取样频率决定声音可被数字化和储存的最大频率。尤其是,取样频率必须是样本声音最高频率的两倍。这就是「Nyquist频率(Nyquist Frequency)」,以30年代研究取样程序的工程师Harry Nyquist的名字命名。
以过低的取样频率对正弦波取样时,合成的波形比最初的波形频率更低。这就是所说的失真信号。为避免失真信号的发生,在输入端使用低通滤波器以阻止频率大于半个取样频率的所有波形。在输出端,数字模拟转换器产生的粗糙的波形边缘实际上是由频率大于半个取样频率的波形组成的泛音。因此,位于输出端的低通滤波器也阻止频率大于半个取样频率的所有波形。
声音CD中使用的取样频率是每秒44,100个样本,或者称为44.1kHz。这个特有的数值是这样产生的:
人耳可听到最高20kHz的声音,因此要拦截人能听到的整个声音范围,就需要40kHz的取样频率。然而,由于低通滤波器具有频率下滑效应,所以取样频率应该再高出大约百分之十才行。取样频率就达到了44kHz。这时,我们要与视讯同时记录数字声音,于是取样频率就应该是美国、欧洲电视显示格速率的整数倍,这两种视讯格速率分别是30Hz和25Hz。这就使取样频率升高到了44.1kHz。
取样频率为44.1kHz的光盘会产生大量的数据,这对于一些应用程序来说实在是太多了,例如对于录制声音而不是录制音乐时就是这样。把取样频率减半到22.05 kHz,可由一个10 kHz的泛音来简化复制声音的上半部分。再将其减半到11.025 kHz就向我们提供了5 kHz频率范围。44.1 kHz、22.05 kHz和11.025 kHz的取样频率,以及8 kHz都是波形声音设备普遍支持的标准。
因为钢琴的最高频率为4186 Hz,所以您可能会认为给钢琴录音时,11.025 kHz的取样频率就足够了。但4186 Hz只是钢琴最高的基础频率而已,滤掉大于5000Hz的所有正弦波将减少可被复制的泛音,而这样将不能精确地捕捉和复制钢琴的声音。