问题

无损音乐在人耳听力范围外的频率有意义吗?

回答
这个问题其实挺有意思的,也挺多人关心。简单来说,就是那些人耳听不见的“超高频”或“次声波”,在音乐里加进去,到底有没有用?

咱们先得掰扯清楚,人耳这玩意儿到底能听见多宽的频率范围。一般教科书上都说,人耳能听见20Hz到20kHz(也就是20000Hz)的声音。但这是个平均值,而且非常理想化的说法。

首先,这个20kHz的上限,对大多数成年人来说,基本上是靠不住的。随着年龄增长,尤其是经过长时间的噪音暴露,高频听力下降是普遍现象。很多年轻人可能还能听到20kHz附近,但上了年纪,能听到15kHz、16kHz就已经算不错了。更别提那些工作在嘈杂环境下的,听力损失会更严重。

其次,即使是听力好的人,20kHz以上的频率,虽然我们“听不见”它们发出具体的声音,但它们确实能以某种方式影响我们的听觉感知。这就有点像色盲的人看不到红色,但他们还是能感受到红光的光波,只是大脑无法将其解读为“红色”。

那么,这些“听不见”的频率在音乐里有什么意义呢?

这里面牵扯到的,更多是一种“听觉的延伸”或者“声音的质感”。

1. 泛音和空气感: 很多乐器,比如小提琴、长笛、镲片,它们发出的声音并不是一个单一的频率,而是由基频(我们听到的主要音高)和一系列高次泛音组成的。这些泛音往往非常高,有些甚至能达到20kHz以上。正是这些高频泛音,赋予了乐器独特的音色和“空气感”。你可以想象一下,同样的C大调音符,钢琴弹出来和小提琴弹出来感觉完全不同,很大程度上就是因为它们泛音的构成和衰减方式不一样。

在录音和制作过程中,如果音频设备(包括录音麦克风、线材、处理器,以及最终的播放设备)在高频部分的响应不够好,或者做了不必要的衰减,就会导致这些细微的高频泛音丢失,使得音乐听起来“闷”、“不通透”、“缺乏空间感”。

所以,一些追求极致音质的录音会尽量保留这些高频信息,即使它们超出了普通人能明确辨别的范围。它们的作用更像是给声音“提亮”,增加细节和“晶莹剔透”的感觉,让声音听起来更自然、更真实,而不是一种“闷”的音色。

2. 动态范围和细节: 就像照片一样,好的照片不仅仅是主体清晰,更重要的是它能捕捉到高光和阴影的丰富细节。音乐也是如此。那些高频的瞬态信息,比如打击乐的“镲片声”或者弓弦摩擦的“嘶嘶声”,虽然非常短暂,但它们构成了音乐的活力和细节。如果这些瞬间的高频信息被过滤掉了,音乐的动态范围就会变小,听起来会缺乏“冲击力”和“生动感”。

无损音乐格式(如FLAC、APE)或者高采样率的数字音频(如96kHz/24bit),其目的就是尽可能地保留原始录音中的所有信息,包括那些人耳可能无法直接听到的高频部分。这就像是提供一个更大、更精准的“画布”,让声音的细节得以完整呈现。

3. 心理和生理的微妙感知: 这是一个比较玄乎但又真实存在的方面。即使我们听不见某个频率,但它可能在生理上引起某些反应,或者在心理上产生一种“存在感”。

“空间感”和“定位感”: 在现场音乐会中,高频声音在空间中的传播和反射,对于我们感知声音的来源和空间感至关重要。即使人耳听不到最极端的频率,但这些频率可能通过与空气、物体表面的相互作用,间接影响我们感知到的声音的整体“质地”和“空间定位”。
“共振”和“氛围”: 有些理论认为,极高频或次声波(尽管次声波通常指20Hz以下,这里可以引申到低频部分)可以与人体产生某种共振,影响情绪或生理状态。虽然这种说法在音频领域尚未得到广泛证实,但也有一些人声称通过提升音频的某些“超音频”部分,能带来更“沉浸”或“震撼”的体验。

为什么说“无损”音乐可能在听力范围外频率上有意义?

“无损”本身强调的是“尽可能还原原始信号”。原始录音中的乐器、环境声,本身就可能包含超出人耳听力范围的高频成分。如果录音设备(比如麦克风、录音机)或者后期的处理软件,在某个频率点(比如18kHz、20kHz、22kHz)就戛然而止,或者有很强的衰减,那么即使用上了最高保真度的播放设备,也无法恢复那些“本该存在”但被提前“扼杀”掉的信息。

所以,一些发烧友或者音乐制作人追求高采样率(如96kHz甚至192kHz)的数字音频,就是因为他们相信更高的采样率可以更准确地捕捉到原始声音中那些微妙的高频信息,即使他们自己也未必能清晰地听到20kHz以上的声音。这就像是给一个高清摄像头配了最高像素的镜头,即使你的显示器不够大,但至少原始素材足够精细。

当然,也需要辩证看待:

“听不见”不等于“完全没影响”: 我们要理解,即使人耳听不见,但这些超高频信息依然是声波,它们以物理形式存在,并且可能以更复杂的方式影响我们对音乐的整体感知。
“有用”不等于“都能听出”: 即使有人声称能“听出”这些高频带来的区别,但这种区别可能是非常细微的,而且受到个人听力、心理状态、播放设备、环境等多种因素的影响。并非所有人都能轻易察觉,甚至有些人会觉得是“心理作用”。
“无损”的出发点是“还原”: 无损音乐的本质是追求“原汁原味”,而不是刻意去制造某种听感。它提供了更多可能性,让听众有机会接触到更完整的声音信息。

总而言之,无损音乐在人耳听力范围外的频率是否有意义,更多地体现在它对音乐“质感”、“细节”、“空间感”、“动态”的贡献上。这些高频泛音和瞬态信息,即使不在我们明确的听觉范围内,也参与了声音的构成,影响着我们对音乐的整体感知。追求无损和高采样率,就是为了让声音信息尽可能完整地保留,提供更丰富、更接近原始录音的听觉体验,让音乐“听起来”更自然、更“活”,或者说,更能触及到我们听觉的“边界”。

网友意见

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把楼中楼回复拿出来,给题主一个参考吧,说得通俗一点,有些概念不很精确,领会精神就好

320k是每秒的文件大小,并不是采样率。。。。完全等同这属于基本原理错误,因为奈奎斯特定律的二倍原因,要记录频率20khz的声音,那么主流音频文件采样率都是40khz以上的,一般有44.1khz,48khz,96khz,192khz几种,越是采样高,高频差拍控制就越好,如果题主拍过照片就知道拍照条纹多了会产生摩尔纹纱窗效应,音频也是一样,如果采样源太密,就会在采样结果的高频产生类似摩尔纹的干扰,所以要提升采样的“时间节点细致程度”,让采样的频次比原音频次高一倍以上,就不会出现“摩尔纹”

但这和文件码率是两回事儿,当然了文件码率是采样率的必要基础,如果你采样率超高但文件码率固定在超低水平,就会导致同采样频率下每次采样的细节大大损失

这是因为

音频采样和其他信息采样一样,都是由采样频率和位深,也就是所谓bit值决定的,采样频率决定采样精度,即一个波形,采样精度越高,模拟波形越平滑,而位深决定了你采样结果本身实际内容反应在动态范围的上下限,每一位bit能够精确记录6db的声音,那么要满足足够大的动态范围,就需要增加每一个采样点的bit容量,16bit就是96db,记录一般乐音,这个动态范围就够了,但如果有更高要求,就要增加动态范围宽容性,减少采样源本来的大动态因为动态范围压缩造成的动态失真

总的来说就是

采样精度决定波形沿着时间截取得细致不细致,是横轴

而bit位深决定了动态范围,也就是非失真的响度变化,也就是波形上下的反差值包容性,也就是说如果bit位深只有0位,也就是1个自由度,那么不管你采样多细致,每个采样单位的自由度也只有一个,如果bit位深是2,那么就是四个动态范围自由度,那么越高,越精细,能够反映的动态变化也就越自然,越顺滑,所以是纵轴

如下图所示,横轴是time,那么采样率越高,就越在横轴方向上把时间分得越细

而纵轴方向上,16bit就只有96db级,如果是24bit就有114db的纵轴信息量

横纵轴的越精细划分,数字采样就越接近原始波形

而如果是一个采样率和采样bit都确定规格的格式下的无损,就好像是预先确定好的棋盘一样,如果是无损全纪录,那么即使是空音也要占据空间,就好像拍照片黑位也要占据像素一个道理

而这样的“棋盘”要把棋子放进去,就成了音乐文件,我们叫它PCM,它的大小一定是固定的,比如常见的CD音质,就是由16bit位深和44.1khz采样所决定的 44.1×16×2(声道)=1411.2kbps

而如果想要压缩,就要找到算法用更好的语句把这个一格一格记录下来的棋盘概括出来形成一个文件

而完全概括的就叫无损,不能完全概括必须牺牲一部分信息的就叫有损

所以“无损”只是针对一种方式的采样结果来说的,而采样本身必然是有损的,比如说44khz格式下就只能相对完整记录22khz的声音,其上的部分还是要串扰,所以就仍然要低通滤波把22khz以上频率的声音滤掉

这是基本原理

你需要理解了这个,再去思考什么MP3削了什么频率的问题

实际上,就用上面的话来解释,比如说如果PCM是一张棋盘,如果直接的文件语句表述就必须把黑子白子每个位置的状况全部复述一遍,这显然太麻烦

那么压缩算法实际上就相当于“换个说法来解释这个棋盘”,然后在通过解码方式把棋盘还原出来

比如说,“第一横列除了纵6之外全是黑子没有空位”,“一6和六14连接对角线决定的长方形里完全空位”之类的语句,就能用较小的信息量高度概括棋盘态势,音频压缩的处理方式与之类似

实际上视频压缩也是这么处理的

但是如果棋盘精度太高,而我们只需要一个在我们更加敏感的部分留有印象,就可以把浪费文件解释语句空间的超高精度同时我们也不是很在乎的部分剔除掉,然后再去解释这个棋盘,这就是Mp3了

下面看看mp3是怎么剔除的

这是44.1 16bit无损采样的声谱图,可以看到实际上记录的22k的信息符合奈奎斯特定律的二倍记录精度,切口很齐,实际上之上仍然是有声谱的,但是因为上面说过的原因,如果记录会产生差拍串扰,所以被滤波掉了——这也是我说得无损只是针对采样结果本身,而对于采样源,只要确定了采样方式,就肯定是“有损的”


而这是最高码率(320)MP3声谱分析图,可以看到20k之上的部分全部被切下去了

那么下一个问题,这个切下去的部分是不是那么重要?这里面还有编码方式压缩方法的问题,再看这个图

这个声谱,除了正常的20k切断之外,为了进一步压缩高频采样占据的空间,在16khz的地方也出现了一个不自然的声音密度突然下降,而高频声音比重更大的乐音,比如小提琴的泛音,在这个频率就属于基本可感知范围了,这是梁祝的声谱


一般而言如果题主换一个好耳机做一个频率发生测试,会发现14-16khz是会有听觉反馈的

而更低的码率压缩的高频阈值更低,影响就会更加严重

本质上说,这些东西对你是否重要,要经过解码播放设备和扬声回放设备的水平限定之后,再看你在两方面是不是有需求,一是你的耳朵是不是足够敏感,二是即使你的耳朵足够敏感,你自己对这些细节带来的乐音美感是否在意

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