Audio-Samplerate und Bittiefe – in einfacher, verständlicher Sprache


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Audio-Samplerate und Bittiefe – in einfacher, verständlicher Sprache

Bit Depth and Sample Rate

Was ist die Abtastrate (Abtastrate)? Was ist Bittiefe?

Sample Rate & BitDepth

Auch wenn Sie sich nicht direkt mit digitaler Tonaufnahme beschäftigen, werden Sie interessiert sein!

Bist du neu in der Welt der digitalen Musik? Sie sind sich nicht sicher, was all diese Bezeichnungen und komplexen Zahlen bedeuten?

Hmm, kein Wunder! Schließlich gibt es jeden Tag mehr und mehr Informationen. Und alles zu wissen ist fast unmöglich.

Ja, das ist nicht nötig! Sie müssen das Wesentliche kennen.

Samplerate und Bittiefe sind Sound-Engineering-Konzepte, die Sie kennen sollten, wenn Sie Musik in einer Computerumgebung machen möchten.

Selbst wenn Sie noch keine Musik in einer virtuellen Umgebung aufnehmen mussten, sich aber mit Audio befasst haben (sei es auf einem tragbaren digitalen Player, einem Player auf einem Computer oder anderswo), haben Sie möglicherweise einige Zahlen in den Eigenschaften von gesehen Audio: “16 Bit, 24 Bit, 44100 Hz, 48000 Hz …”

Das Material wird kurz vorgestellt und ist auch für Uneingeweihte zugänglich. Nur das Wesentliche.

Was sind also Abtastrate und Bittiefe? Wofür ist das?

Zunächst waren wir uns einig, dass Sie in verschiedenen Quellen finden können: Abtastrate und Abtastrate. Die Abkürzungen sind äquivalent. Nennen Sie es, was Ihnen am besten gefällt.

Und Bit und Bit Tiefe. Es ist das gleiche, das gleiche, es klingt einfach anders.

Damit.

Abtastrate (Abtastrate) …

Alle unbelebte Musik (Musik, die von einem Computer, einem Musikzentrum usw. produziert wird, dh nicht live) hat diesen Parameter. Dies ist die Anzahl der Abtastungen pro Sekunde. Ohne auf Details einzugehen, werde ich sagen, dass 44100 Hz für Menschen optimal sind. Da bei einem höheren Wert die abzutastenden Geräusche für unsere Ohren praktisch unzugänglich sind, hören wir sie einfach nicht, da sie außer Hörweite sind.

Ich werde im Datell etwas mehr über die Abtastrate erklären. Diskret bedeutet diskontinuierlich. Das heißt, der Abtastprozess ist die Verarbeitung jedes Informationsbits nacheinander (dh diskret und nicht alle gleichzeitig). In unserem Fall geschieht dies 44100 Mal pro Sekunde. Nach dem Satz von Nyquist sollte die erforderliche Abtastrate für die normale Wahrnehmung doppelt so hoch sein wie die Hörschwelle. Da eine durchschnittliche Person bis zu 16 kHz (KiloHz oder 16000 Hz) und etwas (normal für einen gesunden jungen Menschen) bis zu 20 kHz hört, wurde die Abtastfrequenz bei 44,1 kHz (44100 Hz) bestimmt, d. H. doppelte Schwelle. Hörbarkeit des menschlichen Ohres. Warum nicht 40 kHz (40.000 Hz)? Mit Rand genommen (niemand hat Fehler und Rauschen auf der Route und nach der CD-Veröffentlichung abgesagt).

Ich hoffe jetzt ist alles klar.

Die Bitness (Bitness) ist eine Art Auflösung dieser Samples. Warum rufe ich diese Erlaubnis an? Nur damit Sie es vorziehen, analog zu verstehen, was was ist.

Schnappen Sie sich Ihren Monitor – je höher die Auflösung, desto besser das Bild, oder? Bei niedriger Auflösung sehen Sie einzelne Pixel und das Auge ist nicht mehr so ​​glücklich wie zuvor.

Zeuge ist der Dynamikbereich – das heißt, die Schwingung Ihres Audios nach oben und unten (in Bezug auf Lautstärke, Leistung sozusagen), die Nuancen der Leistung.

Je höher die Audio-Bitrate, desto mehr Speicherplatz belegt das Audio auf Ihrer Festplatte (auf Ihrem Computer). merken Sie sich.

Für Projekte, die für Sie wichtig sind, empfehle ich Ihnen, 24 Bit und eine Abtastrate von 48000 Hz zu verwenden. DAS IST EIN STANDARD. Für die CD-Ausgabe ist es dann möglich, die Daten auf 16 Bit und 44,1 kHz herunterzustufen.

Einige Leute bevorzugen es jedoch, 24/96 (24 Bit – Bittiefe, 96 KHz – Abtastrate) oder 24 / 88.2 zu arbeiten. Der Geschmack und die Farbe …

Für die meisten Projekte ist 16 / 44.1 ausreichend (16 Bit – Bittiefe, 44100 Hz entspricht 44,1 KHz – Abtastrate).

Die Abtastrate und die Bittiefe gehen direkt nebeneinander und gehen niemals alleine. Das ist ihr Schicksal.


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Warum werden 44.100 als hochwertige Abtastrate verwendet?

Warum werden 44.100 als hochwertige Abtastrate verwendet?

Sample Rate

Warum haben wir 44,1 kHz als Abtastrate gewählt?

Sample Rates

Die Ohren der Menschen hören ein Geräusch, dessen Frequenz zwischen 20 Hz und 20 kHz variiert. Nach dem Satz von Nyquist muss die Aufzeichnungsgeschwindigkeit mindestens 40 kHz betragen. Ist dies der Grund für die Wahl von 44,1 kHz?

Erklären Sie genauer, die Abtastrate bedeutet, wie viele “Frames” pro Sekunde aufgenommen werden sollten, um eine hohe Audioqualität zu erzielen.
Nach dem berühmten Theorem eines berühmten Wissenschaftlers namens Nyquist muss die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein wie die maximale Frequenz, die wir aufzeichnen werden. Da das menschliche Ohr höchstens etwa 20 kHz hören kann, wäre dies doppelt so viel wie 40.000 pro Dies wurde 44.100 als Standard-Abtastfrequenz für High-Fidelity-Audio vorgeschlagen.

Es ist wahr, dass die Wahl von 44,1 kHz wie jede Konvention ein historischer Unfall ist. Es gibt mehrere andere historische Gründe.

Natürlich muss die Abtastrate höher als 40 kHz sein, wenn Sie qualitativ hochwertiges Audio mit einer Bandbreite von 20 kHz wünschen.

Es wurde diskutiert, wie man 48,0 kHz erzeugt (dies passte gut zu Filmen mit 24 Bildern pro Sekunde und angeblich 30 Bildern pro Sekunde im nordamerikanischen Fernsehen), aber angesichts der physischen Größe von 120 mm gab es eine Grenze für die Menge der CD-Daten, die gespeichert werden konnten und was Es ist ein Fehlererkennungs- und -korrekturschema erforderlich, das eine gewisse Datenredundanz erfordert. Die Menge an logischen Daten, die auf einer CD gespeichert werden kann (ca. 700 MB), beträgt ca. die Hälfte der physischen Daten. Vor diesem Hintergrund wurde uns bei 48 kHz gesagt, dass es nicht alle 9 von Beethoven halten kann, aber dass es alle 9 auf einer Platte mit einer etwas langsameren Geschwindigkeit halten kann. 48 kHz also nicht.

Warum jedoch 44,1 und nicht 44,0 oder 45,0 kHz oder eine schöne runde Zahl?

In den späten 1970er Jahren gab es ein Produkt namens Sony F1, mit dem digitales Audio auf leicht verfügbares Videoband (Betamax, nicht VHS) aufgezeichnet werden konnte. Es lag bei 44,1 kHz (oder genauer 44,056 kHz). Somit wird die Übertragung von Aufzeichnungen ohne Überabtastung und Interpolation von F1 auf CD oder in die andere Richtung erleichtert.

Ich verstehe, wie sich herausstellt, dass die horizontale Abtastgeschwindigkeit des NTSC-Fernsehgeräts 15.750 kHz und 44,1 kHz genau das 2,8-fache betrug. Ich bin mir nicht ganz sicher, aber ich denke, dies bedeutet, dass Sie drei Paare von Stereo-Samples pro horizontaler Linie haben können. Für jeweils 5 Zeilen, in denen Sie normalerweise 15 Samples haben würden, gibt es 14 Samples plus ein zusätzliches Sample für einige Überprüfungen. für Parität oder Redundanz in F1. 14 Abtastungen für 5 Zeilen entsprechen 2,8 Abtastungen pro horizontaler Linie und 15.750 Zeilen pro Sekunde, was 44.100 Abtastungen pro Sekunde entspricht.

Mit dem Übergang zu digitalen Formaten wurde Audio in Form von Pseudo-Video gespeichert, das als Schwarz oder Weiß (was ein Binärformat darstellt) angesehen werden konnte.

Die vom Fernsehstandard verwendete Frequenz- und Feldstruktur ist für 60-Hz-Video wie folgt: 245 Zeilen pro Feld (ohne die ersten 35 übersprungenen Zeilen). Bei drei Abtastwerten pro Zeile sind dies 60 x 245 x 3 = 44100 = 44,1 kHz.

Diese Konvention wurde später aufgrund von Hardwarekompatibilitätsproblemen für das CD-Format verwendet (der erste Computer, auf dem Master-CDs für die CD-Replikation erstellt wurden, war videobasiert).

Mit dem Aufkommen des Farbfernsehens mussten sie die Geschwindigkeit der horizontalen Linie etwas auf 15.734 Linien pro Sekunde verlangsamen. Diese Einstellung führt beim Sony F1 zu 44.056 Samples pro Sekunde.

Alles, was Sie über Audioformate wissen müssen.

Alles, was Sie über Audioformate wissen müssen.

Audio Fomats

Unabhängig davon, ob Sie iTunes verwenden oder digitale Musik kaufen und herunterladen, finden Sie eine Reihe von Begriffen und Abkürzungen, die digitale Audiodateien beschreiben. Diese Buchstabensuppe kann ziemlich verwirrend sein. Was sind Audiodateiformate oder Codecs? Was ist die Bitrate und wie hoch ist die Abtastrate? Was bedeutet es, wenn die Musik “High Definition” ist?

AUDIO FORMAT FILES

In diesem Artikel wird erläutert, was Sie über digitale Audiodateien wissen müssen. Ich werde Ihnen den Unterschied zwischen verlustbehafteten und verlustfreien Dateien erklären, erklären, warum die Bitrate wichtig ist (oder nicht), und Ihnen helfen, die verschiedenen Dateiformate zu verstehen, auf die Sie stoßen können.

Kompression: verlustbehaftet und verlustfrei
Wenn Sie eine CD kaufen, wird das Audio auf der Disc nicht komprimiert. Sie können CDs mit iTunes oder einer anderen Software rippen (oder importieren) und CD-Audio in digitale Audiodateien konvertieren, um sie auf einem Computer oder einem tragbaren Gerät zu verwenden. In iTunes können Sie in zwei unkomprimierten Formaten kopieren: WAV und AIFF (andere Software unterstützt andere Formate). Beide Formate kapseln einfach die auf CD gespeicherten PCM-Daten (Pulse Code Modulation), sodass sie als Audiodateien auf einem Computer gelesen werden können, und ihre Bitrate (die folgende finden Sie) beträgt 1411 kbps.

WAV- und AIFF-Dateien können sehr groß sein. Daher werden digitale Audiodateien aus Platzgründen komprimiert. Es gibt zwei Arten der Komprimierung: verlustfrei und verlustbehaftet. Lossless enthält Formate (oder Codecs für kurze Codec-Algorithmen) wie Apple Lossless und FLAC (Free Lossless Audio Codec). Lossy umfasst die allgegenwärtigen Formate MP3 und AAC. (AAC, was für Advanced Audio Coding steht, ist eigentlich MP4, der Nachfolger des alten MP3. Obwohl Apple es in den frühen Tagen von iTunes übernommen hat, war Apple nicht an seiner Erstellung beteiligt und besitzt das Format nicht.)

Sie können auch andere Audioformate anzeigen, obwohl diese weniger häufig sind. Dazu gehören Ogg Vorbis, Monkey’s Audio, Shorten und andere. Einige dieser Codecs sind verlustbehaftet, andere nicht. Wenn Sie jedoch iTunes- und Apple-Hardware verwenden, finden Sie zumindest für Musik nur WAV, AIFF, MP3, AAC und Apple Lossless.

iTunes kann Audiodateien in diesen Formaten kopieren oder importieren. Wählen Sie die Option aus, die Sie in iTunes> Einstellungen> Allgemein> Importeinstellungen verwenden möchten.

Wenn Sie eine unkomprimierte Audiodatei in ein verlustfreies Format kopieren oder konvertieren und diese Datei dann wiedergeben, ist dies eine perfekte Kopie des Originals (vorausgesetzt, die Daten wurden korrekt von der CD gelesen). So können Sie ohne Qualitätsverlust von einem verlustfreien Format in ein anderes konvertieren.

Wenn Sie jedoch in ein verlustbehaftetes Format kopieren und die Datei später in ein anderes Format konvertieren, verliert sie einen Teil ihrer Qualität. Dies ähnelt der Tatsache, dass eine Fotokopie einer Fotokopie nicht so gut aussieht wie das Original.

Einige Leute bevorzugen verlustfreie Formate, weil sie Audio wie CDs abspielen. Eine verlustbehaftete Komprimierung ist ein Kompromiss, um Platz zu sparen. So können Sie mehr Musik auf Ihrem tragbaren Gerät oder Ihrer Festplatte speichern und das Herunterladen beschleunigen. Die meisten Menschen können jedoch bei hohen Datenraten den Unterschied zwischen einer CD und einer verlustbehafteten Datei nicht erkennen. Wenn Sie also Ihre Musik für die Synchronisierung mit dem iPhone rippen, sind verlustfreie Dateien überflüssig.

Verlustfreies Rippen ist eine gute Möglichkeit, Ihre Dateien zu sichern, da Sie sie in andere Formate konvertieren können, ohne an Qualität zu verlieren. ITunes kann sie bei der Synchronisierung automatisch in AAC-Dateien konvertieren. In diesem Artikel finden Sie weitere Informationen zu dieser automatischen Konvertierung sowie weitere Fragen zu verlustfreien Dateien.

Bitraten
Der beste Weg, um die Qualität einer Audiodatei im Verhältnis zu ihrer ursprünglichen Qualität und nicht zu ihrer musikalischen oder technischen Qualität zu messen, besteht darin, ihre Bitrate zu betrachten. Die Bitrate von Audiodateien wird in Tausenden von Bits pro Sekunde oder kbps gemessen. Ich habe bereits erwähnt, dass die CD Audio mit 1411 KBit / s enthält. Wenn Sie dieses Audio in eine verlustbehaftete Datei konvertieren, ist die Bitrate viel niedriger.

Je höher die Bitrate, desto besser. Eine MP3- oder AAC-Datei mit 256 kbit / s ist also besser als eine 128-kbit / s-Datei. Dies ist jedoch bei verlustfreien Dateien nicht der Fall. Die verlustfreie Dateiübertragungsgeschwindigkeit hängt von der Dichte und Lautstärke Ihrer Musik ab. Zwei verlustfreie Titel auf demselben Album können Bitraten von beispielsweise 400 kbit / s und 900 kbit / s aufweisen. Bei der Wiedergabe wird jedoch das Original-CD-Audio mit derselben Qualität wiedergegeben. Die verlustfreie Komprimierung verwendet so viele Bits wie nötig und nicht mehr.

Was sind verlustfreie, verlustfreie Musikformate?

Was sind verlustfreie, verlustfreie Musikformate?

Lossless Audio

Um den Umgang mit Bitraten zu vereinfachen, werde ich ein etwas vereinfachtes Verständnis der verlustbehafteten und verlustfreien Bitraten vermitteln.

lossless audio

Wenn wir uns den Sound in Form eines kaputten Diagramms vorstellen, dann werden in MP3- und OGG-Formaten (dies sind derzeit die Hauptformate von Lossy, wir werden den Rest hier nicht berücksichtigen, da sie ziemlich selten sind) von 128 bis 256 kbps die Enden des Sounds abgeschnitten (von dieses Diagramm). Bei der Bitrate von 320 kbit / s wird der Ton nicht abgeschnitten.

Was sind Bitraten?
Die Bitrate ist ein Indikator dafür, wie viele Informationen eine Sekunde Sound codiert. Je höher es ist, desto weniger Verzerrungen und desto näher ist die codierte Komposition am Original.

Verlustfrei – Verlustfrei. Dies bedeutet, dass verlustfreie (verlustfreie) Audioformate wie FLAC, APE und WAV sowie weniger bekannte CDs ohne Qualitätsverlust in digitale konvertieren können Nehmen Sie eine Disc aus Ihrer Sammlung, speichern Sie sie in WAV, codieren Sie WAV neu, z. B. in FLAC (oder APE), dann von FLAC (oder APE) in WAV und brennen Sie sie auf Disc, und Sie erhalten eine Disc, die absolut identisch mit Ihrer CD ist. Dies wirft die Frage auf: Warum nicht einfach das WAV-Format verwenden? Es ist ganz einfach: Verlustfreie Formate haben die gleiche Qualität wie WAV, benötigen jedoch weniger Platz. Dies ist ihr Vorteil. Es gibt einen Mythos, dass ein Analogon einer CD ein MP3 mit einer Bitrate von 320 kbit / s ist, aber dies ist nicht der Fall, nur ein verlustfreies Bild dieser CD ist übrigens ein Analogon einer CD, und Vinyl nicht es hat überhaupt Analoga. Die Bitrate des Vinylanalogons muss unendlich sein, da Schallplatten aus sogenannten Masterbändern hergestellt werden. Ein Masterband ist eine analoge Kopie eines in einem Studio gemischten Stücks.

Was sind WAV und APE?
Es ist ein verlustfreier Komprimierungsalgorithmus für WAV-Audiodateien, der üblicherweise zum Speichern von Musik verwendet wird, die von CDs (CD-DA) extrahiert wurde. Zuerst wird die ursprüngliche WAV-Datei von der CD-Audio entfernt (wenn eine Standard-Disc 80 Minuten lang vollständig mit Musik aufgenommen wurde, beträgt die Datei 700 MB), und dann wird sie in APE archiviert (Standarderweiterung für Dateien, die von Monkey’s Audio komprimiert wurden). . Ja, dies ist vergleichbar mit der Archivierung, da APE später entpackt und der ursprüngliche WAV erhalten werden kann, als ob er mit ZIP oder RAR archiviert worden wäre. Komprimieren Sie die APE des ursprünglichen WAV normalerweise 1,5 bis 2 Mal.

APE ist ein Format für Musikkenner, die sich oft für ganze Alben interessieren, nicht für einzelne Kompositionen. Musikdatenbanken wie freedb funktionieren auch mit Alben. Außerdem nimmt ein komprimiertes Album mit einer Datei etwas weniger Speicherplatz ein, als wenn jedes Lied getrennt wäre. Tatsächlich verbietet jedoch niemand das Speichern von Musik in APE pro Titel.

Viele Leute mögen APE nicht, weil sie mehr Zeit damit verbringen müssen, um es auf die Site (oder von der Site) oder auf den Disk Grabber hochzuladen. Sie argumentieren, dass die Größe groß ist und nur viele Probleme mit APE verursacht. Die Größe von APE kann zwei- oder viermal größer sein (je nach Art der Musik) als MP3. Aber für die Klangqualität muss man bezahlen (und meiner Meinung nach nicht sehr, ein toller Preis). Die zusätzliche halbe Stunde Pferderennen oder Graberra lohnt sich.

Die APE-Bitrate reicht von 700 kb / ps bis 1000 und mehr.

Was ist FLAC?
FLAC steht für Free Lossless Audio Codec (kostenloser verlustfreier Audio Codec). FLAC ist kostenlos, Open Source und plattformübergreifend. Die Komprimierungsverhältnisse von FLAC sind geringfügig niedriger als die von Monkey’s Audio, während die Codierungszeit (Komprimierungszeit) im FLAC-Format ungefähr der von Monkey’s Audio entspricht, die Decodierung (Dekomprimierung) jedoch viel schneller ist. FLAC ist im Osloer Netzwerk aufgrund seiner plattformübergreifenden Natur sehr beliebt: Es kann unter Windows, Linux, Unix und Mac OS X verwendet werden. Es gibt auch tragbare Mediaplayer, die das Abspielen von FLAC-Dateien unterstützen. Die Windows-Version des Codecs enthält Plugins für Winamp (Version 2.x / 5.x).

MP3
MP3 ist ein verlustbehaftetes Komprimierungsformat, dh verlustbehaftet. Es basiert auf der Annahme, dass das menschliche Ohr einige Frequenzen einfach nicht wahrnimmt und sie folglich während des Kompressionsprozesses entfernt werden, was das von der Zusammensetzung eingenommene Volumen erheblich reduzieren kann.

Der einzige Vorteil von MP3 ist die Größe und sonst nichts. Tatsache ist, dass beim Digitalisieren (Codieren, Komprimieren) einer Musikkomposition in MP3 Frequenzen verworfen werden, die nach Ansicht einiger Experten vom menschlichen Ohr nicht gehört werden können, sodass wir eine kleine Größe erhalten (etwa 70% weniger als die Quelle, abhängig von der Qualität der Bitrate und des Codecs).