February 2021 – Page 12

Abtastrate, woher sie kommt

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Abtastrate, woher sie kommt

Sample rate

Woher kommt die Samplerate für CD-Audio 44100 Hertz?

Sample rate

Die Standard-Samplerate für CD-Audio beträgt 44100 Hertz. Wo und warum wurden diese 44100 ursprünglich für die CD-Audioproduktion ausgewählt?

Ausgehend von der Bedingung (siehe Nyquist-Shannon-Kotelnikov) der Wiedergabe der Obergrenze des Spektrums bei 20 kHz sollte die Abtastfrequenz über 40 kHz gewählt worden sein. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Standards und der Entwicklung der CD-DA-Technologie (der zweiten Hälfte der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts) gab es jedoch kein allgemein akzeptiertes Medium, um digitalen Sound aufzunehmen, zu bearbeiten und zu speichern. Und dafür wurde beschlossen, Standard-Videorecorder zu verwenden, die damals im U-matic-Format arbeiteten. Das digitale Signal wurde von einem speziellen Codierer in ein Schwarz-Weiß-Video-Pseudosignal codiert und auf einer Videokassette aufgezeichnet. Die Struktur des digitalen Signals musste mit der Frequenz und Struktur der Felder des für die Aufzeichnung verwendeten Fernsehsignals verknüpft werden.

Diese Entscheidung wurde durch die Tatsache erschwert, dass in Europa und den USA unterschiedliche Videoaufzeichnungsstandards verwendet werden: 525 Zeilen bei 60 Hz und 625 Zeilen bei 50 Hz, während nicht alle Zeilen zum Aufzeichnen von Informationen verwendet werden können. Die ausgewählte Frequenz sollte zur Struktur beider Videosignale passen. 44100 Hz erfüllen diese Anforderung.

In einem 60-Hz-NTSC-Videosignal werden 35 Zeilen nicht für die Aufzeichnung verwendet, so dass 490 aktive Zeilen pro Bild oder 245 im Feld für die digitale Audioaufzeichnung verbleiben. Wenn Sie drei Samples in eine Zeichenfolge schreiben, beträgt die Samplerate:

60 × 245 × 3 = 44100.

In einem 50-Hz-PAL-Signal werden 37 Zeilen nicht verwendet, sodass 588 aktive Zeilen pro Frame oder 249 pro Feld verbleiben. Die Frequenz beträgt also:

50 × 249 × 3 = 44100.

Obwohl digitaler Ton zu dieser Zeit nichts mit dem Videosignal zu tun hatte, wurden bei der Herstellung der CD Videogeräte verwendet, die die Wahl der Abtastfrequenz bestimmten.

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Was ist der wahre Vorteil der Hi-Res Audio-Unterstützung?

Was ist der wahre Vorteil der Hi-Res Audio-Unterstützung?

hi res

Über das Hi-Res Audio-Zertifikat

Heutzutage tragen viele Produkte das hochauflösende Logo, das für hochauflösende Unterstützung steht. Für Quellen wie tragbare Player, Soundkarten und USB-Kopfhörer bedeutet dies Unterstützung für Abtastraten über 44/48 kHz.

Wenn Sie jedoch keine speziellen audiophilen Aufnahmen in hochauflösenden Formaten verwenden und das umstrittene Problem der Hörbarkeit von Frequenzen über 20 kHz nicht ansprechen, hat diese Unterstützung für den normalen Gebrauch einen Vorteil? Zum Beispiel beim Ansehen von YouTube-Videos oder Sound in Spielen?

Wie die Praxis zeigt, gibt es auch eine sehr bemerkenswerte.

Die Hi-Res Audio-Zertifizierung wird für Geräte vergeben, die Ton mit Frequenzen über 20 kHz wiedergeben können. Für Kopfhörer mit analogem Anschluss ist dieses Zertifikat Werbung für Lametta, da alle Kopfhörer Frequenzen über 20 kHz wiedergeben können. nur einige Modelle spielen sie leise, während andere sehr leise sind. Die Kriterien für die Schwelle dieser “Stille” haben kein hochauflösendes Audio-Zertifikat (oder existieren angeblich, unterliegen aber keiner Offenlegung). Folglich kann absolut jedes Headset es bekommen.

Bei digitalen Quellen hängt die Wiedergabe von Frequenzen über 20 kHz von den vom DAC unterstützten Abtastraten ab. Folglich sind alle Geräte mit einem modernen DAC Hi-Res Audio-zertifiziert.

Schuld daran ist der Systemmixer.

Tatsache ist, dass bei modernen Geräten sowohl auf einem Computer als auch auf einem Smartphone der gesamte Ton durch den Systemmixer geleitet wird. Er ist verantwortlich für das Mischen aller Audiostreams verschiedener Programme. Alle separaten Sounds von YouTube, Video-Player, Skype, Musik-Player und anderen Programmen müssen in Stereo übertragen werden.

Der Mischer läuft immer mit einer bestimmten Abtastrate.

Alle eingehenden Audiostreams werden in die Frequenz umgewandelt, mit der der Systemmischer arbeitet. Je höher die Frequenz, desto weniger Verzerrungen treten in den hörbaren Frequenzbereich auf.

Woher kommt die Verzerrung, wenn die Abtastrate erhöht wird?
Es ist, als würde man ein Foto von einem Schachbrett machen und leicht von 8 x 8 Pixel auf 15 x 15 Pixel zoomen. Bei mehreren Vergrößerungen können Sie natürlich nicht nur Pixel verdoppeln, um das Originalbild beizubehalten. Bei einer Mehrfachvergrößerung stellt sich die Frage, ob die neuen Pixel einfach die benachbarten verdoppeln oder eine Zwischenfarbe zwischen den ursprünglichen Pixeln enthalten sollten.

Die beste Option hängt von der Art des Bildes ab. Je höher die Auflösung des endgültigen Bildes im Verhältnis zur Quelle ist, desto weniger sichtbar sind die Artefakte der Größenänderung.

In unserem Fall wird jedes Pixel mit zunehmender Pixelauflösung kleiner. Jene. Durch Erhöhen des Bildes in Pixel erhöhen wir im Wesentlichen die Pixeldichte bei gleicher visueller Bildgröße.

In ähnlicher Weise erhalten wir mit einer Erhöhung der Samplerate aufgrund einer Erhöhung der Samplerate keine grundlegend neuen Sounds, Tonalitätsmessungen oder Wiedergabegeschwindigkeiten. Gleichzeitig erhalten wir durch Ändern der Samplerate zusätzliche Verzerrungen im Klang. Je höher die Abtastrate des Systemmischers ist, desto stärker fällt die Verzerrung in den unhörbaren Hochfrequenzbereich.

Wenn nur eine Tonwiedergabequelle vorhanden ist, wird der Systemmischer im Signalpfad nicht benötigt. Für die Stabilität des gesamten Systems wird der Audiostream jedoch unabhängig davon verarbeitet, ob der Ton nur von einem oder zehn Programmen wiedergegeben wird.

Für diejenigen, die hochwertige Musik hören möchten, ist es sinnvoll, die Tonausgabe unter Umgehung des Systemmischers zu verwenden.

Dies ist kompatibel mit einigen Windows- und Android-Playern (und professioneller Soundverarbeitungssoftware). Dies ist in Spielen, Browsern oder Instant Messaging nicht möglich. Für das Android-Betriebssystem führt das RAA-Projekt separate Tests für Software-Player durch, um Player mit optimalen Einstellungen und Smartphones zu identifizieren, auf denen es funktioniert.

In Spielen auf Systemen mit geringem Stromverbrauch kann eine zu hohe Frequenz die Gesamtleistung verringern. Hier lohnt es sich (wenn möglich) einen vernünftigen Kompromiss zwischen Qualität und Leistung einzugehen.

Klangverbesserung bei hohen Abtastraten
Die Qualität kann erheblich vom Konvertierungsalgorithmus abhängen.

Abtastrate und Bittiefe

Abtastrate und Bittiefe

bit depth

Wenn ein Signal von einem Vorverstärker, Kompressor, Konsolenausgang oder Synthesizer den ADC erreicht, repräsentiert es elektromagnetische Schwingungen.

Bit depth

Das heißt, eine bestimmte Welle mit einer variablen Spannung (sehr kleine Werte) erreicht den Eingang des ADC. Um ein Signal in einer Datei zu speichern, muss es „digitalisiert“, dh durch Einsen und Nullen codiert werden. Das Ergebnis ist eine grafische Darstellung der Welle auf dem Computerbildschirm.

Selbst der beste Wandler hat einen Fehler, da es keine Zwischenwerte zwischen Null und Eins gibt und der Wellendiagramm nur aus vertikalen und horizontalen Segmenten ohne schräge Linien besteht. Die grafische Darstellung der Welle wird durch die Tonhöhe (Schwingungsfrequenz), ihre Klangfarbe (Wellenform) und die Lautstärke (Amplitude) beeinflusst. Ein hochwertiger ADC muss alle diese Parameter korrekt an das Aufzeichnungssystem übertragen.

Der Ton gelangt also diskret in das System, dh in kleine Segmente unterteilt. Die Genauigkeit der Codierung eines analogen Signals in einer digitalen Umgebung hängt von der Größe dieser Segmente ab. Je kleiner die horizontalen und vertikalen diskreten Einheiten sind, desto genauer ist der Scan.

Abtastrate

Durch horizontales Teilen der Welle erhalten wir eine Vorstellung von der Abtastrate oder der Abtastrate. Je häufiger der ADC Änderungen der Wellenformwerte erkennt, desto höher ist die Abtastrate. In Wirklichkeit ist ein Sample ein diskretes Einheitssegment, die kleinste Toneinheit. Je kürzer es ist, desto höher ist die Abtastrate.

Beispielsweise zeigt eine Abtastrate von 44,1 kHz an, dass 44.100 Abtastungen pro Sekunde aufgezeichnet werden. Wir können die Welle bearbeiten, indem wir ein Segment mit einer Dauer von 1/44100 Sekunden als minimales Bearbeitungselement verwenden. Wenn die Abtastrate auf 48 kHz ansteigt, fällt dieser Abschnitt auf 1/48000 Sekunde ab, was eine genauere Auswirkung ermöglicht.

Jede Probe hat die gleiche Länge wie die vorherige. Für eine ordnungsgemäße Tonwiedergabe müssen die Abtastraten von Dateien und Systemen identisch sein. Wenn dem Projekt eine Audiospur mit einer anderen Abtastrate als der Host- (Programm-) Abtastwert hinzugefügt wird, muss diese konvertiert werden.

Wenn Sie eine Datei mit einer höheren Frequenz auf einem niedrigeren System abspielen, klingt sie langsamer als sie sollte und umgekehrt. Das Umwandeln eines Signals von einer Frequenz in eine andere führt immer zu Verzerrungen. Um den Sound auf die neue Samplerate umzuformen, muss das System die Samples in kleinere Stücke teilen und sie zu einer einzigen Welle zusammensetzen. Ein solcher Vorgang kann bestenfalls dazu führen, dass der Ton im schlimmsten Fall einfach zum Auftreten von Klicks verwischt wird.

Bei den eingebauten Lautsprechern eines Heim-Laptops wird der Unterschied natürlich nicht spürbar sein. Wenn Sie jedoch professionell mit Sound arbeiten möchten, ist eine Koordination der Samplerate erforderlich.

Es wird nicht empfohlen, die Abtastrate innerhalb desselben Projekts zu ändern. Eine Rechtfertigung für eine höhere Abtastung könnte beispielsweise die Notwendigkeit sein, die Datei mit Algorithmen oder Plugins zu verarbeiten, die bei hohen Frequenzen besser funktionieren. Da eine höhere Abtastrate die Aufteilung in kleinere Abtastwerte bedeutet, ist die Verarbeitungsgenauigkeit höher und das Ergebnis von besserer Qualität. Es ist aber auch unmöglich, die Wirksamkeit dieser Methode zu garantieren: In jedem Fall ist das Ergebnis individuell. Jedes Mal muss bewertet werden, was wichtiger ist: der Effekt der Verarbeitung mit einer höheren Auflösung oder die negativen Auswirkungen der Konvertierung.

Wenn Sie aus irgendeinem Grund nach Abschluss des Auftrags bei 48 kHz das Signal in 44,1 kHz konvertieren müssen, speichern Sie die Originaldatei, falls Sie das Material erneut bearbeiten müssen (z. B. für alternatives Mastering). Die Verarbeitung mit einer höheren Abtastrate führt zu einem besseren Effekt als die Verarbeitung mit einer niedrigeren Abtastrate.

Bluetooth-Abtastrate – Was ist das und warum brauchen Sie es?

Bluetooth-Abtastrate – Was ist das und warum brauchen Sie es?

Bluetooth Sample Rate

Welche Abtastrate sollte ich wählen, um Musik über Bluetooth-Kopfhörer zu hören?

Bluetooth Sample Rate

Die Abtastfrequenz ist einer der Parameter, die die Qualität der Audiodaten charakterisieren, die über Bluetooth (über drahtlose Kopfhörer abgespielt) übertragen werden. Wir werden Ihnen in einfachen Worten sagen, was die Abtastfrequenz ist, was sie beeinflusst und welche Sie wählen müssen.

Wie hoch ist die Abtastrate und wie wirkt sie sich aus?
Damit der Benutzer Audio über Bluetooth-Kopfhörer hören kann, muss das Audiosignal verarbeitet werden. Beim Abtasten wird ein Audiosignal in ein digitales Audiosignal umgewandelt. Die Signale bestehen aus Samples, kleinen Segmenten der Audiospur.

Das Digitalisieren von Daten bedeutet, dass in regelmäßigen Abständen Proben des Audiosignals entnommen werden. Je öfter es passiert, desto höher ist die Abtastrate. Daher ist die Abtastrate die Anzahl der pro Sekunde übertragenen Schallabtastungen (Fragmente). Je höher die Frequenz, desto mehr Daten werden übertragen, desto höher ist die Klangqualität.

Bluetooth-Abtastrate

Welche Abtastfrequenz soll ich wählen?
Die Abtastrate wirkt sich direkt auf die Sauberkeit (frei von Störungen und Geräuschen) und die Klangqualität aus. Je höher die Frequenz, desto besser. Für die meisten Musikanwendungen ist eine Abtastrate von 44,1 kHz am besten. 48 kHz wird üblicherweise verwendet, wenn Musik oder anderes Audio für Video gemacht wird. Eine höhere Abtastrate hat Vorteile für die professionelle Musik- und Audioproduktion, weshalb sie nicht mit den meisten Smartphones und Kopfhörern kompatibel ist.

Bluetooth-Abtastrate

Die höchsten Abtastraten von 88,2 kHz, 96 kHz und 192 kHz sind in der Musik- und Audioproduktionssoftware verfügbar. Die Verwendung hat folgende Konsequenzen:

Wenn die Abtastrate verdoppelt wird, erhöht sich auch die Größe der Dateien.
Die hohe Frequenz erfordert mehr Rechenleistung vom Gerät.
Einige Plug-Ins und Audio-Tools verarbeiten höhere Sampleraten möglicherweise nicht richtig.
Daher sorgt eine hohe Abtastrate für eine hohe Klangqualität beim Anhören von Audiodateien. 44,1 kHz sind optimal für eine qualitativ hochwertige Klangwiedergabe ohne Interferenzen oder Rauschen.