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）

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。

3 p# I# H/ P' u* ~% C% ~7 a  ?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？

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”

! ^4 u# Y! Y1 i  U' ]* f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。

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。
# m9 i# p8 C* S
: Z/ W! V0 ?; r# J& W. q% T6 }# Y我们以演示举例说明，频谱仪中是一个纯正的7kHz正弦波：

, {) t5 B( Q0 z% L; m) X$ A' v【7kHz正弦波】
% e8 \) }. b: Q
现在系统的采样率为96khz，我们再添加一个25kHz的正弦波：
9 m% W4 ]/ z4 |0 n

) A( t4 c+ @  x1 Z  L0 K/ w【7kHz&25kHz正弦波】

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。
# |$ O/ r& H7 m" k* L! I' g5 w1 [# {
' s" H. d) X: l" G/ @4 ~) R

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】
- k& U1 I! H1 M" d+ {
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：

2 \% `; A( D) [* t: s: Z# E【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。
* t) Y8 s) i! f" _; o. Q9 M4 h

% G  l5 d) }8 A; F" G8 T' c% E% m
/ l! s1 ]  @; O; O( M& I% B: `* A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：
' l# s( \/ y4 X# M1 |# a7 J* R8 |
+ Q0 g: L/ w. W/ h
【24kHz以上白噪音】
. J- O+ b3 I) m: V& I. j
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：

5 t0 Q( I1 ^; _  ~5 P( m% b
6 J$ T3 Q# t. ]0 N【24kHz以上白噪音添加饱和器】

! a  y5 L2 F1 x1 ~! w$ R此时，加入7kHz的正弦波：
- X: z* o: m: q8 U- E! @. `0 @) c

【7kHz正弦波&24kHz以上白噪音添加饱和器】

2 T/ t5 B$ s$ H高频率的噪音立刻分布到了所有频段！

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

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。
+ `) ]" M( @0 |0 U1 D! Z
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：
0 c) p  }" x6 ]  [

【正弦波扫频@48kHz采样率】

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：


  ]: U8 l7 I% n" a4 d) P【正弦波扫频添加饱和器@48kHz采样率】
& {! x; o5 |# [$ `, Y- r
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。
+ S8 u% _: c7 D# C( U
' v- a: s, t8 H2 t( [- Z* i
+ T9 ~7 h; {! e1 f+ `4 i" b
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：
! I1 I( T9 Z7 z, b% z# H9 z
% ^# O/ p+ H3 @+ L: Q
【正弦波扫频@96kHz采样率】
- h1 G; B  F+ L9 y
* e7 h; R  Q- A2 M0 ]$ m添加同样的失真后：
; T, i6 T; Q. S( q9 q
' f/ t) ?' K5 Y. B& I【正弦波扫频添加饱和器@96kHz采样率】
3 ^  ^2 ^0 O$ b/ Z
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。
* X5 m3 H3 C: Y$ s
扫频结束时，叠频依然在36kHz！

. K9 X9 X! s' B- C! S% Y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！
. s2 u3 _1 s7 W  W9 g5 j1 o

, s. |- F- p; c' M6 i
' I2 G5 h( O2 S$ o; y& N$ `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：


【正弦波扫频调大Drive@48kHz采样率】
6 B/ z4 R2 [/ J* ?
% D! z' j4 R2 ?7 L1 d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。

9 n! x  R* X" \- I  ^2 A+ Q
【正弦波扫频调大Drive@96kHz采样率】
8 u# J4 u' R: R( }
* a) W' i0 M. j9 U4 r1 ^# j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：
' Q! C2 U' E+ v% k


8 Y3 S0 x) O1 U7 w4 O+ s: D( E
1 Y+ b; B7 F( A% ]7 H6 D
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。

: H! E5 c- ^. n+ ~2 F6 P! P- u我们当然可以设定192kHz的采样率，测试结果也会更好：

$ {" O7 v3 T; a: B+ C3 @; v+ e【正弦波扫频调大Drive@192kHz采样率】
/ C! E' ~5 v1 @* `" t, }1 b
6 ]; ?& _( A  O- {$ c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！
) I' w. X; I% z5 ?' A8 U

. ]7 A* e5 I+ a" K9 e
4 V5 t( U  L. H# p6 ?

1 K( q0 ~4 N9 i5 R. R& ~#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！

" K% q/ [) I8 i, r3 [$ p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！

: ]! C& J3 c% u7 ^- m8 V6 f这也正是很多效果器插件内置过采样功能的意义所在！
& ^5 U. [' h# C
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！