Klangqualität ausgeben


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Klangqualität ausgeben

Sound Quality

Wenn ein digitales Gerät (PC, tragbarer Mediaplayer usw.) eine digitale Audiodatei (ogg, mp3, flac usw.) wiedergibt, ist die Audioausgabe unabhängig vom Typ / der Marke des Geräts immer dieselbe, oder? In diesem Fall sollte sich die Klangqualität nicht unterscheiden. Zum Beispiel habe ich einen iPod, der eine MP3-Datei abspielt. Wenn ich dieselbe Datei auf einem Media Player einer anderen Marke wiedergebe, sollte die Audioqualität mit dem gleichen Signal übereinstimmen (kein Equalizer oder Audioänderungen).

Sound Quality

Leider stört die reale Welt – es gibt eine Reihe von Dingen zwischen Ihnen und dem “perfekten” Signal, das vom MP3-Decoder kommt:

Wie Sie sehen, kann die benutzergesteuerte Filterung (z. B. Grafik-Equalizer) deaktiviert werden.
Im digitalen Bereich vorgenommene “Klangverbesserungen” (z. B. Komprimierung, um sie “lauter” zu machen, und Bass-Boost); Dies kann auch deaktiviert werden
Die interne Verarbeitung erfolgt häufig mit einer Bittiefe, die größer als die Ausgangs-DAC-Kapazität ist, z. B. 32-Bit-Verarbeitung, jedoch nur mit einem 16-Bit-DAC. Es muss also einen Prozess geben, um die Bittiefe zu reduzieren. Dies kann Unschärfe einschließen oder nicht. Die Ergebnisse klingen je nach Implementierung unterschiedlich.
D / A-Wandler können unterschiedliche Qualitäten aufweisen, die sich unter anderem auf die Linearität und das Grundrauschen des Analogausgangs auswirken.
Das Synchronisieren der Leistung des DAC wirkt sich auch auf die Leistung aus – höhere Schwankungen sind lauter.
Der Kopfhörer-Controller hat beispielsweise auch andere analoge Eigenschaften. Mindestgeräuschpegel, Tönungsfrequenz usw.

Damit die Qualität des Ausgangssignals gleich ist, muss nicht nur das endgültige digitale Signal gleich sein, sondern auch der Pfad von den digitalen Daten zu Ihrem Ohr muss gleich sein (D / A-Wandler einschließlich digitaler Vorverarbeitung) , Verstärkung, induziertes Rauschen in der analogen Verkabelung). Wandler / Lautsprecher, räumliche Wege zum Ohr usw.) sollten keinen hörbaren Unterschied hinzufügen. Dies kann wahr sein oder nicht. Nicht alle DACs sind gleich linear. Nicht alle Verstärker-Netzteile haben die gleiche Abschirmung (besonders die wirklich billigen). Usw.

WAV oder FLAC sind verlustfrei, daher müssen digitale Daten beim Senden an einen DAC identisch sein. Verlustbehaftete Formate wie MP3 und OGG speichern das Signal jedoch nicht. Es muss aus selteneren Daten rekonstruiert werden und der Decoder kann die Daten unterschiedlich interpretieren. Für MP3:

Die Dekodierung ist dagegen im Standard sorgfältig definiert. Die meisten Decoder sind “Bitstream-kompatibel”, was bedeutet, dass die unkomprimierte Ausgabe, die sie aus einer bestimmten MP3-Datei erzeugen, innerhalb eines bestimmten Grads der Rundungstoleranz dieselbe ist wie die mathematisch angegebene Ausgabe in das ISO / IEC-Dokument mit hohem Standard (ISO / IEC 11172-3). Daher basiert der Decodervergleich im Allgemeinen auf ihrer Recheneffizienz (dh wie viel Speicher oder CPU-Zeit sie im Decodierungsprozess verwenden).

Angenommen, der EQ und andere Verbesserungen sind deaktiviert, wie Sie sagten, sollte es keinen Unterschied zwischen der Datei und dem DAC geben. Die einzigen Unterschiede bestehen nach dem DAC in der Qualität der analogen Schaltungen, Verstärker und Lautsprecher (die normalerweise ohnehin der Hauptgrund für die Unterschiede sind).


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Digitale Audioformate: So wählen Sie das beste aus (Teil 2)

Digitale Audioformate: So wählen Sie das beste aus (Teil 2)

Digital Audio

Je höher die Bitrate, desto besser die Klangqualität. Bei einer Bitrate von 128 Kilobit pro Sekunde benötigen fünf Minuten Musik beispielsweise nur etwa fünf Megabyte auf einer Festplatte oder einem Flash-Laufwerk. Es wird angenommen, dass die optimale Bitrate zum Speichern von MP3-Musikdateien 256 oder 320 Kilobit pro Sekunde beträgt.

Digital Audio

Ein weiteres beliebtes verlustbehaftetes Komprimierungsformat ist OGG Vorbis. Im Gegensatz zu MP3 war es ursprünglich kostenlos und Open Source, sodass es bei unabhängigen Entwicklern schnell an Beliebtheit gewann. In Bezug auf die Qualität ist es MP3 in keiner Weise unterlegen, obwohl es ein eigenes psychoakustisches Modell für die Dateikomprimierung verwendet.

WMA ist ein verlustbehaftetes Audiokomprimierungsformat, das von der Microsoft Corporation entwickelt wurde. Es kann auf jedem Windows-Betriebssystem gefunden werden, ist aber bei Benutzern nicht sehr beliebt. Ein weiterer relativ häufiger verlustbehafteter Audiokomprimierungscodec ist AAC, der sich von MP3 durch einen geringfügig geringeren Qualitätsverlust bei gleicher Bitrate unterscheidet.

Audio-Codecs für Musikliebhaber
Neuere Formate bieten verlustfreie Audiokomprimierung. Am beliebtesten bei Benutzern ist das kostenlose FLAC-Format, das 2001 eingeführt wurde. FLAC eignet sich perfekt zum Archivieren Ihrer Audiosammlung sowie zum Hören von Musik auf hochwertigen Tonwiedergabegeräten.

In sogenannten verlustfreien Codecs können codierte Daten immer bitgenau abgerufen werden. Die Codierung erfolgt nach einem mathematischen Schema: In den Anfangsdaten wird eine bestimmte Regelmäßigkeit gefunden, und unter Berücksichtigung dieser Regelmäßigkeit wird eine zweite Sequenz erzeugt, die das Original vollständig beschreibt.

Das zweitbeliebteste verlustfreie Komprimierungsformat ist Monkey’s Audio, das als kostenlose Software für Microsoft Windows vertrieben wird. Das WavPack-Format unterstützt Mehrkanal-Streaming und ein etwas besseres Komprimierungsverhältnis. Apple hat 2004 seinen eigenen verlustfreien ALAC-Codec eingeführt, der FLAC ähnelt.

Digitales Audio hat gegenüber analogen Dateien enorme Vorteile. Der Benutzer kann sein Material unendlich lange speichern und replizieren, ohne die ursprüngliche Qualität zu verlieren. Gleichzeitig ist das Speichern der “Ziffer” kostengünstiger, da sie im Gegensatz zu einer Sammlung von Datensätzen oder Kassetten viel weniger Platz beansprucht.
Somit kann ein leistungsstarker ZIP-Archivierer eine WAV-Datei nur um 10 bis 20% komprimieren, während FLAC für die meisten Audiodateien Komprimierungsraten von 30 bis 50% erreicht. Gleichzeitig ermöglicht der Audio-Codec die Wiederherstellung teilweise beschädigter Daten, und der Decodierungsprozess selbst ist für die Prozessorressourcen sehr anspruchslos.

Um Ihre Musiksammlung zu archivieren, ist es jetzt optimal, verlustfreie Komprimierungsformate zu verwenden, z. B. FLAC, das mit den meisten Playern kompatibel ist. Zum Speichern von Hörbüchern, bei denen keine hohe Wiedergabetreue des Originaltons erforderlich ist, können Sie jedoch billigere MP3- oder OGG-Dateien verwenden.

Digitale Audioformate: So wählen Sie das beste aus

Digitale Audioformate: So wählen Sie das beste aus

Digital Sound

Die meisten Benutzer speichern Musik und andere Audiodateien in verschiedenen digitalen Formaten. Es gibt ungefähr hundert digitale Audiokodierungsalgorithmen, aber alle haben ihre eigenen Eigenschaften. Welches Format wählen Sie zum Speichern Ihrer Heim-Audiosammlung und warum verliert die bekannte MP3-Datei an Popularität?

digital sound

Analoges Audio ist eine Welle. Fast jeder Prozess in unserer Welt kann mit Mathematik beschrieben werden. Digitales Audio ist die Beschreibung einer analogen Wellenform unter Verwendung einer Folge von Zahlen. Beispielsweise werden mehr als 44.000 digitale Werte verwendet, um eine Sekunde Musik auf einer CD zu digitalisieren.
Wie digitaler Sound geboren wurde
Die theoretischen Grundlagen des digitalen Klangs im Jahr 1928 wurden von Harry Nyquist in seiner Arbeit “Bestimmte Probleme in der Theorie der telegraphischen Übertragung” gelegt, in der erstmals die “Breite” der Kommunikationsleitung für die Übertragung eines Signals bestimmt werden konnte Puls ohne Verzerrung. Unabhängig vom Amerikaner veröffentlichte der sowjetische Wissenschaftler Vladimir Kotelnikov 1933 ähnliche Studien.

Kotelnikov und Nyquist entdeckten unabhängig voneinander, dass die Wiederherstellung eines analogen Signals unter Verwendung eines bestimmten mathematischen Algorithmus aus diskreten Abtastwerten, dh fragmentarischen Daten, garantiert werden kann. Anstelle der vollständigen Daten können Sie aus wirtschaftlichen Gründen nur einen kleinen Teil codieren und dann das Original wiederherstellen.

Sie begannen, analogen Klang mittels Pulscodemodulation zu digitalisieren. Diese Technologie ist bis heute am weitesten verbreitet. Die Schallwelle wird durch drei aufeinanderfolgende Vorgänge in Zahlen umgewandelt: Zeitabtastung, Amplitudenquantisierung und endgültige Codierung. Batteriekalibrierung: So verlängern Sie die Lebensdauer des Smartphones

Was ist Probenahme? Dies ist eine Stichprobe von Werten in regelmäßigen Zeitintervallen. Der Algorithmus liest die Pegel der analogen Wellenform mit einer unglaublichen Geschwindigkeit: 44.100 Lesungen pro Sekunde für den CD-Standard. Dieser Indikator wird als Abtastrate bezeichnet. Beispielsweise ist Audio in Filmen auf eine Abtastrate von 48.000 Hertz standardisiert.

Um diese Geschwindigkeit zu erreichen, werden alle Werte leicht auf zuvor berechnete Werte gerundet. Dieser Vorgang wird als Quantifizierung bezeichnet. Je öfter der Algorithmus die Messwerte liest, desto besser klingt die digitale Aufzeichnung. Ein mikroskopischer Quantifizierungsfehler ist jedoch unvermeidbar.

Computer verwenden Speicher zum Speichern von Informationen – Milliarden winziger elektrischer Schalter, die sich nur in zwei Positionen befinden können: Ein oder Aus. Die Position eines dieser Schalter ist etwas informativ. Der CD-Standard bietet 16 Bit für Audio, was 65.536 verschiedene Werte für die Codierung bietet.

Wie unterscheiden sich digitale Audioformate?
Digitaler Ton ist eine sehr lange Folge von Zahlen. Diese Nummern können jedoch auf unterschiedliche Weise codiert werden. Auf einer CD werden beispielsweise Musikdateien im WAV-Format gespeichert. Das Hauptproblem besteht darin, dass es zu viel Platz beansprucht, da alle Informationen ohne Verwendung von Komprimierungsalgorithmen digitalisiert werden.

Um den Platzbedarf zu reduzieren, wurden mathematische Algorithmen erfunden – Audio-Codecs, die digitale Audiodaten nach bestimmten psychoakustischen Modellen komprimieren. Es gibt jedoch zwei Haupttypen der Komprimierung: verlustfreie Komprimierung und verlustbehaftete Komprimierung.

Das bekannteste verlustbehaftete Komprimierungsformat ist MP3. Die Entwickler haben sich darauf verlassen, dass das menschliche Ohr nicht perfekt ist und viele redundante Informationen in unkomprimiertem Ton übertragen werden. Der Algorithmus unterteilt das gesamte Frequenzspektrum in kleine Teile und eliminiert dann Geräusche, die vom Menschen praktisch nicht wahrgenommen werden.

Die Qualität von MP3-Dateien ist im Vergleich zum Original unwiederbringlich beeinträchtigt, aber die Datei selbst kann zehnmal “leichter” sein als das Original. In diesem Fall kann der Benutzer den Komprimierungsgrad der Datei auswählen. Dafür gibt es eine Bitrate; In der Tat ist dies der Platz, der benötigt wird, um eine Sekunde Musik zu speichern.

Verlustfreie digitale Audioformate

Verlustfreie digitale Audioformate

lossless audio

Unkomprimierte Formate
Die ersten digitalen Audioformate codierten Informationen, wie sie sagen, “wie sie sind”.

Lossless Audio

Dieses Format ist vor allem für den Computer selbst praktisch: Es besteht eine einfache Entsprechung zwischen einer Folge digitaler Signale und einer Schallwellenform. Es überrascht nicht, dass trotz der Weiterentwicklung komprimierter Audioformate unkomprimierte Formate weiterhin aktiv im Bereich der professionellen (und Amateur-) Klangarbeit eingesetzt werden. Was sind diese Formate?

Erstens ist es das Audio-CD-Format selbst. Für ihn ist alles einfach: Dies ist das Format, in dem die meisten Audio-Discs aufgenommen werden (es sei denn, es wurden natürlich mehrere Alben gleichzeitig aufgenommen – in diesem Fall handelt es sich um ein Format offensichtlich komprimiert). Das Audio-CD-Format verwendet Pulse Code Modulation (PCM), um “digital” in “analog” umzuwandeln. Dies ist die Art der Konvertierung, die die Grundlage für die meisten anderen Audioformate bildet.

Bei CDs ist alles klar, aber was ist mit Soundpräsentationsformaten auf Computern? Wie Sie sich vorstellen können, waren hier die größten Computer- und Softwarehersteller die ersten, die Formate wie AIFF (Apple) und WAV (Microsoft und IBM) entwickelten, die den Computer- und Betriebssystembenutzern dieser Entwickler bis heute bekannt sind. von heute. Darüber hinaus führte Apple, zu dieser Zeit der unbestrittene Marktführer im Bereich Computer-Multimedia, sein Format 1988 ein, drei Jahre vor den Entwicklern des WAV-Formats. Wenn Sie den Computer die Daten auf der Audio-CD lesen und in eines dieser Formate übersetzen lassen, erhalten Sie eine exakte Kopie, die auf der Festplatte Ihres Computers genauso viel Speicherplatz beansprucht wie das Original auf der CD. Der einzige Unterschied besteht im Format, in dem diese Daten gepackt werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Funktionen dieser Formate die einer Audio-Disc übertreffen. Sie ermöglichen eine viel größere Audiotiefe (bis zu 32 Bit) und Abtastraten (AIFF bis zu 196 kHz und in WAV beliebig). Aber selbst diese Parameter waren mit den Entwicklern von Audioformaten mit ultrahoher Wiedergabetreue nicht zufrieden. Diese Formate wurden erstmals auf Super Audio-CDs (SACD) verwendet, die 1999 von Sony und Philips entwickelt wurden, und schließlich für Liebhaber von qualitativ hochwertigem Sound auf PCs installiert.

Das in SACD verwendete digitale Audioformat heißt DSD (Direct Stream Digital). Es wird eine grundlegend andere Art der Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandlung verwendet – die Wellenform wird jeweils nur mit einem Bit codiert. Mit anderen Worten, die „Tiefe“ des Klangs beträgt nur ein Bit, aber diese Informationen werden viel häufiger aktualisiert als in den meisten anderen Formaten, dh die Abtastrate wird mehrmals erhöht. Dies ermöglicht es dem Algorithmus, die Form der Schallwelle durch Schätzen der Dichte dieser Impulse in einem gegebenen Zeitintervall wiederherzustellen.

Diese Art der Darstellung des Signals ermöglichte es, nichtlineares Quantisierungsrauschen zu vermeiden. Es ist wahr, dass je höher die Frequenz des Tons ist, desto geringer die Anzahl der Impulse, die ihn codieren, desto genauer wird die Codierung, was bedeutet, dass der konstante Rauschpegel in Bezug auf das Signal, dh das Rauschen, zunimmt . Bei einer hohen Abtastfrequenz wird das Rauschen jedoch bereits im für das Ohr nicht wahrnehmbaren Ultraschallbereich kritisch. Gleichzeitig wurde eine viel wichtigere Aufgabe erfüllt: Es gibt kein Quantisierungsrauschen, eine Art “Fluch” des digitalen Klangs. Sie alle “gingen” mit dem gleichen unhörbaren Geräusch. Es ist nicht verwunderlich, dass sich dieses Format in Kritiker von “digital” verliebt hat. Es schien es “analog” näher zu bringen und Spuren von Diskretion in seinem Klang zu beseitigen.

Es stellte sich jedoch heraus, dass DSD-Dateien für die Bearbeitung völlig ungeeignet sind: Sie werden nur durch Konvertieren in PCM (und umgekehrt beim Speichern) bearbeitet, und jede solche Konvertierung vervielfacht das Rauschen, das für das Hören bald kritisch wird. . Es ist eine Sache, wenn Sie fertiges analoges Material in DSD aufnehmen, das das analoge Mastering bestanden hat. Aber was sollten Sie tun, wenn Sie neues Audiomaterial aufnehmen und bearbeiten? Es gab also Formate, die mit zusätzlichen Anpassungen gegen Quantisierungsrauschen auf die Pulscodemodulation zurückgingen. Unter diesen ist DXD (Digital eXtreme Definition) bemerkenswert, das nicht nur zum Mastering von Quelldaten für SACD, sondern auch zum Hören von Audio in hoher Qualität auf einem Computer Anwendung gefunden hat.