Einblicke in Einzelbit-Audioformate
Geräte, die sich auf digitale Mehrbit-Aufzeichnung konzentrieren, dominieren seit vielen Jahren den Bereich der Geräte zur Schallwiedergabe für Verbraucher. Es ist jedoch möglich, dass die Einzelbit-Aufzeichnungstechnologie mit einer hohen Abtastrate in Zukunft weit verbreitet sein wird.
Der Geist der Perfektion
Heutzutage dominieren digitale Audioaufzeichnungs- und -verarbeitungstechnologien Studio- und Verbrauchergeräte. Aufgrund der Einfachheit der Bearbeitung und Verarbeitung sowie der Möglichkeit der Langzeitspeicherung und des Mehrfachkopierens von Tonträgern ohne die geringste Verschlechterung erlangten digitale Formate schnell die Sympathie der ersten Fachleute der Aufnahmeindustrie und später der Endverbraucher.
Kurz nachdem digitale Geräte und Medien ihre analogen Vorgänger in relativ kurzer Zeit fast vollständig vom Massenmarkt verdrängt hatten, verstummte der Chor der Stimmen, die die unübertroffene Perfektion des “kristallklaren” digitalen Klangs bewunderten. Professionelle Musiker, Aufnahmespezialisten und einfach Kenner hochwertiger Klänge begannen darauf zu achten, dass die digitale Klangdarstellung trotz des Stereotyps einer massiven Werbekampagne keineswegs “perfekt” ist.
Ohne Zweifel beseitigte der Übergang zu digitalen Technologien eine Reihe grundlegender Mängel der analogen Aufzeichnung. Entwickler digitaler Geräte mussten sich jedoch den Kopf brechen, um bestimmte Probleme zu lösen, die mit der praktischen Umsetzung des Problems der Umwandlung eines analogen Signals in digitale Form verbunden sind, und umgekehrt. Wenn sich die Entwickler von Tongeräten zuvor mit der Bekämpfung der charakteristischen Verzerrungen und des Rauschens von analogen Technologien und Medien befassten, mussten sie im Zeitalter der digitalen Aufzeichnung nach Methoden suchen, um dabei auftretende Fehler und Artefakte zu minimieren. Digitalisieren eines analogen Signals und Umwandeln eines digitalen Stroms in ein analoges.
Die größten Schwierigkeiten werden durch die Entwicklung von Modulen verursacht, mit denen ein analoges Signal aus einer digitalen Aufzeichnung wiederhergestellt werden kann. Im Allgemeinen ist die Erstellung eines Digital-Analog-Wandlers (DAC), der die Form des ursprünglichen analogen Signals perfekt wiederherstellen kann, eine nahezu unlösbare Aufgabe. Zumindest, weil die digitale Aufzeichnung diskreter Natur ist. Bei der Quantisierung eines analogen Signals kommt es zwangsläufig zu einer Rundung der Momentanwerte jeder Probe. Wir können daher nur von einer größeren oder kleineren Abweichung des rekonstruierten Signals in Bezug auf seine ursprüngliche Form sprechen, die eine bestimmte Schaltungslösung liefern kann.
Sackgasse der Evolution
Einige Experten sind der Meinung, dass die Entwicklung digitaler Tonaufzeichnungstechnologien zunächst nicht der optimalste Weg war. Sowohl im Bereich der professionellen als auch der Verbraucherausrüstung basieren die am weitesten verbreiteten Formate und Geräte auf digitaler Mehrbitaufzeichnung.
Die Umwandlung eines analogen Signals in dieses Format erfolgt mit der Pulscode-Modulationsmethode (PCM). In diesem Fall wird die Amplitude des ursprünglichen Analogsignals in regelmäßigen Abständen gemessen. Die Häufigkeit, mit der diese Messungen durchgeführt werden, wird als Abtastrate bezeichnet. Sein numerischer Wert muss mindestens doppelt so hoch sein wie die obere Grenzfrequenz des ursprünglichen Signals. Um ein Phonogramm mit einem Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz zu digitalisieren, muss die Abtastfrequenz mindestens 40 kHz betragen. In der Praxis werden im Allgemeinen Nicht-Vielfache verwendet: 44,1 kHz bei einer CD und 48 kHz bei DAT-Rekordern der ersten Generation.
Das Ergebnis der Digitalisierung eines analogen Signals unter Verwendung der Pulscodemodulationsmethode.
Zur Verdeutlichung wird eine 4-stellige Skala verwendet.
Die für jede Probe gemessenen Amplitudenwerte des analogen Signals werden auf den nächsten ganzzahligen Wert der verwendeten Skala gerundet. Dieser Vorgang wird als Quantifizierung bezeichnet. Die Genauigkeit der Messung wird sowohl durch die Eigenschaften des ADC als auch durch die Bitbreite des digitalen Signals oder einfacher durch die Anzahl der Bits begrenzt, die zum Aufzeichnen jeder Probe zugewiesen sind. Beispielsweise hat die Skala bei 8-Bit-Aufzeichnung 256 Werte für 16-Bit – 65.536 und für 24-Bit – mehr als 16,7 Millionen.
Einerseits ist es offensichtlich, dass mit zunehmender Abtastrate und Bittiefe der PCM-Aufzeichnung auch die Konvertierungsgenauigkeit zunimmt. Andererseits ist in der Praxis das Potenzial zur Erhöhung dieser Parameter durch viele objektive Faktoren begrenzt, insbesondere die Geschwindigkeit der Mikroprozessoren.