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Über digitalen Sound. Digitaler Sound

In letzter Zeit sind die Fähigkeiten von Multimedia-Geräten erheblich gewachsen, aber aus irgendeinem Grund hat dieser Bereich nicht genügend Aufmerksamkeit erhalten.

Der durchschnittliche Benutzer leidet unter einem Mangel an Informationen und ist gezwungen, nur aus seinen eigenen Erfahrungen und Fehlern zu lernen. Mit diesem Artikel werden wir versuchen, dieses lästige Missverständnis zu beseitigen. Dieser Artikel richtet sich an einen normalen Benutzer und soll Ihnen helfen, die theoretischen und praktischen Grundlagen des digitalen Klangs zu verstehen und die grundlegenden Möglichkeiten und Techniken seiner Verwendung zu identifizieren.

Was genau wissen wir über die Klangfunktionen eines Computers, außer dass unser Heimcomputer über eine Soundkarte und zwei Lautsprecher verfügt? Leider wahrscheinlich aufgrund unzureichender Literatur oder aus einem anderen Grund, aber der Benutzer ist in den meisten Fällen mit nichts anderem als dem eingebauten Windows-Audio-Ein- / Ausgabemischer und -Recorder vertraut. Die einzige Verwendung einer Soundkarte, die ein gewöhnlicher Benutzer findet, besteht darin, Sound in Spielen abzuspielen und eine Audiosammlung anzuhören. Und schließlich kann selbst die einfachste Soundkarte, die in fast jedem Computer installiert ist, viel mehr: Sie eröffnet jedem, der Musik und Sound liebt und sich für Musik und Sound interessiert, und denjenigen, die sie erstellen möchten, große Möglichkeiten deine eigene Musik, eine Soundkarte. es kann ein allmächtiges Werkzeug werden. Um herauszufinden, was der Computer im Bereich Sound tun kann, müssen Sie sich nur dafür interessieren, und Ihnen werden Möglichkeiten geboten, von denen Sie vielleicht noch nicht einmal wussten. Und das alles ist nicht so schwierig, wie es auf den ersten Blick scheinen mag.

Einige Fakten und Konzepte, auf die man nur schwer verzichten kann:

Nach der Theorie des Fourier-Mathematikers kann eine Schallwelle als ein darin enthaltenes Frequenzspektrum dargestellt werden.

Über digitales Audio (digitales Audio)

Die Frequenzkomponenten des Spektrums sind sinusförmige Schwingungen (sogenannte reine Töne), von denen jede ihre eigene Amplitude und Frequenz hat. Daher kann jede Schwingung, selbst die komplexeste Form (zum Beispiel eine menschliche Stimme), als die Summe der einfachsten sinusförmigen Schwingungen bestimmter Frequenzen und Amplituden dargestellt werden. Und umgekehrt, wenn Sie unterschiedliche Schwingungen erzeugen und diese überlagern (Mischen, Mischen), können Sie unterschiedliche Klänge erhalten.

Hinweis: Das Hörgerät / menschliches Gehirn kann zwischen Frequenzkomponenten von 20 Hz und ~ 20 kHz unterscheiden (die Obergrenze kann je nach Alter und anderen Faktoren variieren). Auch die Untergrenze schwankt stark in Abhängigkeit von der Intensität des Klangs.

Digitalisierung von Ton und dessen Speicherung auf einem digitalen Träger

“Normaler” analoger Ton wird auf analogen Geräten durch ein kontinuierliches elektrisches Signal dargestellt. Der Computer arbeitet mit Daten in digitaler Form. Dies bedeutet, dass der Ton auf dem Computer auch in digitaler Form dargestellt wird. Wie funktioniert die Analog-Digital-Wandlung?

Digitaler Klang ist eine Möglichkeit, ein elektrisches Signal unter Verwendung diskreter numerischer Werte seiner Amplitude darzustellen. Nehmen wir an, wir haben eine analoge Audiospur von guter Qualität (wenn wir “gute Qualität” sagen, gehen wir von einer stillen Aufnahme aus, die Spektralkomponenten aus dem gesamten hörbaren Frequenzbereich von etwa 20 Hz bis 20 kHz enthält) und möchten sie in einen Computer “einspeisen”. (dh digitalisieren) ohne Qualitätsverlust. Wie erreicht man das und wie erfolgt die Digitalisierung? Eine Schallwelle ist eine Art komplexe Funktion, die Abhängigkeit der Amplitude einer Schallwelle von der Zeit. Da es sich um eine Funktion handelt, können Sie sie anscheinend “wie sie ist” auf einen Computer schreiben, dh die mathematische Form der Funktion beschreiben und im Speicher des Computers speichern. Dies ist jedoch praktisch unmöglich, da Schallschwingungen nicht durch eine analytische Formel dargestellt werden können (wie z. B. y = x2). Es gibt nur noch einen Weg: die Funktion zu beschreiben, indem ihre diskreten Werte an bestimmten Punkten gespeichert werden. Mit anderen Worten, Sie können zu jedem Zeitpunkt den Wert der Amplitude des Signals messen und als Zahlen notieren. Diese Methode hat jedoch auch ihre Nachteile, da wir die Amplitudenwerte des Signals nicht mit unendlicher Genauigkeit aufzeichnen können und sie runden müssen.

VORTEILE UND NACHTEILE VON DIGITAL SOUND

Digitaler Sound eröffnet wirklich endlose Möglichkeiten. Wenn sich die vorherigen Radio- und Tonstudios auf mehreren zehn Quadratmetern befanden, können sie jetzt durch einen guten Computer ersetzt werden, der in Bezug auf die Kapazität zehn dieser Studios zusammen übersteigt und zu einem um ein Vielfaches günstigeren Preis als eines kostet.

Dies beseitigt viele finanzielle Hindernisse und macht die Tonaufnahme sowohl für Profis als auch für Amateure zugänglicher. Mit moderner Software können Sie mit Sound machen, was Sie wollen. Bisher wurden verschiedene Soundeffekte mit Hilfe ausgeklügelter Geräte erzielt, die nicht immer dem technischen Denken entsprachen oder einfach handgefertigte Geräte waren. Die komplexesten und bisher unvorstellbaren Effekte werden heute durch Drücken einiger Tasten erzielt. Na sicher,

Aus der Sicht eines normalen Benutzers gibt es viele Vorteile: Die Kompaktheit moderner Speichermedien ermöglicht es Ihnen, alle Festplatten und Aufzeichnungen auf eine digitale Darstellung zu übertragen und sie viele Jahre lang auf einer kleinen 3-Zoll-Festplatte oder einer kleinen Festplatte zu speichern Dutzend oder zwei CDs; Sie können spezielle Software verwenden und alte Schallplatten gründlich von Rollen und Discs “reinigen”, um Geräusche und Knistern aus ihrem Sound zu entfernen. Sie können den Klang nicht nur korrigieren, sondern auch verschönern, Fülle und Lautstärke hinzufügen und Frequenzen wiederherstellen. Das Internet hilft auch dem Audio-Hobbyisten: Das Netzwerk ermöglicht es Menschen, Musik zu teilen, Hunderttausende verschiedener Internetradiosender zu hören und der Öffentlichkeit ihre klangliche Kreativität zu zeigen. Alles, was benötigt wird, ist ein Computer und das Internet.

Natürlich hat die digitale Technologie auch ihre Nachteile. Viele Leute bemerkten, dass der analoge Klang mit mehr Leben gehört wurde. Und dies ist nicht nur eine Hommage an die Vergangenheit: Der Digitalisierungsprozess führt zu einem gewissen Klangfehler. Darüber hinaus führen verschiedene digitale Verstärker das sogenannte “Transistorrauschen” und andere spezifische Verzerrungen ein. Es gibt keine genaue Definition des Begriffs “Transistorrauschen”, aber wir können sagen, dass es sich um chaotische Schwingungen im Hochfrequenzbereich handelt. Obwohl das menschliche Hörgerät Frequenzen bis zu 20 kHz wahrnehmen kann, scheint das menschliche Gehirn höhere Frequenzen aufzunehmen. Und auf einer unbewussten Ebene fühlt sich eine Person immer noch analoger als digitaler Klang.

“Normaler” analoger Ton wird auf analogen Geräten als kontinuierliches elektrisches Signal dargestellt. Der Computer arbeitet mit Daten in digitaler Form. Dies bedeutet, dass der Ton auf dem Computer auch in digitaler Form dargestellt wird.

Digitaler Klang ist eine Möglichkeit, ein elektrisches Signal durch diskrete numerische Werte seiner Amplitude darzustellen. Die Signaldigitalisierung umfasst zwei Prozesse: einen Abtastprozess (Abtastung) und einen Quantisierungsprozess. Der Abtastprozess ist der Prozess des Erhaltens der Werte der konvertierten Signalwerte in bestimmten Intervallen. Bei der Digitalisierung wird die Amplitude des Signals in regelmäßigen Abständen festgelegt und die Amplitudenwerte in Form gerundeter digitaler Werte aufgezeichnet (da die Amplitudenwerte stetig sind, ist es nicht möglich, den genauen Wert der Amplitude von aufzuzeichnen das Signal auf eine endliche Zahl, also greifen wir auf Rundung zurück). Die aufgezeichneten Signalamplitudenwerte werden als Abtastwerte bezeichnet. Je öfter wir Amplitudenmessungen durchführen (je höher die Abtastfrequenz) und je weniger wir die erhaltenen Werte runden (mehr Quantisierungspegel), desto genauer ist natürlich die digitale Darstellung des Signals, das wir erhalten werden. Das digitalisierte Signal kann als Satz aufeinanderfolgender Amplitudenwerte gespeichert werden.

Bei der Quantisierung werden die tatsächlichen Werte des Signals mit einiger Genauigkeit durch ungefähre Werte ersetzt.

Unter Klangverarbeitung sind verschiedene Transformationen von Klanginformationen zu verstehen, um einige Eigenschaften des Klangs zu ändern. Die Tonverarbeitung umfasst Methoden zum Erstellen verschiedener Soundeffekte, zum Filtern sowie zum Reinigen des Klangs von unerwünschten Geräuschen, Ändern des Timbres usw. Diese ganze Reihe von Transformationen läuft letztendlich auf die folgenden Grundtypen hinaus:

1. Amplitudenumwandlungen. Sie werden an der Amplitude des Signals ausgeführt und führen zu seiner Verstärkung / Dämpfung oder Änderung gemäß einem Gesetz in bestimmten Teilen des Signals;

2. Frequenzumrechnungen. Sie werden an den Frequenzkomponenten des Schalls durchgeführt: Das Signal wird in regelmäßigen Abständen in Form eines Frequenzspektrums dargestellt, die notwendigen Frequenzkomponenten werden verarbeitet, beispielsweise durch Filtern und inverses “Falten” des Signals vom Spektrum nach die Welle;