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。
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- v. j! ]5 I& K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”
" B' S  y0 `0 k3 f" l. ]. b' H- `1 m+ _
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。
* e& E1 o+ [* F
0 j' k( [0 I* g$ g+ [4 J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。

我们以演示举例说明，频谱仪中是一个纯正的7kHz正弦波：
$ g& x$ f# {0 M: L* A+ L
) z2 m9 ?* i! g【7kHz正弦波】

) r2 R; K; ~% r& N/ f: u6 g" r0 v现在系统的采样率为96khz，我们再添加一个25kHz的正弦波：
, d* A3 R# ?! I8 A+ T6 S

【7kHz&25kHz正弦波】
9 V# S+ Y: T: j8 y& P
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。


6 J3 r7 M% ^4 a3 ~
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：


【7kHz正弦波添加饱和器】

0 z2 s4 G. V4 ]# ?4 X5 v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：

【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。
$ E: D  R+ h6 v6 h  g4 k$ a
1 H" ~3 E# [) V* N/ x

% {3 A+ R7 m8 Y& K( H9 U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：
; X, P5 t8 g& E' H- |$ G

【24kHz以上白噪音】

7 `! N  C. E" D; @) F8 X1 S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：

! d! V& i2 y' n" c$ A. b
【24kHz以上白噪音添加饱和器】
1 J$ h: I$ j4 a% ?$ V* ^
. n1 {9 ?8 Z% z8 l' r6 s! A  j) n此时，加入7kHz的正弦波：
7 ]; X; S$ r# a7 s) I3 F& f1 l0 W8 E
. V3 H, V3 F: ?! I% m8 M
【7kHz正弦波&24kHz以上白噪音添加饱和器】
$ |- U5 v# F0 b4 W7 r) C& A5 B; M
高频率的噪音立刻分布到了所有频段！
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* Z6 G  }$ j+ F& T. b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。

! w6 K' e" j0 R8 |8 l# H' Z#过采样对音乐制作的意义
! c5 s7 _7 W* D- T) n1 @
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。

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：

1 A" ~3 K0 g& p" `# @
+ f0 U! T8 _5 |  }/ d2 b【正弦波扫频@48kHz采样率】

) _! E/ \$ B2 c/ f9 ]7 v% ]+ 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。
& X7 M' J+ W, b. H/ \$ F
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：
- t1 R& f! b) q4 ^8 J, R

【正弦波扫频添加饱和器@48kHz采样率】
( f+ u' F$ S. Y
- A3 K4 ~3 B1 F  Q4 Z0 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)。

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。

4 [. B( u5 i8 V, E+ x5 u7 g
% v# O# k( n; s* 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：
; R- Q" C8 y% u1 H" M) ]
2 y/ C6 w& b0 v4 x
! o7 @) X% W4 }7 L# n( ~0 _1 U【正弦波扫频@96kHz采样率】

添加同样的失真后：

4 D0 k" n5 S" {9 V+ j* H【正弦波扫频添加饱和器@96kHz采样率】
3 }5 j9 c9 I- C$ b6 W& }: h' m
  C( B. |; G! _" Z( K6 ^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。

- D! C- @6 A" R& V- z: y1 a" j1 F扫频结束时，叠频依然在36kHz！
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# I2 U; H( _) ^+ {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！



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】
& J1 G9 |: G9 ^
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。
3 U+ r' l! Z9 `

【正弦波扫频调大Drive@96kHz采样率】
) E3 i' D  [& M7 k7 M: z+ ^5 I
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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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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3 i& ?! J9 B" {9 S: N" {我们当然可以设定192kHz的采样率，测试结果也会更好：
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8 [. {: R6 A; b( _4 j2 j% H【正弦波扫频调大Drive@192kHz采样率】
; g+ y( a8 x8 ?* d- y9 a4 r3 R
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！
- G6 P: ?: T8 W& q" g. f+ ?


* |0 [( ^4 ?5 x* d# v; ~
4 Z9 g+ R1 f+ m! f# H
#所以？
# B( d8 g7 m3 u
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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  S- n7 P5 B; I4 Q) N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！