Hiện tượng chồng phổ Tần_số_Nyquist

Theo lý thuyết, một tần số Nyquist chỉ cần lớn hơn độ rộng dải tần của tín hiệu là đã đủ để có thể phục dựng lại một cách chuẩn xác toàn bộ tín hiệu từ những mẫu: xem thêm Định lý lấy mẫu. Tuy nhiên, việc phục dựng này yêu cầu một bộ lọc có khả năng cho qua các tần số không thay đổi trong khi chặn hoàn toàn tất cả các tần số khác (bộ lọc này được gọi là bộ lọc thông thấp lý tưởng hay lowpass filter). Trên thực tế việc phục dựng hoàn hảo như vậy là không thể có, tức là sai sót và lài chồng phổ là điều chắc chắn phải xảy ra.

Tần số tín hiệu lớn hơn tần số Nyquist sẽ gặp phải một sự "gấp lại" cho gần bằng tần số Nyquist, trở về các tần số thấp hơn. Ví dụ như tần số của tín hiệu mẫu là 20 kHz, tần số Nyquist là 10 kHz, và một tín hiệu 11 kHz sẽ bị "méo gập" lại còn 9 kHz. Tuy nhiên một tín hiệu 9 kHz có thể bị "méo" thành 11 kHz nếu như bộ lọc có chất lượng không tốt như yêu cầu. Cả hai kiểu "méo" này có thể gây ra những hệ quả quan trọng.

Khi một bộ lọc có chất lượng không đạt yêu cầu được sử dụng, việc tăng tần số lấy mẫu (oversampling) là cần thiết để khắc phục những lỗi của các bộ lọc chống méo dạng: kể cả 1 bộ lọc thông thấp (brickwall) cắt ngang một dải thông ở một điểm gọi là tần số cắt hay tần số giới hạn, (cho qua tất cả các tần số dưới ngưỡng này mà không thay đổi gì), sau đó dần dần sẽ giảm tần trong một dải tần chuyển tiếp và cuối cùng chặn hoàn toàn các tín hiệu nằm trên một điểm nào đó hoặc chặn gần như hoàn toàn ở dải chặn (stopband). Thế là, các tần số có giá trị gần bằng tần số Nyquist có thể bị méo trong quá trình lấy mẫu và quá trình phục dựng tín hiệu, vì vậy độ rộng dải tần nên có giá trị thấp hơn tần số Nyquist, thấp hơn bao nhiêu thì tùy vào tính chất của bộ lọc. (xem tần số thông khoảng)

Ví dụ, một đĩa CD ghi âm có tần số lấy mẫu là 44100 Hz thì tần số Nyquist phải là 22050 Hz, nó là giới hạn trên của tần số tối đa của dữ liệu, vì tín hiệu gốc là tín hiệu âm thanh, mà âm thanh tai người có thể nghe được có tần số tối đa fmax=22050 Hz. Nếu như bộ lọc chống méo dạng (trong trường hợp này là một bộ lọc tần số thấp) có một dải tần chuyển tiếp là 2000 Hz, như vậy để có được một tín hiệu với năng lượng không đáng kể ở tần số 22050 Hz hoặc hơn thì tần số cắt không thể nào vượt quá 22050 Hz.