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）
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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。

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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今天，我们来稍微详细聊一聊有关采样率的话题！

#听不见的声音”
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$ a& \1 m( Y) E8 L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。

2 c/ t+ n. R' z1 h) }" L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。
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% b5 j, E- K; d/ l: q我们以演示举例说明，频谱仪中是一个纯正的7kHz正弦波：

/ X& F! ^2 |, c6 }) ?【7kHz正弦波】
1 M. Y& m( H# h$ g1 a# X
现在系统的采样率为96khz，我们再添加一个25kHz的正弦波：
( K  \" M6 O. B- c3 O
4 l, U  R, X8 v/ h0 K6 M
【7kHz&25kHz正弦波】
% C9 H/ ^6 ?' `! F4 L7 n
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。
* Y! N# L2 E9 ?$ e/ T  W
1 o. s2 a/ P0 Q+ ~

* C( I% g, i7 k8 V+ n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：


/ f. g  O" ?6 _! X" j【7kHz正弦波添加饱和器】

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：

) D- v7 v; ^9 A2 I7 Z7 y4 N【7kHz&25kHz正弦波添加饱和器】

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。
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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：


* B, x$ d- g7 ~/ m【24kHz以上白噪音】
6 ^, q' Z3 o" u0 i* `; `9 E" }
8 Z; [9 n1 p2 I$ B& _% }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：
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$ S! B. b* p& L【24kHz以上白噪音添加饱和器】

' {( r& f. o* G$ W' V此时，加入7kHz的正弦波：

- W% D: p1 Q, k- ~. t/ p
【7kHz正弦波&24kHz以上白噪音添加饱和器】
4 |. v; e% C& t1 p% B/ H+ N" F8 ?
# K0 j0 C, x( F+ w' z& W" D+ {" j高频率的噪音立刻分布到了所有频段！
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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。
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#过采样对音乐制作的意义
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3 ~: H4 P! P) L  E0 c5 ]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。

2 p- K6 h. ^, m! L" [( Y4 ~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：
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. X' j# G- [2 [0 `# {  B【正弦波扫频@48kHz采样率】

7 d; O$ F9 W) G: O3 ^4 |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。

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：


4 f$ I7 t1 j8 T% g【正弦波扫频添加饱和器@48kHz采样率】

; `+ K2 H, P  Y5 Q9 |2 I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)。
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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。
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* \% A0 A' J  M6 {2 L
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) t* F% O$ k( S) E6 y- q/ s* w+ G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：
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【正弦波扫频@96kHz采样率】
1 v1 R4 W* [+ I: b! {+ S
6 V# u4 N: {6 F' |) L添加同样的失真后：

+ W4 R  m( v6 Q# Z! m& d- L0 x【正弦波扫频添加饱和器@96kHz采样率】
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2 ^! ]( @( G# |) F6 A5 a" Q, T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。
3 h7 C3 t: E& A! k8 m# {7 l
! c  W5 E9 c7 B+ t* R0 N8 C扫频结束时，叠频依然在36kHz！
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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！
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3 H; Q+ @- x1 M9 k$ y5 N* K9 b! `! b, F
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：
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【正弦波扫频调大Drive@48kHz采样率】
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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。


) x9 V, B4 g3 W% O, y' W【正弦波扫频调大Drive@96kHz采样率】

0 k- y# o5 ?7 b8 B( y, 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：
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) U7 M  k! p1 ]" X
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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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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】
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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！


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" ]- |$ b1 o  J+ r, t#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！

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！

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！