Audio-Digitalisierung: So funktioniert es
Wie kann man Sound ohne Seele in Nullen und Einsen übersetzen? . Werfen wir einen Blick auf vertraute Geräte: wie Computersound, Video, MP3s, Streaming und Streaming funktionieren, verschiedene Algorithmen und mehr.
ein bisschen Physik
Geräusche sind Schwingungen in der Luft. Wie Wellen im Wasser, in der Luft. Luftdruck dringt in das Ohr ein, das empfindliche Teile hat, die Vibrationen in der Luft subtil wahrnehmen können. Diese Schwingungen werden von Menschen als Geräusche wahrgenommen. Im Weltraum gibt es keinen Ton, weil es keine Luft gibt.
Frequenz. Je schneller die Vibration, desto schwächer der Ton, den wir wahrnehmen. Eine Person nimmt Schwingungen wahr, die zwischen 20 und 20.000 Schwingungen pro Sekunde liegen. Mit anderen Worten, dies wird als Schwingungsfrequenz bezeichnet: Hertz. Das heißt, der Bereich, den wir hören, reicht von 20 Hz bis 20 kHz.
Im Vergleich dazu hören Hunde Frequenzen von 40 Hz bis 60 kHz, sodass Menschen eine Hundepfeife nicht wahrnehmen, Hunde sie jedoch hören können. Der Ton einer Hundepfeife liegt nur im Bereich von 23-54 kHz.
Amplitude. Je stärker die Vibration, desto stärker der Ton und umgekehrt. Sie können sich dies als die Höhe der Wellen auf der Oberfläche des Teichs vorstellen: Es können kleine Wellen (weiche Geräusche) oder große, kraftvolle Wellen auftreten.
Teilen Sie den Ton in Segmente.
Lassen Sie uns nun Folgendes tun: Wir teilen den zweiten Teil in 4 Teile und finden den Betragswert für jeden Teil:
Wir messen den Zustand der quadratischen Welle in einer Sekunde. Dies wird als Probenahme bezeichnet.
Wir haben die Größe jedes der vier Punkte gemessen und relativ gesehen vier Zahlen erhalten: +30, -50, -50 und -60. Wenn wir Strom durchlassen und diese vier Spannungen an den Lautsprecher anlegen würden, könnten wir theoretisch denselben Klang reproduzieren. Aber es gibt mehrere Probleme:
• Da wir nur an vier Stellen messen, geht jede Schwingung verloren.
• Am Ende hatten wir einen sehr verzerrten Klang im Vergleich zum Original.
Sampling mit einer Rate von 4 ist zu wenig für den Sound. Um zumindest verständliche Sprache zu erhalten, muss eine Sekunde in 8.000 Segmente unterteilt werden, bei Musik reichen meist 41.000 Segmente aus.
Lassen Sie uns die Abtastrate erhöhen: Schneiden Sie den Sound in der gleichen Zeiteinheit in kleinere Teile:
Die Messungen sind jetzt genauer und der resultierende Klang ist natürlicher.
in Zahl umwandeln
Nachdem wir den Ton in kleine Segmente unterteilt und den Amplitudenwert jedes Segments gemessen haben, können wir ihn in Tabellenform aufzeichnen:
Zeit ⠀⠀⠀⠀⠀ Amplitude
0,01 Sekunden. ⠀⠀⠀⠀ 5
0,02 Sekunden. ⠀⠀⠀⠀ 7
0,03 Sekunden. ⠀⠀⠀⠀ 10
Wenn wir den ganzen Ton in gleiche Segmente teilen, dann kann die Zeit nicht geschrieben werden, da wir wissen, wie sie sich ändert, reicht es, den Amplitudenwert auf eine Linie zu schreiben:
5 7 10 … −21