Digitale Audioformate: So wählen Sie das beste aus
Die meisten Benutzer speichern Musik und andere Audiodateien in verschiedenen digitalen Formaten. Es gibt ungefähr hundert digitale Audiokodierungsalgorithmen, aber alle haben ihre eigenen Eigenschaften. Welches Format wählen Sie zum Speichern Ihrer Heim-Audiosammlung und warum verliert die bekannte MP3-Datei an Popularität?
Analoges Audio ist eine Welle. Fast jeder Prozess in unserer Welt kann mit Mathematik beschrieben werden. Digitales Audio ist die Beschreibung einer analogen Wellenform unter Verwendung einer Folge von Zahlen. Beispielsweise werden mehr als 44.000 digitale Werte verwendet, um eine Sekunde Musik auf einer CD zu digitalisieren.
Wie digitaler Sound geboren wurde
Die theoretischen Grundlagen des digitalen Klangs im Jahr 1928 wurden von Harry Nyquist in seiner Arbeit “Bestimmte Probleme in der Theorie der telegraphischen Übertragung” gelegt, in der erstmals die “Breite” der Kommunikationsleitung für die Übertragung eines Signals bestimmt werden konnte Puls ohne Verzerrung. Unabhängig vom Amerikaner veröffentlichte der sowjetische Wissenschaftler Vladimir Kotelnikov 1933 ähnliche Studien.
Kotelnikov und Nyquist entdeckten unabhängig voneinander, dass die Wiederherstellung eines analogen Signals unter Verwendung eines bestimmten mathematischen Algorithmus aus diskreten Abtastwerten, dh fragmentarischen Daten, garantiert werden kann. Anstelle der vollständigen Daten können Sie aus wirtschaftlichen Gründen nur einen kleinen Teil codieren und dann das Original wiederherstellen.
Sie begannen, analogen Klang mittels Pulscodemodulation zu digitalisieren. Diese Technologie ist bis heute am weitesten verbreitet. Die Schallwelle wird durch drei aufeinanderfolgende Vorgänge in Zahlen umgewandelt: Zeitabtastung, Amplitudenquantisierung und endgültige Codierung. Batteriekalibrierung: So verlängern Sie die Lebensdauer des Smartphones
Was ist Probenahme? Dies ist eine Stichprobe von Werten in regelmäßigen Zeitintervallen. Der Algorithmus liest die Pegel der analogen Wellenform mit einer unglaublichen Geschwindigkeit: 44.100 Lesungen pro Sekunde für den CD-Standard. Dieser Indikator wird als Abtastrate bezeichnet. Beispielsweise ist Audio in Filmen auf eine Abtastrate von 48.000 Hertz standardisiert.
Um diese Geschwindigkeit zu erreichen, werden alle Werte leicht auf zuvor berechnete Werte gerundet. Dieser Vorgang wird als Quantifizierung bezeichnet. Je öfter der Algorithmus die Messwerte liest, desto besser klingt die digitale Aufzeichnung. Ein mikroskopischer Quantifizierungsfehler ist jedoch unvermeidbar.
Computer verwenden Speicher zum Speichern von Informationen – Milliarden winziger elektrischer Schalter, die sich nur in zwei Positionen befinden können: Ein oder Aus. Die Position eines dieser Schalter ist etwas informativ. Der CD-Standard bietet 16 Bit für Audio, was 65.536 verschiedene Werte für die Codierung bietet.
Wie unterscheiden sich digitale Audioformate?
Digitaler Ton ist eine sehr lange Folge von Zahlen. Diese Nummern können jedoch auf unterschiedliche Weise codiert werden. Auf einer CD werden beispielsweise Musikdateien im WAV-Format gespeichert. Das Hauptproblem besteht darin, dass es zu viel Platz beansprucht, da alle Informationen ohne Verwendung von Komprimierungsalgorithmen digitalisiert werden.
Um den Platzbedarf zu reduzieren, wurden mathematische Algorithmen erfunden – Audio-Codecs, die digitale Audiodaten nach bestimmten psychoakustischen Modellen komprimieren. Es gibt jedoch zwei Haupttypen der Komprimierung: verlustfreie Komprimierung und verlustbehaftete Komprimierung.
Das bekannteste verlustbehaftete Komprimierungsformat ist MP3. Die Entwickler haben sich darauf verlassen, dass das menschliche Ohr nicht perfekt ist und viele redundante Informationen in unkomprimiertem Ton übertragen werden. Der Algorithmus unterteilt das gesamte Frequenzspektrum in kleine Teile und eliminiert dann Geräusche, die vom Menschen praktisch nicht wahrgenommen werden.
Die Qualität von MP3-Dateien ist im Vergleich zum Original unwiederbringlich beeinträchtigt, aber die Datei selbst kann zehnmal “leichter” sein als das Original. In diesem Fall kann der Benutzer den Komprimierungsgrad der Datei auswählen. Dafür gibt es eine Bitrate; In der Tat ist dies der Platz, der benötigt wird, um eine Sekunde Musik zu speichern.