Category: Audio

Digitale Audioinformationen (Teil 3)


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Digitale Audioinformationen (Teil 3)

digital audio

Codec-Abtastrate und Bittiefe

Digital Audio

Die Abtastung ist die Erfassung von Momentanwerten (Abtastwerten) eines analogen Signals mit einem bestimmten Zeitschritt im Digitalisierungsprozess. Die Häufigkeit dieses Schritts wird als Abtastrate bezeichnet (es ist auch die Abtastrate oder Abtastrate). Je größer es ist, desto besser wird der Ton aufgenommen und wiedergegeben. In Studiogeräten beträgt die Frequenz 48 kHz, in Heimsystemen 44,1 kHz.

Die Bittiefe bestimmt die Qualität des aufgenommenen Audios. Höher ist besser. Der Bitwert, zum Beispiel 32, bezeichnet die Anzahl von Bits, die zugewiesen sind, um die Amplitude des Signals zum Zeitpunkt seiner Messung aufzuzeichnen.

Folglich wird eine Audiodatei mit höherer Qualität erhalten, je öfter (Abtastrate) und genauer (Bittiefe) das Audiosignal gemessen wird.

Bitrate

Die Bitrate (wörtlich: Informationsbitrate) bestimmt die maximale Informationsmenge, die pro Zeiteinheit über den Audiokanal übertragen werden kann. Eine hohe Bitrate ist erforderlich, um ein sattes Klangbild zu übertragen, und ist beim Codieren von Sprache nicht erforderlich. Audioaufnahmen mit einer Bitrate von 128 Kbit / s eignen sich für kostengünstige Lautsprecher. Wenn Sie jedoch auf teure Geräte zugreifen, ist es sinnvoll, Musik mit einer Bitrate von 192 bis 256 Kbit / s zu erhalten.

Praktische Lösung: Codierung mit variabler Bitrate, Ändern Sie die Bandbreite des Audiokanals entsprechend der Qualität und Sättigung des Musikfragments.

Audioformate

MP3 ist derzeit das beliebteste digitale Audioformat. Aufgrund der geringen Größe der endgültigen Dateien (ca. 1/10 der ursprünglichen Audio-CD-Datei) und aufgrund seines speziellen Datenkomprimierungsalgorithmus ist es in Filesharing-Netzwerken weit verbreitet und bietet eine Wiedergabequalität, die der von sehr nahe kommt Original. Das MP3-Format ist mit absolut allen RoverMedia-Playern sowie allen modernen Stereoanlagen und DVD-Playern kompatibel.

WMA ist ein von Microsoft entwickeltes Dateiformat zum Speichern und Übertragen von Audioinformationen. Der Hauptvorteil von WMA gegenüber MP3 ist die größere Komprimierungskapazität, die zu einer kleineren Dateigröße führt. Die neuesten Versionen des Formats, beginnend mit Windows Media Audio 9.1, bieten verlustfreie Codierung, Mehrkanal-Surround-Sound-Codierung und Sprachcodierung.

WAV ist ein Audiocontainer-Dateiformat zum Speichern einer Aufzeichnung eines digitalisierten Audiostreams. Dieses Format wird hauptsächlich zum Aufnehmen von Ton vom Voice-Recorder verwendet, der in RoverMedia-Playern und den meisten modernen Geräten integriert ist.

FLAC (Free Lossless Audio Codec) ist eines der beliebtesten Formate für verlustfreie Audiokomprimierung. Im Gegensatz zu den Formaten MP3 und WMA werden beim Codieren des Audios keine Informationen aus dem Audiostream entfernt. Dank dessen eignen sich FLAC-Dateien nicht nur zum Hören hochwertiger Musik auf tragbaren RoverMedia-Mediaplayern, sondern auch auf hochwertigen Audiogeräten.

Anzahl der Audiokanäle

Infektiöse Mononukleose
Mono (aus dem Griechischen (Monos) – eins) ist ein Präfix, das die Beziehung zum Singular bedeutet.
Mono eng. Mono (Monophonie) wird am häufigsten als Begriff für die Aufnahme und Wiedergabe von Ton verwendet.
Mono bedeutet monophon, einkanalig.

Stereo
Stereo (aus dem griechischen Festkörper, räumlich)
Stereophonie- oder Stereoton (aus den altgriechischen Wörtern “Stereoros” – fester, räumlicher und “Hintergrund” – Ton): Aufnahme, Übertragung oder Wiedergabe von Ton, in dem die akustischen Informationen über den Ort seiner Quelle gespeichert werden Sounddesign über zwei (oder mehr) unabhängige Audiokanäle. …
Bei der Stereoaufnahme erfolgt die Aufnahme aus 2 Mikrofonen, die einen bestimmten Abstand voneinander haben und jeweils einen eigenen Kanal haben (rechts oder links).
Das Ergebnis ist der sogenannte “Panorama-Sound”.


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Digitale Audioinformationen (Teil 2)

Digitale Audioinformationen (Teil 2)

DIGITAL AUDIO

Abtastfrequenz. Ein an die Soundkarte angeschlossenes Mikrofon wird verwendet, um analogen Ton aufzunehmen und in ein digitales Format umzuwandeln. Die Qualität des erhaltenen digitalen Klangs hängt von der Anzahl der Messungen des Schallpegels pro Zeiteinheit ab, dh von der Abtastfrequenz. Je mehr Messungen in 1 Sekunde durchgeführt werden (je höher die Abtastfrequenz), desto genauer wiederholt die “Leiter” des digitalen Audiosignals die Kurve des Dialogsignals.

Digital Audio

Die Audio-Abtastrate ist die Anzahl der Schallvolumenmessungen in einer Sekunde.

Die Audio-Abtastrate kann zwischen 8000 und 48000 Schallvolumenmessungen pro Sekunde variieren.

Audio-Codierungstiefe. Jedem “Schritt” wird ein bestimmter Wert für die Lautstärke zugewiesen. Lautstärkepegel können als eine Reihe möglicher Zustände N angesehen werden, für die eine bestimmte Menge an Informationen I erforderlich ist, die als Audiocodierungstiefe bezeichnet wird.

Die Audiocodierungstiefe ist die Informationsmenge, die zum Codieren der diskreten Lautstärkepegel von digitalem Audio erforderlich ist.

Wenn die Codiertiefe bekannt ist, kann die Anzahl der digitalen Audio-Lautstärkepegel unter Verwendung der Formel N = 2I berechnet werden. Wenn die Soundcodierungstiefe 16 Bit beträgt, beträgt die Anzahl der Lautstärken:

N = 2I = 216 = 65536.

Während des Codierungsvorgangs wird jedem Schallpegel ein eigener 16-Bit-Binärcode zugewiesen. Der niedrigste Schallpegel entspricht dem Code 0000000000000000 und der höchste – 1111111111111111.

Die Qualität des digitalisierten Klangs. Je höher die Abtastfrequenz und -tiefe des Klangs ist, desto besser ist der Klang des digitalisierten Klangs. Die niedrigste Qualität des digitalisierten Tons, die der Qualität der Telefonkommunikation entspricht, wird mit einer Abtastrate von 8000 Mal pro Sekunde, einer Abtastrate von 8 Bit und durch Aufzeichnen einer Audiospur (“Mono” -Modus) erhalten. Die höchste Qualität des digitalisierten Klangs, die der Qualität einer Audio-CD entspricht, wird mit einer Abtastrate von 48.000 Mal pro Sekunde, einer Abtastrate von 16 Bit und der Aufnahme von zwei Audiospuren (Stereomodus) erreicht. .

Es ist zu beachten, dass das Informationsvolumen in der Audiodatei umso größer ist, je höher die Qualität des digitalen Klangs ist. Es ist möglich, das Informationsvolumen einer digitalen Stereo-Sounddatei mit einer Dauer von 1 Sekunde bei einer durchschnittlichen Klangqualität (16 Bit, 24.000 Messungen pro Sekunde) zu schätzen. Dazu muss die Codierungstiefe mit der Anzahl der Messungen in 1 Sekunde multipliziert und mit 2 multipliziert werden (Stereoton):

16 Bit? 24.000? 2 = 768.000 Bits = 96.000 Bytes = 93,75 KB.

Sound-Editoren. Mit Sound-Editoren können Sie Sound nicht nur aufnehmen und wiedergeben, sondern auch bearbeiten. Digitalisierter Sound wird in Soundeditoren visuell dargestellt, sodass das Kopieren, Verschieben und Löschen von Teilen der Audiospur problemlos mit der Maus ausgeführt werden kann. Darüber hinaus können Sie Audiospuren übereinander legen (Sounds mischen) und verschiedene akustische Effekte anwenden (Echo, Rückwärtswiedergabe usw.).

Mit Soundeditoren können Sie die digitale Klangqualität und Lautstärke einer Audiodatei ändern, indem Sie die Abtastrate und die Codierungstiefe ändern. Digitalisiertes Audio kann unkomprimiert als universelle WAV- oder komprimierte MP3-Audiodateien gespeichert werden.

Durch Speichern von Audio in komprimierten Formaten werden Audiofrequenzen niedriger Intensität, die für die menschliche Wahrnehmung “übermäßig” sind, verworfen, was zeitlich mit Audiofrequenzen hoher Intensität zusammenfällt. Wenn Sie dieses Format verwenden, können Sie Audiodateien Dutzende Male komprimieren, dies führt jedoch zu einem irreversiblen Informationsverlust (Dateien können nicht in ihrer ursprünglichen Form wiederhergestellt werden).
Testfragen

1. Wie wirken sich Abtastrate und Codierungstiefe auf die digitale Audioqualität aus?
Selbsthilfeaufträge

1.22. Selektive Antwortzuordnung. Die Soundkarte führt eine binäre Codierung des analogen Audiosignals durch. Wie viele Informationen werden benötigt, um jede der 65.536 möglichen Signalintensitätsstufen zu codieren?
16 Bits;
256 Bit;
1 Bit;
8 Bits.

1.23. Eine Aufgabe mit einer detaillierten Antwort. Schätzen Sie das Informationsvolumen in digitalen Audiodateien mit einer Dauer von 10 Sekunden bei einer Codierungstiefe und einer Abtastrate eines Audiosignals, das die minimale und maximale Klangqualität bietet:

a) Mono, 8 Bit, 8000 Messungen pro Sekunde;

b) Stereo, 16 Bit, 48.000 Messungen pro Sekunde.

Digitale Audioinformationen (Teil 1)

Digitale Audioinformationen (Teil 1)

Digital Audio

Die Geschichte der Aufnahmetechnik

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Die Erzeugung von Ton durch Computer ist eine moderne Etappe in der Geschichte der Entwicklung der Tontechnologie. Werfen wir einen kurzen Blick auf diese Geschichte.

Seit dem späten 19. Jahrhundert haben sich die technischen Mittel zum Speichern und Übertragen von Informationen rasant entwickelt. In den späten 1800er Jahren fertigte der berühmte amerikanische Erfinder Thomas Edison einen Phonographen an.

Das Funktionsprinzip des Phonographen ist wie folgt. Sprache, Musik oder Lied erzeugen Klangschwingungen, die auf den Aufnahmestift des Phonographen übertragen werden. Die Nadel, die auf die Oberfläche der rotierenden Wachswalze wirkt, hinterlässt eine Rille mit variabler Tiefe: eine Tonspur. Wenn ein Ton wiedergegeben wird, geschieht das Gegenteil: Die Bewegung der Lesenadel entlang des Soundtracks wird von ihren Schwingungen mit derselben Frequenz begleitet. Diese Schwingungen werden vom Phonographen in einen hörbaren Klang umgewandelt. Der Edison-Phonograph ist das erste Tonaufnahmegerät.

Dieselbe Idee diente als Grundlage für die Herstellung von Schallplatten und Mechanismen für Zelluloid-Grammophone, die den auf ihnen aufgezeichneten Ton wiedergeben: Grammophon und Grammophon.

Mitte des 20. Jahrhunderts erschien ein Elektrophon, ein elektrisches Analogon eines Grammophons.
Analoge Klangdarstellung

Der Soundtrack einer Schallplatte ist ein Beispiel für eine kontinuierliche Form der Tonaufnahme.

Das elektrische Signal wird an den Lautsprecher des Mikrofons übertragen und in Ton umgewandelt.

Im 20. Jahrhundert wurde das Tonbandgerät erfunden, ein Gerät zur Tonaufzeichnung auf Magnetband. Es wird auch eine analoge Form der Audiospeicherung verwendet. Nur jetzt ist der Soundtrack kein mechanischer “Pit Groove”, wie in Abb. 1.1 und eine Linie mit sich ständig ändernder Magnetisierung. Mit Hilfe eines magnetischen Lesekopfes wird ein elektrisches Wechselsignal erzeugt, das von einem akustischen System ausgesendet wird.

Bis vor kurzem war die gesamte Tonübertragungstechnologie analog. Dies ist sowohl Telefon- als auch Funkkommunikation. Während eines Telefongesprächs werden die Schallschwingungen von der Mikrofonmembran in ein elektrisches Wechselsignal umgewandelt, das über elektrische Kabel übertragen wird. Auf dem empfangenden Telefon werden sie zu Ton.
Audiokodierung und -verarbeitung

Toninformationen. Schall ist eine Welle, die sich mit kontinuierlich variierender Intensität und Frequenz durch Luft, Wasser oder ein anderes Medium bewegt.

Eine Person nimmt Schallwellen (Luftschwingungen) mit Hilfe des Hörens in Form von Geräuschen unterschiedlicher Lautstärke und Tonhöhe wahr. Je höher die Intensität der Schallwelle ist, desto lauter der Schall, desto höher die Frequenz der Welle, desto höher die Tonhöhe.
Abhängigkeit von Lautstärke und Tonhöhe des Schalls von der Intensität und Frequenz der Schallwelle.

Das menschliche Ohr nimmt Schall mit einer Frequenz von 20 Schwingungen pro Sekunde (leiser Schall) bis 20.000 Schwingungen pro Sekunde (hoher Schall) wahr.

Eine Person kann Schall in einem weiten Bereich von Intensitäten wahrnehmen, bei denen die maximale Intensität 1014-mal höher ist als die minimale (einhunderttausend Milliarden Mal). Zur Messung der Lautstärke wird eine spezielle Einheit “Dezibel” (dbl) verwendet. Eine Abnahme oder Zunahme der Schalllautstärke um 10 dB entspricht einer 10-fachen Abnahme oder Zunahme der Schallintensität

Lautstärke

Lautstärke in Dezibel:
– Untere Grenze der Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs 0
-Rascheln Blätter 10
– Sprechen Sie 60
-90 Autohupe
-120 Strahltriebwerk
-Schmerzschwelle 140

Sound Time Sampling. (Teil 1)

Damit ein Computer Ton verarbeiten kann, muss ein kontinuierliches Audiosignal mithilfe von Zeitabtastung in eine diskrete digitale Form umgewandelt werden. Eine kontinuierliche Schallwelle ist in separate kleine Zeitabschnitte unterteilt, für jeden Abschnitt wird ein bestimmter Wert für die Schallintensität festgelegt.

Daher wird die kontinuierliche Abhängigkeit der Lautstärke des Schalls zum Zeitpunkt A (t) durch eine diskrete Folge von Lautstärkepegeln ersetzt. In der Grafik scheint dies eine glatte Kurve durch eine Folge von “Schritten” zu ersetzen.