Aliasing ve zvuku je jedním z těch pojmů, které možná intuitivně znáte, ale neumíte je používat. Většina hudebních producentů nebo dokonce i příležitostných posluchačů dokáže rozpoznat, že něco není v pořádku, když se objeví aliasing, ačkoli se vyplatí mít pevné znalosti o tom, jak je původní zvukový signál poškozen, abyste se mohli tomuto destruktivnímu zvukovému procesu vyhnout.

Níže si vysvětlíme, co je aliasing ve zvuku, jak zní, a podělíme se o několik strategií, které vám pomohou vyhnout se vnášení aliasingu do mixu.

Porozumění aliasingu ve zvuku

Aliasing je destruktivní proces, ke kterému může dojít při převodu analogového signálu (nebo živého zvuku) na digitální zvuk. Když je zvukový signál znovu digitálně převeden se vzorkovací frekvencí, která je pro zvuk příliš nízká, může dojít ke zkreslení vysokofrekvenčních složek, jejich nedostatečnému vzorkování a nakonec i ke zkreslení.

Jak zní aliasing, někdy nazývaný aliasingové zkreslení, si můžete poslechnout zde:

Co je Nyquistova frekvence?

Při diskusi o aliasingu ve zvuku se můžete setkat s pojmem označovaným jako Nyquistův teorém nebo Nyquistova frekvence. Tento koncept je pojmenován po Harrym Nyquistovi, který zjistil, že aby se zabránilo aliasingu při převodu analogového signálu na digitální zvukový signál, je třeba zpracovávat zvuk s dvojnásobkem nejvyšší frekvenční složky.

Pojďme si to trochu rozebrat. Zjednodušeně řečeno, nejvyšší frekvence je polovina vzorkovací frekvence, aby se zabránilo chybám při převodu analogového signálu na digitální zvuk. K tomuto zpracování digitálního zvuku dochází ve vašem rozhraní, v rámci mixážního pultu nebo kdykoli je signál veden přes analogově-digitální převodník (A/D převodník).

Pomocí Nyquistova teorému můžeme vysvětlit, proč se v digitálním zvuku běžně používá vzorkovací frekvence 44,1 kHz nebo 48 kHz. Protože frekvenční rozsah lidského sluchu je zhruba 20 Hz - 20 kHz, pokud zdvojnásobíme horní hranici, dostaneme 40 kHz. Přidejte trochu vyrovnávací paměti a získáte nejběžnější vzorkovací frekvence používané ke zpracování a přehrávání zvuku v rámci dnešního digitálního systému.

Stále si nejste jisti, jak se vyznat v Nyquistově teorému o frekvenci a jak souvisí s aliasingem? Podívejte se na tento výklad:

Co způsobuje aliasing v hudbě?

Vědecky řečeno, aliasing vzniká, když osciloskop nedokáže dostatečně rychle vzorkovat analogový signál, což vede k chybné identifikaci frekvenčního obsahu, který se ve zpracovaném zvuku projeví jako artefakty. Jinými slovy, jde o situaci, kdy je vzorkovací frekvence příliš nízká na zpracování určitého zvukového záznamu, což vede k chybám a nerozlišitelným vysokofrekvenčním složkám v digitalizovaném signálu.

K aliasingu dochází i v jiných médiích, například ve videu, a to v souvislosti se vzorkovací frekvencí. Pro někoho může být aliasing lépe vysvětlen na příkladu efektu kola od vozu, který ukazuje časový aliasing:

Jak zní aliasing?

Můžete si vyhledat příklady aliasingu zvuku nebo si poslechnout úryvek, který jsme přiložili výše, zní to jako vysoké, atonální frekvence, které jsou poněkud drsné pro uši. Jak si řekneme níže, existují některé pluginy pro downsampling, které jej záměrně obnovují pro dosažení určitého efektu. Například skladový plugin "Redux" od Abletonu používá downsampling k vytvoření artefaktů v rámci zvuku:

Jak se vyhnout aliasingu ve zvuku

Abyste se vyhnuli aliasingu zvuku, používejte při nahrávání nebo zpracování zvuku vzorkovací frekvenci 44,1 kHz nebo vyšší. To platí za předpokladu, že převádíte analogový signál na digitální zvuk v rámci produkce a sdílení skladeb prostřednictvím standardních výstupů, jako jsou streamovací platformy nebo sociální média.

Další náročnější výstupy, jako je vysílání, televize a film, mohou vyžadovat odlišné požadavky na vzorkovací frekvenci, které by měl poskytnout příslušný distribuční kanál. Chcete-li se vyhnout aliasingu zvuku, jednoduše použijte správnou vzorkovací frekvenci pro danou úlohu.

Používá se někdy aliasing kreativně?

Ano! Aliasing distortion nebo downsampling může mít jedinečný Lo-fi efekt, který je součástí retro emulačních pluginů, vinylových pluginů a dalších efektů, jako je Redux od Abletonu, a vědomě vytváří artefakty ve zvuku. Tento efekt se obvykle používá střídmě, ale při záměrném, ale střídmém použití může mixům dodat hodně charakteru.

Jak zjistím, jakou vzorkovací frekvenci použít?

Podle Nyquistova teorému musíte použít vzorkovací frekvenci, která je dvojnásobkem amplitudy nejvyšší frekvence ve vaší skladbě. Vzhledem k tomu, že rozsah lidského sluchu končí kolem 20 000 Hz, mělo by vám zcela stačit použití standardní vzorkovací frekvence 44,1 kHz. Někteří inženýři pro jistotu zpracovávají zvuk při 48 kHz, aby zachytili celý převedený zvukový signál v plné věrnosti, ale pro běžného posluchače to může být přehnané.

Nezapomeňte, že čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím více dat bude zachyceno, a tím větší bude soubor. Výběr vyšší vzorkovací frekvence je určitým kompromisem, ale obecně platí, že pokud se rozhodnete pro 44,1 kHz nebo vyšší, mělo by vám to pro přesnou reprodukci analogového zvuku do digitálního signálu naprosto stačit.

Je logické, že frekvence 44,1 kHz by vám měla stačit ve většině případů, protože odráží rozsah lidského sluchu, ale nikdy nezapomínejte na sílu a jednoduchost používání vlastních uší. Slyšíte, když zvukové signály obsahují nežádoucí artefakty. VŽDY testujte své mixy a mastery na více výstupních kanálech, abyste se ujistili, že vám neunikly žádné stylistické nebo technické chyby ve zpracování zvuku, jako je například aliasing.

Lze opravit aliasing ve zvuku?

Jediný způsob, jak aliasing zcela eliminovat, je zpracovat analogový signál při správné frekvenci signálu podle výše uvedeného Nyquistova kmitočtu. Nicméně aliasing zapečený do zvuku se může stát méně znatelným pomocí dolnopropustného filtru, díky němuž uslyšíte méně zkreslených vysokofrekvenčních signálů.

V ideálním případě můžete změnit nastavení vzorkovací frekvence, abyste se tomuto problému zcela vyhnuli. To lze provést v předvolbách vaší digitální zvukové pracovní stanice nebo v A/D převodníku či jiném zařízení, které vám pomáhá převádět zvuk z analogového na digitální zvukový signál.

Za zmínku stojí také to, že některé pluginy zaměřené na zkreslení mohou způsobovat aliasing. Pro zmírnění tohoto jevu můžete zvolit nastavení vysoké kvality, jako je přepínač vysoké kvality zapnuto/vypnuto, který je u takových pluginů uveden v aplikaci Ableton Live:

Ne nadarmo se říká, že když máte pochybnosti, věřte svým uším. Zpracovávejte záměrně a při mixování testujte jednotlivé vrstvy efektů, abyste se ujistili, že do mixu vnášíte pouze požadovaný frekvenční obsah. Správné odstupňování zisku a technika nahrávání vám také pomohou vytvořit čistý zvukový signál při nahrávání.

Dobré pravidlo je vyhnout se aliasingu ve zvuku

Jak jsme si již řekli, existují některé vybrané scénáře, kdy aliasing ve zvuku využíváme v rámci snahy o vytvoření zvukových artefaktů pro určitý efekt. Mimo tento prostor by však měly být zvukové signály zachovány, zpracovávány a manipulovány v rámci svého frekvenčního rozsahu, aby byly zachovány vysokofrekvenční složky.

Pokud používáte správnou techniku digitálního zpracování zvuku a zachováváte vzorek od jedné fáze výroby k druhé, nemusíte se příliš obávat, že narazíte na ostré frekvence, které jsou spojeny s aliasingem zvuku.