Bittiefe und Abtastrate
Das erste, was Sie verstehen müssen, ist, dass Bittiefe und Abtastrate nur bei digitalem Audio existieren.
Bei digitalem Audio beschreibt die Bittiefe die Amplitude (vertikale Achse) und die Abtastrate die Frequenz (horizontale Achse). Die Erhöhung der Anzahl der verwendeten Bits erhöht also die Auflösung der Tonamplitude, und die Erhöhung der Anzahl der Samples pro Sekunde erhöht die Auflösung der Tonfrequenz.
In einem analogen System (der natürlichen Welt) ist das Audio kontinuierlich und glatt. In digitalen Systemen können glatte analoge Wellenformen nur grob abgetastet und auf einen bestimmten Amplitudenbereich begrenzt werden. Beim Sampling eines Sounds wird das Audio in kleine Segmente (Samples) unterteilt, die auf einen festen Amplitudenpegel eingestellt sind. Der Prozess der Korrektur eines Signals auf einen bestimmten Amplitudenpegel wird als Quantisierung bezeichnet, und der Prozess der Erstellung eines Sample-Segments wird als Sampling bezeichnet.
In der folgenden Grafik wird eine natürliche Sinuswelle für bis zu 1 s angezeigt, beginnend bei 0 und endend bei 1 s. Die blauen Balken stellen Annäherungen an die digitale Quantisierung der Sinuswelle dar, und jeder Balken ist ein Sample, das auf den ungefähr verfügbaren Amplitudenpegel geclippt ist. (Natürlich ist die Grafik unvollständiger als die Realität).
Abhängig von der während der Aufnahme getroffenen Auswahl kann ein Audio von 1 s Dauer Samples von 44,1 K, 48 K haben und im Fall von 24 Bit einen Amplitudenpegel von -144 dB bei 0 dB enthalten (-96 dB bis 0 dB für 16 Bit ). Die Dynamikbereichsauflösung (die Anzahl der Amplitudenpegeleinheiten, die für ein Sample verwendet werden können, dh die Anzahl der angezeigten Rechtecke) beträgt 65536 bei 16 Bit und 16777216 bei 24 Bit.
Daher kann eine Erhöhung der Bittiefe die Amplitudenauflösung und den Dynamikbereich erheblich verbessern. Wo erscheint also die Erhöhung des Dynamikbereichs? Da die Amplitude 0 dB nicht überschreiten kann, wird das hinzugefügte dB auf Samples mit kleineren Amplituden verteilt. Man kann also mehr kleine Klänge hören (z. B. eine Reverb-Spur, die sich bei -130 dB dehnt), die bei 16 Bit, -96 dB, abgeschnitten würden.
runden und wegwerfen
Bei digitalem Audio wird jedes Sample analysiert, verarbeitet, in Audio umgewandelt und dann über Lautsprecher wiedergegeben. Wenn ein Sample in Ihrer DAW verarbeitet wird (Gain, Distortion usw.), werden grundlegende Multiplikations- und Divisionsoperationen durchlaufen, mit denen Sie die digitale Darstellung des Samples ändern können. Ganz einfach, wenn wir den Rundungsprozess nicht durchführen (die 1-dB-Verstärkung muss mit 1,122018454 multipliziert werden), überschreiten selbst 8 oder 4 Bit Sample-Präzision den 24-Bit-Raum.
Da wir also nur 24 Bit haben, müssen diese langen Zahlen in diesen Raum passen. Dazu rundet oder verwirft der DSP das niedrigstwertige Bit (LSB, die letzte Ziffer in der Anzahl der Bits, z. B. die 16. Ziffer in einem 16-Bit-Sample). Das Runden ist ziemlich einfach und verwendet Algorithmen, mit denen Sie vertraut sind. Discard verwirft die Informationen nach dem niederwertigsten Bit ohne Analyse.
Beide Prozesse haben bestimmte Fehler, sie führen Fehler in die Gleichung ein, diese Fehler akkumulieren sich durch Signalkettenverarbeitung und werden schließlich reflektiert. Auf der positiven Seite ist das LSB das digitale Bit mit der kleinsten Amplitude, sodass der Fehler bei -96 dB für 16-Bit-Samples und bei -144 dB für 24-Bit-Samples auftritt. Gleichzeitig führen auch die unterschiedlichen Strukturen und Methoden digitaler Signalprozessoren zu unterschiedlichen Ergebnissen.