Unterschiede zwischen analogem und digitalem Audio
Sehr oft hören wir Definitionen wie “digitales” oder “diskretes” Signal. Wie unterscheidet es sich von “analog”?
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Der Unterschied besteht darin, dass das analoge Signal zeitlich kontinuierlich ist (blaue Linie), während das digitale Signal aus einem begrenzten Satz von Koordinaten (rote Punkte) besteht. Wenn alles auf Koordinaten reduziert ist, besteht jedes Segment eines analogen Signals aus einer unendlichen Anzahl von Koordinaten.
Bei einem digitalen Signal liegen die Koordinaten entlang der horizontalen Achse in regelmäßigen Abständen entsprechend der Abtastfrequenz. Im beliebten Audio-CD-Format sind dies 44.100 Punkte pro Sekunde. Vertikal entspricht die Genauigkeit der Koordinatenhöhe der Ziffernkapazität des digitalen Signals, für 8 Bit sind es 256 Ebenen, für 16 Bit = 65536 und für 24 Bit = 16777216 Ebenen. Je größer die Bittiefe (die Anzahl der Ebenen) ist, desto näher sind die vertikalen Koordinaten an der ursprünglichen Welle.
Analoge Quellen sind Kassetten und Vinyl. Digitale Quellen sind: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) und Dateien in den Formaten WAVE und DSD (einschließlich der von APE, Flac, Mp3, Ogg usw. abgeleiteten).
Vor- und Nachteile des Analogsignals
Der Vorteil des analogen Signals besteht darin, dass wir in analoger Form Schall mit unseren Ohren wahrnehmen. Und obwohl unser auditorisches System den wahrgenommenen Schallstrom in digitale Form umwandelt und auf diese Weise an das Gehirn überträgt, haben Wissenschaft und Technologie noch nicht die Möglichkeit erreicht, Spieler und andere Schallquellen direkt auf diese Weise zu verbinden. Derzeit wird diese Forschung aktiv für Menschen mit Behinderungen durchgeführt, und wir genießen ausschließlich analogen Klang.
Der Nachteil eines analogen Signals ist die Fähigkeit, das Signal zu speichern, zu übertragen und zu replizieren. Bei der Aufnahme auf Band oder Vinyl hängt die Qualität des Signals von den Eigenschaften des Bandes oder Vinyls ab. Mit der Zeit wird das Band entmagnetisiert und die Qualität des aufgezeichneten Signals verschlechtert sich. Jeder Lesevorgang zerstört das Medium allmählich und das Umschreiben führt zu einer zusätzlichen Verzerrung, bei der das nächste Medium (Band oder Vinyl), Geräte zum Lesen, Aufzeichnen und Übertragen eines Signals, zusätzliche Abweichungen hinzufügt.
Das Erstellen einer Kopie eines analogen Signals ist wie das Aufnehmen eines anderen Fotos zum Kopieren eines Fotos.
Vor- und Nachteile eines digitalen Signals
Zu den Vorteilen eines digitalen Signals gehört die Präzision beim Kopieren und Übertragen eines Audiostreams, bei dem sich das Original nicht von der Kopie unterscheidet.
Der Hauptnachteil kann in Betracht gezogen werden, dass das digitale Signal eine Zwischenstufe ist und die Genauigkeit des endgültigen analogen Signals davon abhängt, wie detailliert und genau die Koordinaten der Schallwelle sind. Es ist ziemlich logisch, dass die Welle umso präziser ist, je mehr Punkte vorhanden sind und je genauer die Koordinaten sind. Es besteht jedoch immer noch kein Konsens darüber, wie viele Koordinaten und Datengenauigkeit ausreichen, um zu sagen, dass die digitale Darstellung des Signals ausreicht, um das analoge Signal genau zu rekonstruieren, das von unseren Ohren nicht vom Original unterschieden werden kann.
In Bezug auf das Datenvolumen beträgt die Kapazität einer herkömmlichen analogen Audiokassette nur 700-1,1 MB, während eine normale CD 700 MB beträgt. Dies gibt einen Hinweis auf den Bedarf an Medien mit hoher Kapazität. Dies führt zu einem separaten Kompromisskrieg mit unterschiedlichen Anforderungen an die Anzahl der Beschreibungspunkte und an die Genauigkeit der Koordinaten.
Heute wird es als ausreichend angesehen, eine Schallwelle mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz und einer Bittiefe von 16 Bit darzustellen. Mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz können Sie bis zu 22 kHz abrufen. Wie psychoakustische Studien zeigen, ist eine weitere Erhöhung der Abtastrate unauffällig, eine Erhöhung der Bittiefe bietet jedoch eine subjektive Verbesserung.
Wie DACs die Welle aufbauen
Ein DAC ist ein Digital-Analog-Wandler, der digitalen Ton in analogen umwandelt. Wir werden einen kurzen Blick auf die Grundlagen werfen. Wenn die Kommentare Interesse daran zeigen, verschiedene Punkte genauer zu betrachten, wird ein separates Material veröffentlicht.
Multibit-DAC
Am häufigsten wird die Welle in Form von Schritten dargestellt, was auf die Architektur der ersten Generation von R-2R-Mehrbit-DACs zurückzuführen ist, die ähnlich wie ein Relaisschalter funktionieren.