Grundbegriffe der digitalen Klangtheorie
Schall ist im Allgemeinen die Schwingung eines elastischen Mediums. Der Schall wird durch mechanische Vibrationen eines Objekts (dies kann eine Saite, Stimmbänder usw. sein) in Kontakt mit der Umgebung verursacht. Die Schwingungsfrequenz (gemessen in Hertz) bestimmt die Tonhöhe. Je höher die Frequenz, desto lauter der Klang. Das menschliche Ohr kann Schallschwingungen aus der Luft mit einer Frequenz von 20 Hz bis 20 kHz wahrnehmen. Das Ohr nimmt die Amplitude der Schwingung als Volumen wahr. Je höher die Amplitude, desto lauter der Klang.
Elektromagnetische Wellen sind ein direktes Analogon von Schallwellen. Letztere sind weniger anfällig für die Verbreitung durch die Umwelt, die Informationen, die sie enthalten, sind einfacher zu speichern und zu verarbeiten. Elektromagnetische Wellen sind der wichtigste sekundäre Schallträger. Die Umwandlung von Schallwellen in elektromagnetische Wellen (sowie der umgekehrte Betrieb) erfolgt aufgrund des üblichen Induktionseffekts, der darin besteht, dass ein Strom in einem Leiter auftritt, wenn er in ein magnetisches Wechselfeld gebracht wird.
Einfach ausgedrückt, induziert die Schwingung des Lautsprechermembranmagneten in der Nähe der Spule einen Wechselstrom. Wenn dieser Strom an einen anderen Lautsprecher angelegt wird, bewegt sich der Magnet auf seiner Membran und erzeugt einen entsprechenden Klang.
So funktionieren Telefon und Radio.
In elektromagnetische Wellenform umgewandelter Schall kann leicht gespeichert werden. Dazu muss ein Parameter des Trägers (die Tiefe der Plattenspur oder der Magnetisierungsgrad des Films) mit der Amplitude der Schwingungen (dh der Stärke des induzierten Stroms in der Lautsprecherspule) verglichen werden. . Schall, der direkt in elektromagnetische Wellen umgewandelt wird, wird als analoger Schall bezeichnet. Sein Hauptmerkmal ist die direkte Entsprechung der übertragenen oder aufgezeichneten elektromagnetischen Wellen mit den akustischen.
Digitaler Sound ist relativ neu. Der Hauptunterschied zum Analogon liegt in der Diskretion. Beim Digitalisieren misst ein spezielles Gerät, ein Analog-Digital-Wandler (ADC), in regelmäßigen Abständen (ca. 0,001 bis 0,0001 Sekunden) die Größe der Amplitude einer elektromagnetischen Welle, die einer analogen Klangform entspricht, und schreibt ihren Wert zu einer Datei mit einer bestimmten Genauigkeit. Dieser Wert wird im Allgemeinen als Stichprobe oder im Jargon als Stichprobe (der Stichprobe in Englisch als Stichprobe) bezeichnet. Die gleiche Digitalisierung wird oft als Abtastung oder Abtastung bezeichnet.
Durch Konvertieren von Ton von digital in analog (dies erfolgt durch ein Gerät, das als Digital-Analog-Wandler (DAC) bezeichnet wird).
Die Interpolation (Approximation) der Zwischenwerte der Amplitude erfolgt nach den bekannten. Da die Abtastfrequenz normalerweise hoch ist, können Sie mit dieser Operation das ursprüngliche analoge Signal ziemlich genau rekonstruieren.
Die digitale Klangform zeichnet sich durch fünf Parameter aus.
1. die Abtastrate;
2. Bitgröße der Samples.
3. Die Anzahl der Kanäle oder Spuren.
4. Komprimierungs- / Dekomprimierungsalgorithmus (Codec).
5. Speicherformat.
Da jeder dieser Parameter sehr spezifisch ist, werden wir sie separat betrachten.
Abtastrate
Die Abtastrate bestimmt, wie viele Abtastungen pro Sekunde beim Digitalisieren entnommen werden. Wenn wir digitalen Ton mit digitalen Bildern vergleichen, entspricht die Abtastrate der Auflösung (eine “realistischere” Analogie ist die Bildrate im Kino). Je höher die Abtastfrequenz ist, desto besser ist es möglich, das analoge Signal basierend auf der digitalen Form des Klangs zu rekonstruieren (genauer gesagt, je höher die Abtastfrequenz, desto breiter ist das Frequenzspektrum, das während der Digitalisierung aufgezeichnet werden kann).
Das berühmte Nyquist-Kotelnikov-Theorem besagt, dass für die korrekte Rekonstruktion eines analogen Signals aus seiner digitalen Aufzeichnung die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein muss wie die maximale Schallfrequenz.
Da die obere Hörgrenze 20 kHz beträgt, sollte die Abtastrate idealerweise mindestens 40 kHz betragen. Aus diesem Grund beträgt die Standard-Abtastfrequenz für die Aufnahme von CDs 44,1 kHz (sogenannte CD-Qualität). Die Samplerate kann zwar höher sein, diese Klangqualität wird jedoch nur von Aufnahmestudios und besonders anspruchsvollen Musikliebhabern verwendet.
Eine Abtastrate von 44,1 kHz ist nicht immer ideal. Bei der Übertragung von Daten über ein Netzwerk mit geringer Bandbreite muss die Klangqualität zugunsten der Größe geopfert werden. In der Praxis werden häufig Abtastfrequenzen verwendet, die zwei-, vier- und achtmal niedriger als 44,1 kHz sind.
