Was ist eine digitale Audio-Workstation?


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Was ist eine digitale Audio-Workstation?

DAW

Die Digital Audio Workstation (DAW) ist ein spezielles oder universelles Computersystem, das digitales Audio aufzeichnen, speichern, reproduzieren und verarbeiten kann. Spezialisierte Systeme konzentrieren sich ausschließlich auf die Arbeit mit digitalem Sound und werden in einer Vollversion produziert, die nur eine begrenzte oder gar keine Erweiterung zulässt. Universelle Systeme stellen einen gewöhnlichen Personal Computer dar, der mit Mitteln zur Audioeingabe / -ausgabe (DAC / ADC und / oder digitale Schnittstellen) und einer Reihe von Programmen für die Aufzeichnung, Wiedergabe und Verarbeitung ausgestattet ist. Darüber hinaus kann die Station andere Komponenten enthalten, beispielsweise digitale Verarbeitungshardwaremodule, Musiksynthesizer, CD-Rekorder usw.

DAW

Da jedes Computersystem eine Hauptquelle für hochfrequente Störungen ist, gibt es Probleme bei der Erzielung einer professionellen Klangqualität bei Verwendung des eingebauten ADC / DAC. In solchen Fällen ist es vorzuziehen, externe ADC / DAC-Module zu verwenden, die digitale Informationen in Echtzeit über universelle oder proprietäre digitale Schnittstellen bereitstellen und empfangen.

Welche Festplatten werden in Workstations verwendet?

Die meisten spezialisierten Workstations verwenden SCSI-Festplatten (Small Computer System Interface) zum Speichern von Sound, die zu einem universellen Standard geworden sind. Jedes gängige Computersystem kann diese Festplatten anschließen. Die Vorteile von SCSI sind die Universalität aller Computersysteme, die Möglichkeit, bis zu sieben Geräte (jedes, nicht nur eine Festplatte) an einen Controller anzuschließen, eine gute Arbitrage im Wettbewerb zwischen Geräten, die Intelligenz jedes Geräts und eine höhere Qualität Allgemeine Leistung, die Fähigkeit, eine Schnittstelle für die direkte Kommunikation zwischen zwei Stationen zu verwenden. … Zu den Nachteilen von SCSI zählen die hohen Kosten für Schnittstellen und Festplatten sowie die begrenzte Auswahl an verfügbaren Modellen.

In Computern wie IBM PCs sind Festplatten mit einer IDE-Schnittstelle (Integrated Drive Electronics) beliebter, die in anderen Systemen nicht weit verbreitet sind. Die Vorteile von IDE-Festplatten sind Einfachheit, gute Leistung, den meisten SCSI-Festplatten nicht unterlegen und in einigen Fällen überlegen, niedrige Kosten, Massenproduktion und eine breite Palette von Modellen. Nachteile: schlechte Leistung und Zuverlässigkeit von Modellen der unteren Klasse, die Möglichkeit, nur zwei Einheiten an einen Controller anzuschließen, die Unmöglichkeit der direkten Verbindung zweier Stationen, häufig die schlechteste Unterstützung von Controllern für Betriebssysteme.


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Wie erfolgt die digitale Audioverarbeitung?

Wie erfolgt die digitale Audioverarbeitung?

Audio Processing

Digitales Audio wird durch mathematische Operationen verarbeitet, die auf einzelne Abtastwerte eines Signals oder auf Gruppen von Abtastwerten unterschiedlicher Länge angewendet werden.

Audio processing

Die durchgeführten mathematischen Operationen können die Arbeit herkömmlicher analoger Verarbeitungsverfahren simulieren (Mischen zweier Signale – Summe, Verstärkung / Dämpfung eines Signals – Multiplikation mit einer Konstanten, Modulation – Multiplikation mit einer Funktion usw.) oder alternative Methoden verwenden – zum Beispiel Zerlegung eines Signals in ein Spektrum (Fourier-Reihe), Korrektur einzelner Frequenzkomponenten, dann inverse “Assemblierung” des Signals aus dem Spektrum.

Die digitale Signalverarbeitung wird in linear (in Echtzeit bei einem “Live” -Signal) und nicht linear bei einem aufgezeichneten Signal unterteilt. Die lineare Verarbeitung erfordert eine ausreichende Geschwindigkeit des Computersystems (Prozessors). In einigen Fällen ist es unmöglich, die erforderliche Leistung und Qualität zu kombinieren, und dann wird eine vereinfachte Verarbeitung mit reduzierter Qualität verwendet. Die nichtlineare Verarbeitung ist zeitlich nicht begrenzt, daher können Recheneinrichtungen jeglicher Leistung verwendet werden, und die Verarbeitungszeit, insbesondere bei hoher Qualität, kann mehrere Minuten oder sogar Stunden erreichen.

Für die Verarbeitung werden sowohl Allzweckprozessoren (Intel 8035, 8051, 80×86, Motorola 68xxx, SPARC) als auch spezielle digitale Signalprozessoren (Digital Signal Processors, DSP) verwendet. Texas Instruments TMS xxx, Motorola 56xxx, Analog Devices ADSP- xxxx usw.

Der Unterschied zwischen einem Allzweckprozessor und einem DSP besteht darin, dass sich der erstere auf eine breite Klasse von Aufgaben konzentriert: wissenschaftlich, wirtschaftlich, logisch, spielerisch usw. und eine große Anzahl von Allzweckanweisungen enthält, in denen gemeinsame mathematische und logische Operationen herrschen vor. DSPs konzentrieren sich insbesondere auf die Signalverarbeitung und enthalten Sätze spezifischer Operationen: Begrenzungsaddition, Vektormultiplikation, Berechnung mathematischer Reihen usw. Die Implementierung selbst einfacher Audioverarbeitung auf einem Universalprozessor erfordert eine erhebliche Leistung und ist bei weitem nicht immer in Echtzeit möglich, während selbst einfache DSPs häufig mit relativ komplexer Echtzeitverarbeitung und DSPs fertig werden Leistungsstarke sind in der Lage, hochqualitative Spektren mehrerer Signale gleichzeitig zu verarbeiten.

Aufgrund ihrer Spezialisierung werden DSPs selten unabhängig voneinander verwendet. Meistens verfügt das Verarbeitungsgerät über einen universellen Durchschnittsleistungsprozessor zur Steuerung des gesamten Geräts, zum Empfangen / Senden von Informationen, zur Interaktion mit dem Benutzer und über einen oder mehrere DSPs zur Verarbeitung des Audiosignals. Um beispielsweise eine zuverlässige und schnelle Signalverarbeitung in Computersystemen zu implementieren, werden spezielle Karten mit DSP verwendet, durch die das verarbeitete Signal geleitet wird, während der Zentralprozessor des Computers nur Steuerungs- und Übertragungsfunktionen hat. .

Welche Formate werden zur Darstellung von digitalem Audio verwendet?

Welche Formate werden zur Darstellung von digitalem Audio verwendet?

Audio Formats

Das Format wird auf zwei verschiedene Arten verwendet.

Digital Audio Formats

Bei Verwendung eines speziellen Mediums oder einer Aufzeichnungsmethode und spezieller Lese- / Schreibgeräte umfasst das Formatkonzept beide physikalischen Eigenschaften eines Tonträgers: die Abmessungen einer Kassette mit einem Magnetband oder einer Magnetplatte, das Band selbst oder a Disc, Aufnahmemethode, Signalparameter, Codierungs- und Fehlerschutzprinzipien usw. .P. Bei Verwendung eines universellen Informationsmediums mit breiter Anwendung, beispielsweise eines flexiblen Computers oder einer Festplatte, wird das Format nur als ein Verfahren zum Codieren eines digitalen Signals, die Besonderheiten der Anordnung von Bits und Wörtern und die Struktur verstanden von Serviceinformationen; In diesem Fall bleibt der gesamte “Low-Level” -Teil, der in direktem Zusammenhang mit der Arbeit mit den Medien steht, unter der Kontrolle des Computers und seines Betriebssystems.

Von den spezialisierten digitalen Audioformaten und -medien sind die folgenden heute am bekanntesten:

CD (Compact Disc) ist eine einseitige optische 120-mm- oder 90-mm-Laser-Lese- / Schreib-Disc, die maximal 74 Minuten Stereoton bei einer Abtastrate von 44,1 kHz und 16 linearer Quantisierung enthält Bits. Das System wird von Sony und Philips angeboten und heißt CD-DA (Compact Disc – Digital Audio). Zum Schutz vor Fehlern werden Cross Interleaved Reed-Solomon-Code (CIRC) und Hamming-Code 8-14-Modulation (Eight to Fourteen Modulation, EFM) verwendet. Man unterscheidet zwischen gestempelten CDs (CD), die nur schreibgeschützt (CD-R) und wiederbeschreibbar (CD-RW) sind.
PCM-Decoder (PCM-Deck): Ein System zur Umwandlung des digitalen Audiosignals in ein Pseudo-Videosignal, das mit gängigen Videoformaten (NTSC, PAL / SECAM) kompatibel ist und umgekehrt. PCM-Decoder werden in Kombination mit Heim- (VHS) oder Studio-Videorecordern (S-VHS, Beta, U-Matic) verwendet und als Lese- / Schreibgeräte verwendet. Die Geräte arbeiten mit linearer 16-Bit-Quantisierung bei Abtastraten von 44,056 kHz (NTSC) und 44,1 kHz (PAL / SECAM) und können ein digitales Zwei- oder Vierkanalsignal aufzeichnen. Tatsächlich ist ein solcher Decoder ein Modem (Modulator-Demodulator) für ein Videosignal.
S-DAT (Digitales Audioband mit festem Kopf – Digitales Audioband mit festem Kopf) ist ein System ähnlich einem herkömmlichen Kassettenrekorder, bei dem das Aufzeichnen und Lesen von einem Block fester Filme mit festem Kopf durchgeführt wird ein 3,81 mm breites Band in einer doppelseitigen Kassette mit den Abmessungen 86 x 55,5 x 9,5 mm. Es implementiert eine Zwei- oder Vierkanal-16-Bit-Aufzeichnung mit 32, 44,1 und 48 kHz.
R-DAT (Rotating Head Digital Audio Tape) ist ein VCR-ähnliches System mit gekreuzter Rotationskopfaufnahme. R-DAT-Systeme, das beliebteste bandbasierte digitale Aufnahmeformat, werden häufig einfach als DAT bezeichnet. Der R-DAT verwendet eine 73 x 54 x 10,5 mm große Kassette mit einem 3,81 mm breiten Band, und das Kassetten- und Bandsystem selbst ist einem typischen Videorecorder sehr ähnlich. Die Grundgeschwindigkeit des Riemens beträgt 8,15 mm / s, die Drehzahl des Hauptgeräts beträgt 2000 U / min. R-DAT arbeitet mit einem Zweikanalsignal (bei einigen Modellen vier Kanäle) mit Abtastraten von 44,1 und 48 kHz mit linearer 16-Bit-Quantisierung und 32 kHz mit nichtlinearer 12-Bit-Quantisierung. Zum Schutz vor Fehlern werden ein doppelter Reed-Solomon-Code und eine Modulation mit einem 8-10-Code verwendet. Kassettenkapazität – 80. .240 Minuten je nach Geschwindigkeit und Bandlänge. Inländische DAT-Rekorder sind normalerweise mit einem illegalen Kopierschutzsystem für Tonträger ausgestattet, das keine Aufzeichnung vom analogen Eingang mit einer Frequenz von 44,1 kHz sowie kein direktes digitales Kopieren bei Vorhandensein von SCMS-Verbotscodes ermöglicht (Serial Code Managenent System). Studio-Tonbandgeräte unterliegen keinen solchen Einschränkungen.
DASH (Digital Audio Stationary Head) ist ein 6,3 und 12,7 mm breites Magnetbandaufzeichnungssystem mit festen Köpfen. Die Bandgeschwindigkeit beträgt 19,05, 38,1, 76,2 cm / s. Implementiert 16-Bit-Aufzeichnung mit Abtastraten von 44,056, 44,1 und 48 kHz von 2 bis 48 Kanälen.
ADAT (Alesis DAT) ist ein proprietäres System zur Aufzeichnung von Achtkanal-Audio auf S-VHS-Videoband, das von Alesis entwickelt wurde. Es verwendet eine lineare Quantisierung von 16 Bit bei 48 kHz, die Kapazität der Kassette beträgt bis zu 60 Minuten pro Kanal. ADAT-Tonbandgeräte können kaskadiert werden, so dass ein synchrones 128-Kanal-Aufzeichnungssystem zusammengebaut werden kann.

Mit welchen Methoden wird digitales Audio effektiv komprimiert?

Mit welchen Methoden wird digitales Audio effektiv komprimiert?

Digital audio Compresssion

Derzeit sind Audio MPEG, PASC und ATRAC die bekanntesten. Alle verwenden die sogenannte “Wahrnehmungscodierung” (Wahrnehmungscodierung), bei der Informationen, die vom Ohr kaum wahrgenommen werden, aus dem Tonsignal entfernt werden.Audio compression

Audio compression

Infolgedessen bleibt Ihre Hörwahrnehmung trotz der Änderung der Form und des Spektrums des Signals praktisch unverändert, und das Kompressionsverhältnis rechtfertigt eine leichte Qualitätsminderung. Eine solche Codierung bezieht sich auf verlustbehaftete Komprimierungsverfahren, bei denen es nicht mehr möglich ist, die ursprüngliche Wellenform aus dem komprimierten Signal genau wiederherzustellen.

Techniken zum Entfernen einiger Informationen basieren auf einer Eigenschaft des menschlichen Gehörs, die als Maskierung bezeichnet wird: Wenn das Schallspektrum ausgeprägte Spitzen (dominante Harmonische) aufweist, werden die schwächsten Frequenzkomponenten in unmittelbarer Nähe praktisch nicht wahrgenommen (maskiert) nach Ohr. Während der Codierung wird der gesamte Audiostream in kleine Frames unterteilt, von denen jeder in eine Spektraldarstellung umgewandelt und in mehrere Frequenzbänder unterteilt wird. Innerhalb von Bändern werden maskierte Töne erkannt und entfernt, wonach jeder Frame direkt in spektraler Form einer adaptiven Codierung unterzogen wird. All diese Vorgänge ermöglichen es, die Datenmenge erheblich (mehrmals) zu reduzieren und gleichzeitig die für die meisten Hörer akzeptable Qualität beizubehalten.

Jedes der beschriebenen Codierungsverfahren ist durch die Bitrate gekennzeichnet, mit der die komprimierte Information in den Decodierer eintreten muss, wenn das Audiosignal wiederhergestellt wird. Der Decodierer wandelt eine Reihe komprimierter Momentansignalspektren in eine herkömmliche digitale Wellenform um.

Audio MPEG ist eine Gruppe von Audiokomprimierungstechniken, die von MPEG (Moving Pictures Experts Group) standardisiert wurden. Es gibt verschiedene Arten von MPEG-Audiomethoden: MPEG-1, MPEG-2 usw.; Derzeit ist MPEG-1 der häufigste Typ.

Es gibt drei MPEG-1-Audioebenen zum Komprimieren von Stereosignalen:

Komprimierungsverhältnis 1 – 1: 4 mit einem Datenstrom von 384 kbps;
2-1: 6..1: 8 bei 256..192 kbps;
3 – 1: 10..1: 12 bei 128..112 kbps.
Die minimale Datenrate auf jeder Schicht ist als 32 kbps definiert. Die angegebenen Bitraten halten die Signalqualität nahe an der einer CD.

Alle drei Schichten verwenden eine Frameingangsspektraltransformation, die in 32 Frequenzbänder unterteilt ist. Der hinsichtlich Datenvolumen und Klangqualität optimalste Pegel wird als Pegel 3 mit einer Bitrate von 128 kbps und einer Datendichte von ca. 1 Mb / min erkannt. Beim Komprimieren bei niedrigeren Geschwindigkeiten beginnt die erzwungene Begrenzung des Frequenzbandes auf 15-16 kHz, und es treten auch Phasenverzerrungen der Kanäle auf (Effekt wie ein Phaser oder Flanger).

MPEG-Audio wird in Computer-Soundsystemen, CD-i / DVD, “Audio” -CD-ROM, digitalem Radio / Fernsehen und anderen Massen-Audioübertragungssystemen verwendet.

PASC (Precision Adaptive Subband Coding) ist ein Sonderfall von Audio MPEG-1 Layer 1 mit einer Bitrate von 384 kbps (1: 4-Komprimierung). Wird im DCC-System verwendet.

ATRAC (Adaptive TRansform Acoustic Coding) basiert auf einem Stereo-Audioformat mit 16-Bit-Quantisierung und einer Abtastrate von 44,1 kHz. Bei der Komprimierung ist jeder Frame in 52 Frequenzbänder unterteilt, was zu einer Übertragungsrate von 292 kbps (1: 5-Komprimierung) führt. Wird im MiniDisk-System verwendet.