ X1 [4 C* ?% O8 |# Q

2 v5 W2 z0 [" l$ ?, L( e; H如果我们仅仅添加一个三倍谐波，96kHz的采样率其实已经足够了，然而，上面的测试只是添加了轻微的失真，接下来我们调大Drive，加大失真度，还是做同样的测试：
& M) @/ P" k. [+ f  R
2 X: w& W. z: a; U: @* O# Q. F
0 Z. j4 W& F7 @" P7 a' s【正弦波扫频调大Drive@48kHz采样率】
# G9 I0 u/ w! y  b' C
通过失真而产生的多倍谐波们，频率快速上升，达到采样定理上限，继而产生叠频，并肆无忌惮地在频谱表中从上到下，反复来回。
  s! U1 ]8 W. H' s/ O: i

【正弦波扫频调大Drive@96kHz采样率】
- j' _- M! N7 q$ b1 S
频谱看上去可能颇有美感，但听上去可一点也不像模拟失真了：在采样率48kHz下，可以听到一些明显的啾啾声，就好像胡乱而快速的扫频；96kHz采样率下情况好很多，但啾啾声依然存在，叠频也可以很明显被听到：

) s/ W) p8 h1 @+ D/ C) M
- Q3 l$ @# K% F' P- x$ A. I" V
2 d4 [) B1 l7 o1 w+ w/ a
* ^8 }8 d' {- L$ H/ Y5 v7 w2 i- P: _
显然，在这种情况下，单纯地将采样率翻倍，就已经不足以解决问题了。
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& g/ s/ s; M/ [% \9 m我们当然可以设定192kHz的采样率，测试结果也会更好：

【正弦波扫频调大Drive@192kHz采样率】
: a- U5 z( V  o% `3 h% U. T7 |
注意，现在频谱表中，只有下面的四分之一，是在可听范围内的！
& D, y7 e7 A3 Q8 x: c: o/ w. o3 L
' F, E/ |; |' ~4 C% Z( G. C

( h( H. v2 i/ d  g8 T
( u1 |4 K9 w/ w0 ^
, n. b5 E" B+ O' n7 g- \9 a#所以？

过采样的主要意义，并不在录音和播放多么精确，而是在于对音频素材处理时，尽量减少不必要的谐波！
4 m& D9 H$ @+ G+ }7 [9 E6 _
, u2 q. l0 V- f4 S然而很多用过192kHz采样率声卡的朋友应该深有体会，将系统采样率设定到192kHz，绝非理想方案：相比48kHz的采样率设置，你的所有插件都会占用四倍的cpu运算，包括那些用不用高采样率都一样的插件，还有你的所有录音文件，大小都将是48kHz采样率下的四倍，而且，你并没有彻底地解决问题，只是有所改善！
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这也正是很多效果器插件内置过采样功能的意义所在！
+ y' n9 F1 B3 q2 A  U. G
所以，根据自己的实际需要，选择和设定采样率尤为重要，达到使用与经济的平衡，才是最佳方案！