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关于音频采样率基础知识

 rookie 2013-05-23
关于音频采样率基础知识


在业界有几套采样率并存,常用的是:
44.1kHz及其下采样、上采样:22.05kHz, 11.025kHz,88.2kHz, 176.4kHz
48kHz及其下采样、上采样:12kHz,24kHz, 96kHz, 192kHz

人耳的听觉是有限的,介于20Hz到20kHz。跟据Nyquist采样定理,采样频率只要超过信号带宽的2倍就不会产生混迭。在数字媒体领域,如音乐CD的规范,都是以44.1kHz作为标准采样率的。因为44.kHz大于20kHz的两倍,所以实际上44.1kHz的采样率是足够用的。
    但是现在普遍在工程中都是使用48kHz或者96kHz频率录音,只有在最终母带处理时才会转成44.1kHz的CD格式,这样减少多次采样率转换造成的失真。
    而在电脑领域,作为音频硬件codec标准的AC97规范只规定了48kHz。这造成几乎所有的输入、输出信号都要被重新采样(专业术语叫采样率转换,即 SRC)。SRC一般都会造成音质的损失,较简单(即较差)的SRC算法会造成音质明显劣化。但这已经是一个既成事实了。

既然44K够了,那为什么还要用192KHZ来录音?
    首先,20kHz只是大多数人的听觉门限,也就是说,人耳对于20kHz以上的声音很不敏感。注意不敏感并不意味着完全无法感知。大多数乐器(特别是钢琴和弦乐器)的乐音含有丰富的高次谐波,用音乐术语来说即所谓的上方泛音。截止频率为22.05kHz的CD音频,的确会给听惯了真实乐器的人一种不自然的感觉,尤其在高频部分,因为奈奎斯特截止频率造成更高频率泛音的信号失真。
    其次,数字录音通常都需要进行后处理。音频处理会对信号产生进一步的失真,包括信号畸变、频谱混叠,等等。如果录音时仅仅用44.1kHz对原始信号采样,那么在后处理前还得进行上采样(up-sampling),对采样频率进行扩展。由于这种扩展是“假”的,实际上并没有更多有用的原始信号,并且上采样算法的优劣也会影响原录音信号的失真,所以这个做法并不可取。因此,通常的做法是用更高的频率进行采样。
    而现在的完全专业数字录音棚中,则不再按CD标准的规范录音、混音以及母带,而是优先使用HD音频规范。  即:采用24Bit 48KHz、24Bit 96KHz、24Bit 192KHz 三种规格进行录音,当然,24Bit 48KHz是一些小的录音棚使用,因为他们的处理器资源有限。而大的录音棚,都清一色的使用24Bit 96KHz和24Bit 192KHz 进行录音。

那么,这样的录音规范,有什么好处?
    1.符合HD音频标准,这也是将来的主流标准,制作出的成品,可以直接应用于HDCD、DVD-Audio、蓝光唱片、数字音乐下载业务、数字对媒体播放机业务。
    2.完全照顾数字影视视频业务,多声道电影视频都会采用HD音频规范。包括移动便携数字视频设备都用它。
    3.完全照顾消费性音频播放业务,比如:因特尔HD-Audio音频标准,AC97音频编码解码,便携MP3/mp4/电话/游戏机最高音频质量播放。

    目前,专业录音行业的最高质量标准就是:24比特定点位深、192000Hz采样频率,简称“24Bit/192KHz。”。当然,将来这个标准依然会继续提高,向32Bit 384KHz进发也是可能的。

    实际上,现在的CD唱片市场上卖的产品(正版),最低级别的通常都是HDCD唱片,你买唱片时都会发现基本上都是HDCD标识,也就是一张激光唱片包含两种音轨:普通CD音轨和HDCD音轨。其中CD音轨记录16比特44.1KHz信号(这是这张唱片的兼容内容,照顾早期的CD播放机),HDCD音轨则记录24Bit 96KHz信号(这才是该唱片的主要内容)。普通的CD播放机只能播放CD音轨信号,而HDCD音轨则需要HDCD播放机才能播放(实际上现在的绝大多数 DVD播放机都能播放HDCD,而现在的电脑则更没问题了。

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