關于音頻 采樣率-為什么要采用高達192kHz的采樣率? 音頻采樣率多少合適
44.1kHz及其下采樣、上采樣:22.05kHz, 11.025kHz,88.2kHz, 176.4kHz
48kHz及其下采樣、上采樣:24kHz, 12kHz,96kHz, 192kHz
8kHz, 16kHz, 32kHz, 64kHz
人耳的聽覺是有限的,介于20Hz到20kHz。跟據Nyquist采樣定理,采樣頻率只要超過信號帶寬的2倍就不會產生混迭。在數字媒體領域,如音樂CD的規(guī)范,都是以44.1kHz作為標準采樣率的。因為44.kHz大于20kHz的兩倍,所以實際上44.1kHz的采樣率是足夠用的。
但是現(xiàn)在普遍在工程中都是使用48kHz或者96kHz頻率錄音,只有在最終母帶處理時才會轉成44.1kHz的CD格式,這樣減少多次采樣率轉換造成的失真。
而在電腦領域,作為音頻硬件codec標準的AC97規(guī)范只規(guī)定了48kHz。這造成幾乎所有的輸入、輸出信號都要被重新采樣(專業(yè)術語叫采樣率轉換,即 SRC)。SRC一般都會造成音質的損失,較簡單(即較差)的SRC算法會造成音質明顯劣化。但這已經是一個既成事實了。
既然44K夠了,那為什么還要用192KHZ來錄音?
首先,20kHz只是大多數人的聽覺門限,也就是說,人耳對于20kHz以上的聲音很不敏感。注意不敏感并不意味著完全無法感知。大多數樂器(特別是鋼琴和弦樂器)的樂音含有豐富的高次諧波,用音樂術語來說即所謂的上方泛音。截止頻率為22.05kHz的CD音頻,的確會給聽慣了真實樂器的人一種不自然的感覺,尤其在高頻部分,因為奈奎斯特截止頻率造成更高頻率泛音的信號失真。
其次,數字錄音通常都需要進行后處理。音頻處理會對信號產生進一步的失真,包括信號畸變、頻譜混疊,等等。如果錄音時僅僅用44.1kHz對原始信號采樣,那么在后處理前還得進行上采樣(up-sampling),對采樣頻率進行擴展。由于這種擴展是“假”的,實際上并沒有更多有用的原始信號,并且上采樣算法的優(yōu)劣也會影響原錄音信號的失真,所以這個做法并不可取。因此,通常的做法是用更高的頻率進行采樣。
而現(xiàn)在的完全專業(yè)數字錄音棚中,則不再按CD標準的規(guī)范錄音、混音以及母帶,而是優(yōu)先使用HD音頻規(guī)范。即:
采用24Bit 48KHz、24Bit 96KHz、24Bit 192KHz 三種規(guī)格進行錄音,當然,24Bit 48KHz是一些小的錄音棚使用,因為他們的處理器資源有限。而大的錄音棚,都清一色的使用24Bit 96KHz和24Bit 192KHz 進行錄音。
那么,這樣的錄音規(guī)范,有什么好處?
1.符合HD音頻標準,這也是將來的主流標準,制作出的成品,可以直接應用于HDCD、DVD-Audio、藍光唱片、數字音樂下載業(yè)務、數字對媒體播放機業(yè)務。
2.完全照顧數字影視視頻業(yè)務,多聲道電影視頻都會采用HD音頻規(guī)范。包括移動便攜數字視頻設備都用它。
3.完全照顧消費性音頻播放業(yè)務,比如:因特爾HD-Audio音頻標準,AC97音頻編碼解碼,便攜MP3/mp4/電話/游戲機最高音頻質量播放。
目前,專業(yè)錄音行業(yè)的最高質量標準就是:24比特定點位深、192000Hz采樣頻率,簡稱“24Bit/192KHz()24-bit模擬輸入的模數轉換:采樣率192kHz”。當然,將來這個標準依然會繼續(xù)提高,向32Bit 384KHz進發(fā)也是可能的。
實際上,現(xiàn)在的CD唱片市場上賣的產品(正版),最低級別的通常都是HDCD唱片,你買唱片時都會發(fā)現(xiàn)基本上都是HDCD標識,也就是一張激光唱片包含兩種音軌:普通CD音軌和HDCD音軌。其中CD音軌記錄16比特44.1KHz信號(這是這張唱片的兼容內容,照顧早期的CD播放機),HDCD音軌則記錄24Bit 96KHz信號(這才是該唱片的主要內容)。普通的CD播放機只能播放CD音軌信號,而HDCD音軌則需要HDCD播放機才能播放(實際上現(xiàn)在的絕大多數 DVD播放機都能播放HDCD,而現(xiàn)在的電腦則更沒問題了。)
下面是摘自論壇的一些有趣的討論,大多數的人(跟我一樣)搞不清楚為什么要用高的采樣率,比如96kHz,甚至192kHz,認為這是出于對高采樣率的迷信,為了迎合盲目的消費者,認為這么高的采樣率是浪費,是沒有必要的。也有人試圖解釋這背后的理論性和技術性原因, 包括:1)雖然大多數人聽不到20kHz以上的聲音,但是不代表所以的人都聽不到;2)人耳對瞬時信號(高頻)相對于穩(wěn)態(tài)高頻而言更容易感知,瞬時高頻往往帶寬較寬,有時候其帶寬可以包括一部分人耳可以聽到的頻率。雖然低通濾波器可以保留這部分頻率,但是總歸不如全部保留下來好。
還有人從過采樣的角度來分析,認為有減少噪聲的作用,還可以降低模擬前置濾波器和模擬后置濾波器的復雜度。我認為,過采樣的采樣率一般情況下遠遠比192kHz要高,而且過采樣的高采樣率僅僅體現(xiàn)在采樣過程中,在信號處理和保存時將到了正常采樣率(比如44.1,48,96,192,etc),這本身是過采樣的問題,跟本主題討論的問題不太相關。
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