We współczesnym świecie dźwięku cyfrowego istnieje wiele terminów technicznych, które na pierwszy rzut oka mogą wydawać się mylące. Jednym z nich jest aliasing. Jest to zjawisko, które może poważnie wpłynąć na jakość nagrania audio lub syntezy dźwięku, zwłaszcza jeżeli pracujesz z przetwarzaniem cyfrowym, wtyczkami lub syntezą programową. Zastanówmy się, czym jest aliasing, skąd się bierze i jak go unikać.
Czym jest aliasing?
Aliacing to zniekształcenie sygnału, które występuje, gdy częstotliwość próbkowania jest niewystarczająca podczas procesu konwersji dźwięku analogowego na cyfrowy lub podczas przetwarzania sygnału cyfrowego. Mówiąc prościej, dzieje się tak, gdy składniki dźwięku o wysokiej częstotliwości są „maskowane” jako składniki o niskiej częstotliwości, co powoduje powstawanie fałszywych częstotliwości, których w rzeczywistości nie było w oryginalnym sygnale.
Słowo „alias” tłumaczone z języka angielskiego oznacza „pseudonim”, „inne imię”. W kontekście dźwięku oznacza to, że jedna częstotliwość „udaje” inną. Można to porównać do efektu mory w wideo: gdy wzór jest zbyt mały, aby kamera go dostrzegła, pojawiają się dziwne, migoczące kształty. To samo dzieje się z dźwiękiem, jeżeli nie przestrzega się pewnych zasad nagrywania cyfrowego.
Dlaczego występuje aliasing?
Główną przyczyną jest naruszenie twierdzenia Nyquista-Shannona. Zgodnie z tym twierdzeniem, aby dokładnie zdigitalizować sygnał analogowy, częstotliwość próbkowania musi być dwukrotnie większa od najwyższej częstotliwości w sygnale. Na przykład, jeżeli nagrywasz sygnał o częstotliwościach do 20 kHz (górna granica słyszalności człowieka), to częstotliwość próbkowania musi wynosić co najmniej 40 kHz. Dlatego standardową częstotliwością nagrywania dźwięku jest 44,1 kHz. Jeżeli nie przestrzega się tej reguły, częstotliwości przekraczające połowę częstotliwości próbkowania (próg Nyquista) zaczynają być „odbijane” w dół i zamieniają się w fałszywe, nieharmoniczne dźwięki.
Jak aliasing objawia się w uchu?
Alliacing nie wydaje żadnych odgłosów ani kliknięć. Są to raczej nieprzyjemne, zniekształcone dźwięki, które brzmią nienaturalnie i mogą poważnie pogorszyć jakość dźwięku. W syntezatorach i wtyczkach VST aliasing najczęściej objawia się jako artefakty „dzwonienia”, zwłaszcza podczas grania wysokich nut, stosowania zniekształceń lub agresywnej kompresji.
Dla ucha aliasing może objawiać się jako:
- dzwonienie, odcień „metaliczny”;
- chrypka i szorstkość w tonach wysokich;
- „brudu” w dźwięku poprzez złożone przetwarzanie.
Gdzie aliasing występuje najczęściej?
W syntezatorach cyfrowych i generatorach fal. Niektóre algorytmy syntezy (np. twarda synchronizacja, FM, tablica fal) mają tendencję do generowania harmonicznych o wysokiej częstotliwości, które przy niewystarczającej częstotliwości próbkowania powodują aliasing. Podczas używania efektów zniekształcenia/przesterowania. Efekty te dodają harmoniczne, które łatwo wykraczają poza częstotliwość Nyquista. W resamplingu i przetwarzaniu lo-fi. Gdy dźwięk jest „obniżany” do niższej szybkości transmisji lub częstotliwości próbkowania bez użycia odpowiednich filtrów. Z funkcją „bounce-in-place” i renderowaniem offline. Niektóre wtyczki wykorzystują nadpróbkowanie w czasie rzeczywistym, ale po wyrenderowaniu mogą dawać różne rezultaty.
Jak sobie radzić z aliasingiem?
Istnieje kilka sposobów na uniknięcie lub zminimalizowanie aliasingu:
- Nadpróbkowanie. To jedna z najskuteczniejszych metod. Wtyczka lub syntezator „wewnątrz siebie” zwiększa częstotliwość próbkowania kilkakrotnie, wykonuje przetwarzanie, a następnie przywraca sygnał do oryginalnej częstotliwości za pomocą filtra antyaliasingowego. Wiele nowoczesnych wtyczek (na przykład FabFilter, Serum, Vital) posiada ustawienia nadpróbkowania — od 2x do 16x i więcej.
- Korzystanie z filtrów analogowych. Filtry dolnoprzepustowe analogowe lub wirtualnie analogowe potrafią wycinać harmoniczne o wysokiej częstotliwości zanim spowodują one aliasing.
- Praca z wysokimi częstotliwościami próbkowania. Jeżeli twój projekt na to pozwala, użyj 48, 88,2 lub nawet 96 kHz. Zmniejsza to prawdopodobieństwo wystąpienia aliasingu podczas przetwarzania.
- Wybór wysokiej jakości wtyczek VST i efektów. Niektóre darmowe lub przestarzałe wtyczki nie uwzględniają aliasingu. Lepiej jest korzystać ze sprawdzonych narzędzi, które wskazują na obecność algorytmów nadpróbkowania lub antyaliasingu.
— Zobacz także: IK Multimedia wprowadza T-RackS Lurssen Mastering EQ —
Zobacz także: IK Multimedia wprowadza T-RackS Lurssen Mastering EQ
Ciekawostka: niektórzy muzycy i producenci celowo stosują aliasing jako efekt. Na przykład w gatunkach chiptune i lo-fi dźwięk z artefaktami jest odbierany jako „vintage” i atmosferyczny. Alliacing staje się częścią brzmienia – surowego, mechanicznego, ale autentycznego.
Aliacing to nie tylko termin techniczny, ale realny problem, który może znacząco wpłynąć na jakość dźwięku. Zrozumienie, jak powstaje ten problem i jak sobie z nim radzić, pomaga muzykom, projektantom dźwięku i inżynierom dźwięku uzyskiwać czyste, profesjonalne brzmienie. Jeśli pracujesz w środowisku cyfrowym, pamiętaj o sprawdzeniu ustawień częstotliwości próbkowania i nadpróbkowania – zwłaszcza w przypadku syntezatorów i efektów dodających harmoniczne. Pamiętaj: nawet „techniczne” rzeczy, takie jak aliasing, mogą stać się częścią procesu twórczego – jeśli wiesz, jak mądrze je wykorzystać.
