Digitalisierter Ton
Um Ton zu digitalisieren, muss er digitalisiert werden. Ein analoges Signal wird digitalisiert, indem momentane Signalpegel gemessen und diese Werte nacheinander in eine Datei geschrieben werden. In der Abbildung sind die Messwerte auf der Originalkurve mit Punkten markiert.
Digitalisieren Sie ein analoges Eingangssignal
Zwischen den Messungen liegen Intervalle, deren Dauer durch die Abtastfrequenz bestimmt wird. Je höher die Abtastrate, desto kürzer das Intervall und desto genauer wird die ursprüngliche Wellenform wiederholt. Das heißt, die Abtastrate bestimmt den akzeptablen Frequenzbereich des Eingangssignals. Nach dem Kotelnikov-Shannon-Theorem sollte es die doppelte maximale Frequenz des gemessenen Signals sein. Hier kommt die Abtastrate von 44 kHz her. Dies ist theoretisch die doppelte Schallfrequenz, die eine Person hören kann. Das ist es: auf CD. Die neuen Speicherformate für digitalisiertes Audio, DVD-Audio und Super AudioCD bedeuten noch höhere Abtastraten (bis zu 192 kHz).
Schauen wir uns das Bild noch einmal an. Da stimmt etwas nicht. Schließlich kann sich das Signal von einer Messung zur anderen mehrmals ändern, was bedeutet, dass die Abtastrate viel niedriger als erforderlich gewählt wird und das Signal daher mit großen Verzerrungen digitalisiert wird. Das Signal mit der erforderlichen Abtastrate sieht wie in der folgenden Abbildung aus. Wie Sie sehen, kann in diesem Fall der Unterschied in den Messungen wirklich übersehen werden.
Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Konvertierungsbittiefe. Bestimmt die Genauigkeit der Messung der momentanen Größe des Signals. Das Signal wird mit einem Schritt gemessen, der einem Intervall der maximalen Anzahl von Intervallen entspricht, in die das Signal herkömmlicherweise während der Messung unterteilt wird. Daher beträgt die Konvertierungsgenauigkeit ± 1 Intervall. Üblicherweise werden 8-, 16- und 20-Bit-Konvertierungen verwendet. (Bei AudioCD entspricht die Bittiefe des Sounds 16 Bit, bei fortgeschritteneren Medien 20 Bit). Die Bittiefe der Umwandlung wird von der Soundkarte, dh dem ADC, bestimmt, mit dem das Signal digitalisiert wird. Wenn Sie beispielsweise ein Eingangssignal mit einem Maximalwert von 100 Prozent mit einem 8-Bit-Wandler konvertieren, beträgt der Signalfehler 100/28 = ± 0,4 Prozent und bei einer 16-Bit-Konvertierung 100 / 216 = ± 0,0015 Prozent. Betrachten Sie zur Verdeutlichung dieser trockenen Zahlen den in der Abbildung gezeigten “Digitalisierungs” -Prozess. Aus Gründen der Klarheit nehmen wir an, dass der ADC unserer Soundkarte drei Bit ist (wie schrecklich!). Die gepunktete Linie zeigt das Ergebnis der Eingangssignalumwandlung. Folglich ist der Fehler in diesem Fall sehr groß: 100/23 = ± 12,5 Prozent. Wir sehen also, dass die Form des ursprünglichen Signals umso genauer wiederholt wird, je höher die Bittiefe der Umwandlung ist.
Natürlich nimmt sowohl mit einer Erhöhung der Abtastrate als auch mit einer Erhöhung der Konvertierungsbittiefe das Volumen der endgültigen Datei geometrisch zu. Die Standards für moderne Soundkarten sind: 44-kHz-Abtastrate und 16-Bit-Konvertierung. Mit diesen Einstellungen beträgt die Dateigröße ca. 10 MB für 1 Minute Sound. Dies ist selbst bei modernen Festplattenvolumes eine Menge, ganz zu schweigen von tragbaren Geräten.