Проблема в том, что частоты выше предела Найквиста не прекращаются на нем, не исчезают, а отражаются вниз в виде цифрового искажения – aliasing (алиасинг). Соответственно, он грозит и имеющимся в проекте интермодуляциям, которые сами по себе шум, а тут еще будут дополнительно зашумляться.
Пример: частота 13 кГц в проекте с сэмпл-рэйтом 44,1 кГц при легкой сатурации достигнет предела Найквиста в области 22,05 кГц, но не исчезнет, а отразится вниз. При этом искажение будет гармонически не связано с исходной синусоидой в 13 кГц, а значит, может звучать дисгармонично. Чем выше величина сатурации, чем больше гармоник, тем больше создается и отражаемых искажений.
Также и в компрессии: чем жестче будут параметры работы прибора, тем больше вокруг компрессируемой частоты возникнет дополнительных обертонов. Самый очевидный для нас пример – дисторшн при минимальном уровне атаки и релиза. Но и при менее агрессивных параметрах сжатия обертоны тоже возникают, а значит, на каких-то сигналах могут создать алиасинг.
Если мы увеличим частоту дискретизации проекта до 96 кГц, то предел Найквиста расширится вверх, и можно подумать, что тогда сатурация всех высоких частот будет проходить безболезненно. Да, ситуация будет лучше, но алиасинг не уйдет до конца.
Для решения этой проблемы в некоторых плагинах есть режим передискретизации (Oversampling), который насыщает нужные частоты, отфильтровывает все выше предела Найквиста и «останавливает» дальнейшие отражения. То есть использовать плагины такого рода значительно эффективнее, чем работать в проектах с титаническими значениями сэмпл-рэйта. Но включение режима оверсэмплинга может сильно загрузить процессор и вызывать задержки и сдвиги фазы.
Достаточно эффективным является способ фильтрации высоких частот. Например, после каждого сатурирующего прибора с помощью эквалайзера фильтром с крутым срезом (Brickwall) от 20 Гц вы отрезаете ненужные гармоники, которые могут создавать алиасинг.
В заключение хочу добавить, что цифровые искажения, о которых мы говорили здесь, очень слабо слышны и практически незаметны. Именно поэтому разговоры о повышении частоты дискретизации носят больше маркетинговый характер, потому что большинство людей просто не услышат никакой разницы.
Кривые равной громкости
Наверное, многие из вас знают о кривых Флетчера – Мэнсона, но я не могу не упомянуть о них, поскольку дальше речь пойдет о сведении в наушниках, и это связано.
Флетчер и Мэнсон – два ученых, которые изучали физиологические особенности слухового восприятия. Они провели довольно объемные эксперименты с людьми по восприятию ими различных частот.
*На рисунке по вертикали уровень звукового давления, по горизонтали – частоты.
Оказалось, что мы слышим звуки разной частоты на одной и той же громкости не одинаково: низкий и высокий диапазоны человеческий слух воспринимает слабее, чем средний, так что при равном уровне громкости первые для нас звучат как более тихие.
На графике видно, что чем выше звуковое давление, тем более линейны кривые равной громкости. То есть чтобы лучше воспринимать низы, нужно слушать их на большей громкости. Максимальная линейность восприятия достигается при уровне звука 97–103 дБ, что довольно громко.
Этот график показывает, что звук частотой 1 кГц и громкостью 20 дБ субъективно будет казаться таким же громким, как звук на 90 Гц громкостью 55 дБ.
Что из этого следует:
Мы сводим обычно на средней громкости. Соответственно, будем лучше слышать то, что находится на уровне 1–5 кГц (особенно 2–4 кГц). Для создания равномерной АЧХ (амплитудно-частотной характеристики) трека мы можем захотеть добавить низы или верхи. Но при этом стоит иметь в виду, что для лучшего контроля низов стоит повысить громкость мониторинга, и тогда надобность подчеркивать низы может отпасть.
Бытовая акустика, такая как телевизоры, наушники и акустические системы, для облегчения восприятия звука рядовыми слушателями часто имеет в себе:
1) отклонение от линейной АЧХ,
2) тон-компенсацию.
Например, при понижении громкости искусственно добавляются низы и верхи, то есть компенсируется их субъективное уменьшение по кривым. Но соответствуют ли алгоритмы конкретной техники досконально кривым Флетчера – Мэнсона или работают лишь приближенно – это неизвестно. Поэтому на бытовой аппаратуре мы не сводим.