超高采样率意义何在？(中)

上篇文章中，我们总结了高采样率对于抵抗混叠效应的作用，并提到了实际应用中的抗混叠滤波器的基本原理。本篇文章将继续这个内容。

2. 使用采样器制作音色时的高采样率

有了抗混叠滤波器和适当高的采样率，我们总算让我们的录音在人耳可听范围内保持足够干净了。但是这还没够。

 因为不仅在录音的时候会产生高于奈奎斯特频率的声音。混音阶段也会。 

第一个最简单的，变调。众所周知，变调就是改变歌曲的频率，同时用某种算法确保时间不要变化。后者是各个厂商的秘密武器，各有各的办法，不在讨论范围。 

变调如果在合理范围内还好，如果在条件限制下（甲方爸爸要求你一定用某个版本的伴奏，而且要升高6个半音，且没有预算重新扒谱，等等），硬要变调，就会出现频率问题。 举个例子：

要怎么样才能确保变调之后能尽量保护频率呢？更高的采样率可以容许更多的声音信息，即使是原本不可听的频率，通过降调之后也可以听到。 

当然，在高端的制作中一般不会遇到这种降调的事情。但是有一个领域却是躲不开的——采样器。 

著名的Native Instruments公司的采样引擎Kontakt就是一个例子。虽然发展到现在已经有很多音色厂商开发了高质量的采样音源，做到多数情况下不靠变调的技术来实现采样的音调变化，但是在一些普通的采样器中，是真的一个采样用给所有琴键的所有力度。

甚至也有制作人只用一个采样就做成了一个乐器（说的就是我），在不重要的段落中可以用，但是一旦作为主奏就原形毕露了。 

用方波举个例子。让我们看看高低采样率的音频的频谱，以及经过变调后的特性：

方波只是一个例子，代表着具备丰富谐波的各类采样，实际的音频采样如果有效频率远超过24kHz的话，建议用更高的频率进行采样，从而获得更多的处理空间。 

3. 混音时的过采样

 
在音色制作的过程中，我们也会触碰到采样率的边界。 

提一个小问题：什么样的操作会引入原本不存在的频率呢？ 

变调、非线性放大、激励器、压缩器都会产生新的频率。它们通常会产生原本频率的整数倍的新的频率，也会由于两个不同频率的波形互相调制而产生互调失真，总之这些新产生的频率称为谐波（Harmonic）。（谐波的产生又是一个大坑要填）

非线性放大会产生谐波失真。最典型的例子就是电吉他的失真放大器。理论上谐波失真是可以延展到无穷高的频率的。当然失真效果器的设计中也有低通滤波器的存在，用于减少高频失真信号，那部分不好听。

 

听听看原始信号的频率是如何被延伸的：

电吉他DI信号和失真效果

正是因为谐波失真可以覆盖到无限高的频段，所以所有饱和、失真类效果器，都有必要配备抗混叠处理，通常就是用过采样的方法。看看iZotope Ozone Exciter的处理吧： 理想情况下，谐波失真应该是往上增加倍频的，如下： 

当信号不进行过采样，则混叠的信号非常明显： 

来听听看混叠会对声音产生什么影响：

1. 原始音频是一段正弦波：

2. 有过采样的失真处理，可以听到清晰的高频部分

3. 没有过采样处理，产生了混叠。混叠导致高频部分减少，低频部分浑浊。

警惕混叠给声音带来的污染！这种音色可能某些时候可以接受，但是多数情况下产生的结果并不理想，它并不像谐波失真那样干净，也不带有音乐性，实际上是会对低频信号产生干扰的。而且一旦频率受到污染，则原始音频无法再次还原。  

另外，压缩器中也存在非线性放大，对一个1000Hz的正弦波使用Purple Audio MC77压缩器进行压缩，可以形成1000Hz整数倍的谐波序列：

可见，一些效果器的处理，本身就会产生新的高频信号，这部分信号是效果器特性的源泉。很多时候，就是因为这些谐波的存在才让声音更加好听——但是我打赌你不想听到这些谐波又被混叠到低频区域。

因此很多插件内部会提升采样精度，做2倍甚至4倍的上采样，处理完后再经过一个抗混叠滤波器输出不带混叠的声音。 毕竟这些声音处理原本是在硬件中进行的，硬件走的全是模拟信号，不存在采样、混叠一说，这也是早期很多人认为数字插件存在“数码味”、没有模拟的声音那么好听的原因之一。当然，现今随着信号处理技术和计算机性能的提升，这些问题已经不像当年那么尖锐，Mix In The Box已经是很常见的混音方式。

本文作者：艾夫

音乐制作人、编曲人、混音师、艾楽音乐工作室主理人、华中科技大学光电信息专业硕士。