Warum werden 44.100 als hochwertige Abtastrate verwendet?
Warum haben wir 44,1 kHz als Abtastrate gewählt?
Die Ohren der Menschen hören ein Geräusch, dessen Frequenz zwischen 20 Hz und 20 kHz variiert. Nach dem Satz von Nyquist muss die Aufzeichnungsgeschwindigkeit mindestens 40 kHz betragen. Ist dies der Grund für die Wahl von 44,1 kHz?
Erklären Sie genauer, die Abtastrate bedeutet, wie viele “Frames” pro Sekunde aufgenommen werden sollten, um eine hohe Audioqualität zu erzielen.
Nach dem berühmten Theorem eines berühmten Wissenschaftlers namens Nyquist muss die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein wie die maximale Frequenz, die wir aufzeichnen werden. Da das menschliche Ohr höchstens etwa 20 kHz hören kann, wäre dies doppelt so viel wie 40.000 pro Dies wurde 44.100 als Standard-Abtastfrequenz für High-Fidelity-Audio vorgeschlagen.
Es ist wahr, dass die Wahl von 44,1 kHz wie jede Konvention ein historischer Unfall ist. Es gibt mehrere andere historische Gründe.
Natürlich muss die Abtastrate höher als 40 kHz sein, wenn Sie qualitativ hochwertiges Audio mit einer Bandbreite von 20 kHz wünschen.
Es wurde diskutiert, wie man 48,0 kHz erzeugt (dies passte gut zu Filmen mit 24 Bildern pro Sekunde und angeblich 30 Bildern pro Sekunde im nordamerikanischen Fernsehen), aber angesichts der physischen Größe von 120 mm gab es eine Grenze für die Menge der CD-Daten, die gespeichert werden konnten und was Es ist ein Fehlererkennungs- und -korrekturschema erforderlich, das eine gewisse Datenredundanz erfordert. Die Menge an logischen Daten, die auf einer CD gespeichert werden kann (ca. 700 MB), beträgt ca. die Hälfte der physischen Daten. Vor diesem Hintergrund wurde uns bei 48 kHz gesagt, dass es nicht alle 9 von Beethoven halten kann, aber dass es alle 9 auf einer Platte mit einer etwas langsameren Geschwindigkeit halten kann. 48 kHz also nicht.
Warum jedoch 44,1 und nicht 44,0 oder 45,0 kHz oder eine schöne runde Zahl?
In den späten 1970er Jahren gab es ein Produkt namens Sony F1, mit dem digitales Audio auf leicht verfügbares Videoband (Betamax, nicht VHS) aufgezeichnet werden konnte. Es lag bei 44,1 kHz (oder genauer 44,056 kHz). Somit wird die Übertragung von Aufzeichnungen ohne Überabtastung und Interpolation von F1 auf CD oder in die andere Richtung erleichtert.
Ich verstehe, wie sich herausstellt, dass die horizontale Abtastgeschwindigkeit des NTSC-Fernsehgeräts 15.750 kHz und 44,1 kHz genau das 2,8-fache betrug. Ich bin mir nicht ganz sicher, aber ich denke, dies bedeutet, dass Sie drei Paare von Stereo-Samples pro horizontaler Linie haben können. Für jeweils 5 Zeilen, in denen Sie normalerweise 15 Samples haben würden, gibt es 14 Samples plus ein zusätzliches Sample für einige Überprüfungen. für Parität oder Redundanz in F1. 14 Abtastungen für 5 Zeilen entsprechen 2,8 Abtastungen pro horizontaler Linie und 15.750 Zeilen pro Sekunde, was 44.100 Abtastungen pro Sekunde entspricht.
Mit dem Übergang zu digitalen Formaten wurde Audio in Form von Pseudo-Video gespeichert, das als Schwarz oder Weiß (was ein Binärformat darstellt) angesehen werden konnte.
Die vom Fernsehstandard verwendete Frequenz- und Feldstruktur ist für 60-Hz-Video wie folgt: 245 Zeilen pro Feld (ohne die ersten 35 übersprungenen Zeilen). Bei drei Abtastwerten pro Zeile sind dies 60 x 245 x 3 = 44100 = 44,1 kHz.
Diese Konvention wurde später aufgrund von Hardwarekompatibilitätsproblemen für das CD-Format verwendet (der erste Computer, auf dem Master-CDs für die CD-Replikation erstellt wurden, war videobasiert).
Mit dem Aufkommen des Farbfernsehens mussten sie die Geschwindigkeit der horizontalen Linie etwas auf 15.734 Linien pro Sekunde verlangsamen. Diese Einstellung führt beim Sony F1 zu 44.056 Samples pro Sekunde.