关于“采样率”的必会知识！新人课堂：数字音频基础系列
数字音频是什么？
数字音频（digital audio）是一种利用数字化手段对声音进行录制、存放、编辑、压缩或播放的技术，它是随着数字信号处理技术、计算机技术、多媒体技术的发展而形成的，相对于模拟声波（analog wave）来说，一种新的声音处理手段。
也可以说，它是我们在计算机系统中存储、重新创建和操作音频信息的系统。模拟声波的某些特性，如频率和振幅，被转换为计算机软件可以读取的数据。这使我们能够在基于软件的环境中管理、编辑和安排音频。
音频采样和音频采样率是什么？
音频采样（audio sample），用通俗易懂的话来说，就是把声音从模拟信号转换为数字信号。在声波中的特定时刻采集样本，记录振幅，然后将此信息转换为二进制数据。
系统每秒进行数千次测量。如果我们能够以足够多的可能振幅值极快地进行大量测量，我们就可以有效地使用这些快照来重建模拟声波的分辨率和复杂性。
系统进行这些测量的速度，就称为音频采样率（audio sample rate），以kHz（千赫兹）为单位，同时也是所得的数字信号的每秒样本数。音频采样率决定了数字音频中捕获的频率范围。
在大多数 DAW 中，你会在音频选项中找到可调整的采样率选项，它可以控制项目中音频的采样率。
你一般在 DAW 中看到的选项（44.1 kHz，48 kHz）可能看起来有点随机，但事实并非如此！ 我们用一个正弦波来演示：
为了测量这个正弦波的频率，我们需要能够检测和定义一个周期。任何波段的一个完整周期都要包含正负阶段。要知道这个周期的长度（波长），我们需要检测这两个阶段。因此，我们需要在每个完整周期至少测量两次以保证准确捕获其频率。
这意味着我们要想捕获和重建原始正弦波的频率，其音频采样率至少是其频率的两倍，称为奈奎斯特率（Nyquist rate）。相反，系统可以捕获和重新创建高达音频采样率一半的频率，这一限制称为奈奎斯特频率（Nyquist frequency）。
如果高于奈奎斯特频率的信号没有被音频数字转换器（ADC）正确记录，在奈奎斯特频率上反射回来并在过程中引入人工频率，被称为混叠（Aliasing）。
为防止混叠，音频数字转换器之前通常装有低通滤波器，可在音频到达转换器之前消除高于奈奎斯特频率的频率。这将防止原始音频中不需要的超高频导致混叠。早期的滤波器可能会污染音频，但随着更好的技术引入，这个问题正在被最小化。
为什么标准音频采样率为 44.1 kHz？
你能看到的最常见的音频采样率为 44.1 kHz，即每秒 44,100 个样本。这是大多数消费类音频的标准，用于 CD 等格式。
这不是一个随意的数字。人类可以听到 20 Hz 到 20 kHz 之间的频率，虽然大多数人在一生中失去了听到高频的能力，最多只能听到高达 15 kHz 至 18 kHz 的频率，但这个“20 到 20”的规则仍被认为是我们能听到的一切的标准范围。
计算机应该能够重新创建频率高达 20 kHz 的波，以保留我们可以听到的一切。因此，从技术上讲，40 kHz 的采样率应该可以解决问题，不是吗？
确实如此，但你需要一个非常强大的（有时也是昂贵的）低通滤波器来防止可听混叠。而44.1 kHz 的采样率在技术上允许记录频率高达 22.05 kHz 的音频。通过将奈奎斯特频率置于我们的听力范围之外，我们可以使用更适中的滤波器来消除混叠，而不会产生太多杂音的听觉效果。
其他音频采样率：48 kHz、88.2 kHz、96 kHz等
虽然 44.1 kHz 是消费类音频可接受的音频采样率，但在某些情况下会使用更高的采样率。有些是在数字音频的早期引入的，当时强大的抗混叠滤波器还很昂贵。将奈奎斯特频率调得更高，我们可以将滤波器放置得越来越远离人类听觉，因此对音频的影响更小。
48 kHz 是另一种常见的音频采样率。从技术上讲，更高的采样率意味着每秒更多的测量和更接近原始音频的再现，因此 48 kHz 通常用于“专业音频”环境而不是音乐环境。例如，它是视频音频的标准采样率。该采样率将奈奎斯特频率移至 24 kHz 左右，从而在需要滤波之前提供更多缓冲空间。
一些音频工程师选择以更高的音频采样率工作，往往会是 44.1 kHz 或 48 kHz 的倍数。88.2 kHz、96 kHz、176.4 kHz 和 192 kHz 的采样率导致更高的奈奎斯特频率，这意味着可以记录和重新创建超音速频率。低通滤波器对声音的影响更小，每秒采样数更多，从而可以更高清地再现原始音频。
能听出不同音频采样率之间的差异吗？
一些有经验的声音工程师可能会听出不同采样率之间的差异。然而，随着滤波和模拟/数字转换技术的改进，会越来越难以听到这些差异。
请看下面这个视频，听听同一段音频不用采样率之间的差异：
音频采样率越高越好吗？
理论上，以更高的音频采样率工作并不是一个坏主意，比如 176.4 kHz 或 192 kHz。文件会更大，但音质可能会很好。不过最终音频可能会转换为 44.1 kHz 或 48 kHz。
比如zoom F8n，支持192kHz的采样率
从数学上讲，将 88.2 转换为 44.1 以及将 96 转换为 48 会容易得多，因此最好在整个项目中保持一种格式。但是，通常的做法是在 44.1 kHz 或 48 kHz 下工作。
如果系统设置为 48 kHz 的采样率并且我们使用了 44.1 kHz 的音频文件，则系统读取样本的速度会比它本应该的更快。结果就是，音频听起来会加快并且音调略高。
如果系统采样率在 44.1 kHz 范围内并且音频文件在 48 kHz 范围内，则会发生相反的情况：音频声音变慢且音调略低。
超高音频采样率也有一个有趣的创造性用途。如果你曾经降低过标准 44.1 kHz 音频文件的音高，你可能已经注意到高音会变得有些空旷。高于 22.05 kHz 的频率在转换之前被过滤掉，因此没有频率内容可以降低，从而导致高音出现空洞。
但是，如果此音频以 192 kHz 的频率录制，则原始音频中高达 96 kHz 的频率将被录制。这显然超出了人类可以听到的范围，但是降低音频会导致这些听不见的频率变得可听了。因此，你可以在保留高频内容的同时大幅降低录音的音调。
下篇文章中，我们将继续为大家介绍数字音频的其它基础知识！敬请期待！
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