Audio Aufnahme
Die Ära der mechanischen Tonaufnahme begann 1877, als Thomas Alva Edison den Phonographen erfand.
Tatsächlich sind Grammophone, Grammophone und sogar moderne Vinyl-Player verbesserte Phonographen. Schließlich ist das Prinzip der Tonaufnahme in einem spiralförmigen Groove auf einem Medium unverändert geblieben.
1900 demonstrierte der dänische Ingenieur W. Paulsen auf der Weltausstellung in Paris ein Arbeitsmodell eines magnetischen Aufzeichnungsgeräts, das als Alternative zu Edisons Erfindung entwickelt wurde. Zum ersten Mal in der Geschichte der Menschheit ertönte auf einer Magnetaufnahme eine menschliche Stimme: Die erstaunten Pariser hörten die Stimme des österreichisch-ungarischen Kaisers Franz Joseph, der die Pfeife brach. Von diesem Moment an begann vielleicht die wahre Geschichte der Tonaufnahme, deren Theorie in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts aufgestellt wurde.
Ton ist ein komplexes analoges Signal. Zur Analyse solcher Signale wird eine in der Radioelektronik weit verbreitete Technik verwendet. Mit der Fourier-Transformation wird ein komplexes Signal in eine harmonische Reihe umgewandelt, die aus Sinuskurven mit unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden besteht. Aber in der Praxis unterscheidet sich das Signal, mit dem wir es zu tun haben, natürlich stark von dem sinusförmigen.
Musiker nennen die erste Harmonische in diesem Spektrum den Grundton, und Harmonische mit höheren Frequenzen werden Harmonische genannt. Der Hauptton bestimmt die Tonhöhe und die Harmonischen geben ihm eine bestimmte Farbe, wodurch das Timbre einer Stimme oder eines Musikinstruments entsteht.
Zur Untersuchung der Spektren von Audiosignalen werden komplexe und teure Instrumente verwendet – Spektrumanalysatoren.
Mit Hilfe solcher Geräte kann festgestellt werden, dass einige Musikinstrumente wie eine Geige ein relativ einheitliches Spektrum und einige Windspektren mit ausgeprägten Maxima und Minima aufweisen, die als Formanten bezeichnet werden.
Es gibt keine Begriffe, die die Farbgebung des Timbres einer menschlichen Stimme oder von Musikinstrumenten direkt beschreiben. Daher müssen verschiedene Metaphern wie “tiefes Timbre”, “hartes Timbre”, “metallischer” Klang oder sogar “Transistor” verwendet werden.
Versuche, digitale Informationsverarbeitungsverfahren im Zusammenhang mit Tonaufnahmen zu verwenden, wurden viele Male unternommen, aber die ersten ernsthaften Ergebnisse wurden in den frühen 1980er Jahren des 20. Jahrhunderts erzielt und fielen mit der raschen Entwicklung von Computern und Computern zusammen erfolgreiche Mikrominiaturisierung von Funkkomponenten. Der Einsatz digitaler Tonverarbeitungstechniken hat aufregende neue Möglichkeiten eröffnet.
Um Ton auf einem Computer zu verarbeiten, muss er zuerst in ein digitales, codiertes Format konvertiert werden. Ein analoges Signal wird von Geräten codiert, die als Analog-Digital-Wandler (ADCs) bezeichnet werden. Das Hauptverfahren zum Codieren eines analogen Signals ist die Pulscodemodulation, die aus drei Operationen besteht: Abtasten, Quantisieren und Codieren.
Wir werden jetzt nicht auf die Codierungstheorie eingehen, zumal sie ziemlich kompliziert ist und höhere mathematische Fähigkeiten erfordert. Für uns ist es wichtig zu verstehen, dass die Qualität des digitalisierten Klangs und die daraus resultierende Dateigröße von der Abtastrate und der Bittiefe abhängen.
Die Abtastrate ist die Frequenz, mit der die Eigenschaften eines Audiosignals gemessen werden. Aus Kotelnikovs Abtasttheorem folgt, dass die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein muss wie die höchste Frequenz des codierten Signals, um ein unverzerrtes digitales Signal zu erhalten. Daher muss beim Codieren eines Audiosignals die Abtastrate mindestens 40 kHz betragen. In digitalen Kommunikationssystemen beträgt die Abtastfrequenz 32 kHz, in Laser-CD-Playern und digitalen Consumer-Tonbandgeräten 44,1 kHz. Bei digitalen Studiogeräten ist die Abtastrate sogar noch höher: 48 kHz.
Die Bittiefe des aufgezeichneten Tons ist die Anzahl der Speicherbits, die zugewiesen sind, um jeden Wert der Amplitude des Tonsignals zum Zeitpunkt seiner Messung aufzuzeichnen. Moderne Soundkarten verwenden 8 oder 16 Bit Speicher pro Dimension, und 32-Bit-Karten höherer Qualität sind verfügbar. Je höher die Bittiefe ist, desto höher ist die Qualität des digitalisierten Klangs.
Wie bereits erwähnt, hängt die Größe einer Audiodatei von der Abtastrate und der Bittiefe des Sounds ab. Bei einer Abtastrate von 44 kHz und einer Klangtiefe von 16 Bit erfordert eine Minute Ton eine Dateigröße von 5,3 MB und bei einer Abtastrate von 11 kHz und 8 Bit 660 Kb.
Es ist klar, dass sich eine solche Verschwendung von Speicherplatz als inakzeptabel herausstellte und spezielle Algorithmen und Formate für die billigere Speicherung von Audiodateien erstellt wurden.