Aliasing w audio to jedno z tych pojęć, które można znać intuicyjnie, ale nie zna się na nim języka. Większość producentów muzycznych, a nawet zwykli słuchacze mogą zidentyfikować, że coś jest nie tak, gdy pojawia się aliasing, choć warto mieć solidne zrozumienie, w jaki sposób oryginalny sygnał audio jest uszkadzany, aby uniknąć tego destrukcyjnego procesu audio.

Poniżej wyjaśnimy, czym jest aliasing w dźwięku, jak brzmi i podzielimy się kilkoma strategiami, które pomogą uniknąć wprowadzania aliasingu do miksu.

Zrozumienie aliasingu w audio

Aliasing to destrukcyjny proces, który może wystąpić podczas konwersji sygnału analogowego (lub dźwięku na żywo) na dźwięk cyfrowy. Gdy sygnał audio jest odtwarzany cyfrowo z częstotliwością próbkowania, która jest zbyt niska dla dźwięku, może to powodować, że komponenty o wysokiej częstotliwości są nieprawidłowo reprezentowane, niedostatecznie próbkowane i ostatecznie zniekształcone.

Tutaj można usłyszeć, jak brzmi aliasing, czasami nazywany zniekształceniem aliasingowym:

Co to jest częstotliwość Nyquista?

Jeśli chodzi o omawianie aliasingu w audio, można natknąć się na koncepcję określaną jako twierdzenie Nyquista lub częstotliwość Nyquista. Koncepcja ta została nazwana na cześć Harry'ego Nyquista, który odkrył, że aby zapobiec aliasingowi podczas konwersji sygnału analogowego na cyfrowy sygnał audio, należy przetwarzać dźwięk z dwukrotnością najwyższej składowej częstotliwości.

Rozłóżmy to trochę na czynniki pierwsze. Mówiąc prościej, najwyższa częstotliwość to połowa częstotliwości próbkowania, aby zapobiec błędom podczas konwersji sygnału analogowego na cyfrowy dźwięk. To cyfrowe przetwarzanie dźwięku odbywa się w interfejsie, w konsoli mikserskiej lub za każdym razem, gdy sygnał jest przepuszczany przez konwerter analogowo-cyfrowy (konwerter A/D).

Możemy użyć twierdzenia Nyquista, aby wyjaśnić, dlaczego powszechne jest stosowanie częstotliwości próbkowania 44,1 kHz lub 48 kHz w cyfrowym dźwięku. Ponieważ zakres częstotliwości ludzkiego słuchu wynosi w przybliżeniu 20 Hz - 20 kHz, jeśli podwoimy górną granicę, otrzymamy 40 kHz. Po dodaniu niewielkiego bufora otrzymamy najpopularniejsze częstotliwości próbkowania używane do przetwarzania i odtwarzania dźwięku w dzisiejszym systemie cyfrowym.

Wciąż nie wiesz, jak zrozumieć twierdzenie Nyquista o częstotliwości i jego związek z aliasingiem? Zapoznaj się z tym wyjaśnieniem:

Co powoduje aliasing w muzyce?

Z naukowego punktu widzenia, aliasing występuje, gdy oscyloskop nie może próbkować sygnału analogowego wystarczająco szybko, tworząc błędnie zidentyfikowaną zawartość częstotliwości, która jest prezentowana jako artefakty w przetworzonym dźwięku. Innymi słowy, dzieje się tak, gdy częstotliwość próbkowania jest zbyt niska, aby przetworzyć określony fragment dźwięku, co prowadzi do błędów i nierozróżnialnych składowych o wysokiej częstotliwości w zdigitalizowanym sygnale.

Aliasing występuje również w innych mediach, takich jak wideo, ponieważ odnosi się do częstotliwości próbkowania. Dla niektórych aliasing może być lepiej wyjaśniony na przykładzie efektu koła wagonowego, pokazującego aliasing czasowy:

Jak brzmi aliasing?

Możesz poszukać przykładów aliasingu audio lub posłuchać fragmentu, który zamieściliśmy powyżej, brzmi on jak wysokie, atonalne częstotliwości, które są nieco szorstkie dla uszu. Jak omówimy poniżej, istnieją wtyczki do downsamplingu, które celowo odtwarzają ten efekt. Na przykład standardowa wtyczka Abletona "Redux" wykorzystuje downsampling do tworzenia artefaktów w dźwięku:

Jak uniknąć aliasingu w audio

Aby uniknąć aliasingu w dźwięku, podczas nagrywania lub przetwarzania dźwięku należy trzymać się częstotliwości próbkowania 44,1 kHz lub wyższych. Zakłada się, że konwertujesz sygnał analogowy na dźwięk cyfrowy w kontekście produkcji i udostępniania utworów na standardowych wyjściach, takich jak platformy streamingowe lub media społecznościowe.

Inne bardziej zniuansowane wyjścia, takie jak transmisja, telewizja i film, mogą wymagać innych wymagań dotyczących częstotliwości próbkowania, z których wszystkie powinny być dostarczone przez odpowiedni kanał dystrybucji. Aby uniknąć aliasingu dźwięku, wystarczy użyć odpowiedniej częstotliwości próbkowania.

Czy aliasing jest kiedykolwiek używany kreatywnie?

Tak! Zniekształcenia aliasingowe lub downsampling mogą mieć unikalny efekt Lo-fi, który jest włączony do wtyczek emulacji retro, wtyczek winylowych i innych efektów, takich jak Ableton's Redux, aby świadomie tworzyć artefakty w dźwięku. Efekt ten jest zazwyczaj używany oszczędnie, ale może dodać wiele charakteru do miksów, gdy jest używany celowo, ale oszczędnie.

Skąd mam wiedzieć, jakiej częstotliwości próbkowania użyć?

Zgodnie z twierdzeniem Nyquista, należy użyć częstotliwości próbkowania, która jest dwukrotnie większa od amplitudy najwyższej częstotliwości w kompozycji. Biorąc pod uwagę, że zakres ludzkiego słuchu kończy się około 20 000 Hz, użycie standardowej częstotliwości próbkowania 44,1 kHz powinno być całkowicie w porządku. Niektórzy inżynierowie przetwarzają dźwięk z częstotliwością 48 kHz na wszelki wypadek, aby uchwycić cały przekonwertowany sygnał audio w pełnej wierności, ale dla przeciętnego słuchacza może to być przesada.

Należy pamiętać, że im wyższa częstotliwość próbkowania, tym więcej danych zostanie przechwyconych, a tym samym tym większy będzie plik. Istnieje pewien kompromis, jeśli chodzi o wybór wyższej częstotliwości próbkowania, ale ogólnie rzecz biorąc, jeśli zdecydujesz się na 44,1 kHz lub wyższą, powinieneś być całkowicie w porządku, aby dokładnie odtworzyć analogowy dźwięk do sygnału cyfrowego.

Rozumie się samo przez się, że częstotliwość 44,1 kHz powinna wystarczyć w większości scenariuszy, ponieważ odzwierciedla ona ludzki zakres słyszalności, ale nigdy nie należy zapominać o mocy i prostocie korzystania z uszu. Możesz usłyszeć, kiedy sygnały audio mają niepożądane artefakty. ZAWSZE testuj swoje miksy i mastery na wielu kanałach wyjściowych, aby upewnić się, że nie brakuje żadnych błędów stylistycznych lub technicznych w przetwarzaniu dźwięku, takich jak aliasing.

Czy mogę naprawić aliasing w audio?

Jedynym sposobem na całkowite wyeliminowanie aliasingu jest przetwarzanie sygnału analogowego z odpowiednią częstotliwością zgodnie z koncepcją częstotliwości Nyquista opisaną powyżej. Jednak aliasing wprowadzony do dźwięku może stać się mniej zauważalny przy użyciu filtra dolnoprzepustowego, dzięki czemu słyszysz mniej sygnałów o wysokiej częstotliwości, które zostały zniekształcone.

Najlepiej jest zmienić ustawienia częstotliwości próbkowania, aby całkowicie uniknąć tego problemu. Można to zrobić w preferencjach cyfrowej stacji roboczej audio lub w konwerterze analogowo-cyfrowym lub innym urządzeniu, które pomaga konwertować sygnał audio z analogowego na cyfrowy.

Warto również zauważyć, że niektóre wtyczki skoncentrowane na zniekształceniach mogą wprowadzać aliasing. Aby to złagodzić, można wybrać ustawienia wysokiej jakości, takie jak przełącznik wysokiej jakości włączania/wyłączania prezentowany w Ableton Live na takich wtyczkach:

Nie bez powodu jest to banał inżynierski: w razie wątpliwości zaufaj swoim uszom. Przetwarzaj świadomie i testuj A/B każdą warstwę efektów podczas miksowania, aby upewnić się, że wprowadzasz do miksu tylko pożądaną zawartość częstotliwości. Prawidłowa inscenizacja wzmocnienia i technika nagrywania mogą również pomóc w uzyskaniu czystego sygnału audio podczas nagrywania.

Unikanie aliasingu w audio to dobra zasada

Jak już wspomnieliśmy, istnieją pewne wybrane scenariusze, w których wykorzystujemy aliasing w audio w kontekście prób tworzenia artefaktów audio dla określonego efektu. Jednak poza tą przestrzenią sygnały audio powinny być zachowywane, przetwarzane i manipulowane w ich zakresie częstotliwości audio, aby zachować nienaruszone komponenty wysokiej częstotliwości.

Tak długo, jak stosujesz odpowiednią technikę cyfrowego przetwarzania dźwięku i zachowujesz próbkę z jednego etapu produkcji do następnego, nie będziesz musiał się zbytnio martwić, że napotkasz ostre częstotliwości, które pochodzą z aliasingu audio.