MAXIMALE TONQUALITÄT. VERLUSTLOSES FORMAT


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MAXIMALE TONQUALITÄT. VERLUSTLOSES FORMAT: WAS IST DAS? HOCHWERTIGE MUSIK IM VERLUSTLOSEN FORMAT

Lossless Audio

Heute gibt es ungefähr drei Dutzend gängige digitale Audioformate. Warum Sie so viele Arten von Audiodateien erstellen müssen, um eine Art von Inhalt zu speichern, und wie Sie all dies verwalten, erfahren Sie aus diesem Material.

Lossless Audio

Sicherlich bevorzugen viele Benutzer es, ihren Heimcomputer nicht nur als Arbeitstier, sondern auch als Multimedia-Center zu verwenden, in dem sie Filme oder Familienfotos ansehen und ihre Lieblingsmusik hören können. Kompakte Digitalplayer oder Mobiltelefone eignen sich zwar besser zum Hören von Musikkompositionen, aber im Gegensatz zu ihnen kann ein Computer nicht nur Musik abspielen.

Unabhängig davon, wie groß der integrierte Speicher Ihres Musik-Players ist, wird es höchstwahrscheinlich schwierig sein, Ihre gesamte Musikbibliothek darauf zu speichern. Darüber hinaus können Sie mit einem PC Musik erstellen, bearbeiten, organisieren und nach Musik suchen. Vergessen Sie auch nicht, dass es heute rund drei Dutzend gängige digitale Audioformate gibt und die meisten Player alles andere als Allesfresser sind und nur einige davon abspielen können.

Warum müssen Sie so viele Musikformate erstellen, um eine Art von Inhalten zu speichern? Der Punkt ist, dass in den allermeisten Fällen der Ton in einer “komprimierten” Form gespeichert wird, da eine Minute unkomprimierter Komposition etwa 10 MB auf der Festplatte belegt. Einerseits scheint dies nicht viel zu sein, andererseits, wenn Sie ein Musikliebhaber sind und Ihre Sammlung aus mehreren hundert oder sogar Tausenden von Songs besteht, ist es klar, dass der Sound komprimiert werden muss, um den Platz zu reduzieren, den er einnimmt elektronische Medien.

Zum Komprimieren von Musikdateien werden verschiedene spezielle Algorithmen verwendet, die anschließend die Struktur und Darstellung der Audiodaten oder sogenannte digitale Audiodateiformate bestimmen. Alle Audioformate können in drei Gruppen unterteilt werden: unkomprimierte Audioformate, verlustfreie Komprimierung und verlustbehaftete Komprimierung.

KEINE KOMPRESSION

Eines der am weitesten verbreiteten Formate in Bezug auf diesen Typ ist das bekannte WAV. Der Sound von Dateien mit dieser Erweiterung wird ohne Komprimierung oder Änderungen gespeichert. Es ist richtig, dass viel mehr Speicherplatz zum Speichern unkomprimierter Dateien erforderlich ist. Daher wird WAV nur in professionellen Audio- und Videoanwendungen verwendet, bei denen der Ton vor der Verarbeitung keinen Qualitätsverlust aufweisen sollte. Das Speichern gewöhnlicher Musikkompositionen in dieser Form ist eine ungerechtfertigte Verschwendung.

Zum Abspielen von WAV-Dateien benötigen Sie keine spezielle Software, da alle Mediaplayer dieses Format verstehen, einschließlich des im Windows-System integrierten Standard-Windows Media-Audioplayers.

Ein weiteres erwähnenswertes Format zum Speichern von unkomprimiertem Audio ist die Apple-Entwicklung AIFF (Audio Interchange File Format). Wie Sie vielleicht vermutet haben, wird es am häufigsten auf Macintosh-Computern unter Mac OS X verwendet.

VERLUSTLOSE KOMPRESSION (KEIN VERLUST)

Verlustfreie Komprimierungsalgorithmen für Audiodateien arbeiten nach dem Prinzip herkömmlicher Aktenschränke. Sie bieten nicht die höchste Komprimierungsstufe (40 bis 60%), während sie praktisch keinen Einfluss auf die Klangqualität haben. Es ist auch erwähnenswert, dass in diesem Fall die verschlüsselten Daten vollständig in ihrer ursprünglichen Form wiederhergestellt werden können. Daher wird die Verwendung der verlustfreien Komprimierung am häufigsten in Fällen verwendet, in denen es wichtig ist, die Identität der komprimierten Daten in Bezug auf das Original beizubehalten.

Die beliebtesten Audioformate in dieser Gruppe sind FLAC (Free Lossless Audio Codec), APE (Monkey’s Audio), WMA (Windows Media Lossless) und ALAC (Apple Lossless Audio Codec). Jeder hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Beispielsweise bietet der APE-Codec etwas bessere Komprimierungsgewinne, während FLAC häufiger vorkommt. Im Allgemeinen speichern alle echten Musikliebhaber ihre Musiksammlungen in verlustfreien Formaten, da sie keine Daten aus dem Audiostream entfernen und mit diesen Codecs erstellte Dateien auch auf hochwertigen Stereoanlagen wiedergegeben werden können.


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Digitale Audioinformationen (Teil 3)

Digitale Audioinformationen (Teil 3)

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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”.

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

Digital Audio

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.