Digitale Audiokomprimierungsmethoden
Verlustfreie Kompression
Im Allgemeinen bedeutet verlustfreie Komprimierung Folgendes: In den Originaldaten befindet sich ein Muster, und unter Berücksichtigung dieses Musters wird ein zweiter Stream generiert, der das Original eindeutig beschreibt. Um beispielsweise Binärsequenzen mit vielen Nullen und wenigen Einsen zu codieren, können wir den folgenden Ersatz verwenden:
00> 0
01> 10
10> 110
11> 111
In diesem Fall 16 Bits:
00 01 00 00 11 10 00 00
wird in dreizehn Bits konvertiert:
0 10 0 0 111 110 0 0
Wenn wir eine komprimierte Zeichenfolge ohne Leerzeichen schreiben, können wir dennoch Leerzeichen hinzufügen, was bedeutet, dass die ursprüngliche Sequenz wiederhergestellt wird.
FLAC (Free Lossless Audio Codec – Kostenloser verlustfreier Audio Codec)
Codierungsprinzip: Der Algorithmus versucht, das Signal mit dieser Funktion zu beschreiben, damit das Ergebnis, das nach Subtraktion vom Original (Differenz, Rest, Fehler genannt) erhalten wird, mit einem Minimum an Bits codiert werden kann.
Wenn das Modell angepasst ist, subtrahiert der Algorithmus die Näherung vom Original, um ein Restsignal (Fehler) zu erhalten, das dann verlustfrei codiert wird.
Verlustbehaftete Komprimierung (MP3, AAC, WMA, OGG)
Bei Verwendung eines verlustbehafteten Komprimierungsalgorithmus beträgt die Größe einer MP3-Datei mit einer durchschnittlichen Bitrate von 128 kbit / s ungefähr 1/11 der Originaldatei einer Audio-CD (unkomprimiertes Audio im CD-Audio-Format weist eine Rate auf 1411,2 kbps Bitrate). MP3-Dateien können mit hohen oder niedrigen Bitraten erstellt werden, was sich auf die Qualität des Ergebnisses auswirkt.
Das Prinzip der Komprimierung besteht darin, die Präzision einiger Teile des Schallflusses zu verringern, was für die meisten Menschen kaum zu unterscheiden ist. Das Audiosignal ist in gleich lange Segmente unterteilt, von denen jedes nach der Verarbeitung in einen eigenen Frame (Frame) gepackt wird. Die spektrale Zerlegung erfordert die Kontinuität des Eingangssignals. Daher werden die vorherige und die nächste Tabelle auch für Berechnungen verwendet. Das Audiosignal enthält Harmonische mit einer niedrigeren Amplitude und Harmonische, die nahe am stärksten sind. Solche Harmonischen werden abgeschnitten, da das durchschnittliche menschliche Ohr das Vorhandensein oder Fehlen solcher Harmonischen nicht immer bestimmen kann. Diese Eigenschaft des Hörens wird als Maskierungseffekt bezeichnet. Es ist auch möglich, zwei oder mehr nahegelegene Peaks durch einen gemittelten zu ersetzen (was in der Regel zu Klangverzerrungen führt). Das Abschaltkriterium wird durch die Abflussanforderung bestimmt. Da das gesamte Spektrum relevant ist, werden hochfrequente Harmonische nicht abgeschnitten, sondern nur selektiv entfernt, um den Informationsfluss aufgrund der Verdünnung des Spektrums zu verringern. Nach der spektralen Entfernung werden mathematische Komprimierungs- und Rahmenpackungsmethoden angewendet.
Maskierungseffekt
In bestimmten Fällen kann ein Ton durch einen anderen Ton ausgeblendet werden. Zum Beispiel kann es völlig unmöglich sein, neben einer Bahnstrecke zu sprechen, wenn ein Zug vorbeifährt. Diese Art von Effekt wird als Maskierung bezeichnet. Ein schwacher Ton wird als maskiert bezeichnet, wenn er bei einem lauteren Ton nicht mehr zu unterscheiden ist.
Gleichzeitige Maskierung
Wenn zwei beliebige Geräusche gleichzeitig gehört werden, wirken sie sich auf die Wahrnehmung der relativen Lautstärke zwischen ihnen aus. Ein lauteres Geräusch verringert die Wahrnehmung eines schwächeren, bis Ihr Gehör verschwindet. Je näher die Frequenz des maskierten Tons an der Frequenz des Maskierers liegt, desto mehr wird er ausgeblendet. Der Maskierungseffekt ist nicht der gleiche, wenn der maskierte Klang in Bezug auf die Maskierung in der Frequenz nach unten oder oben verschoben wird. Niederfrequenter Ton maskiert hochfrequenten Ton. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass hochfrequente Töne niederfrequente Töne nicht maskieren können.
Zeitmaskierung
Dieses Phänomen ähnelt der Frequenzmaskierung, jedoch tritt hier eine Zeitmaskierung auf. Wenn das Maskierungsgeräusch gestoppt wird, bleibt die Maskierung einige Zeit unhörbar. Unter normalen Bedingungen hält die Wirkung der vorübergehenden Maskierung viel weniger an. Die Maskierungszeit hängt von der Frequenz und Amplitude des Signals ab und kann bis zu 100 ms betragen.
In dem Fall, in dem der Maskierungston später als der maskierte erscheint, wird der Effekt als Nachmaskierung bezeichnet. Wenn der Maskierungston vor der Maskierung erscheint (dies ist auch möglich), wird der Effekt als Vormaskierung bezeichnet.
Müdigkeit nach dem Reiz
Oft sinkt die Hörempfindlichkeit einer Person dramatisch, wenn sie lauten, hochintensiven Geräuschen ausgesetzt wird. Die Wiederherstellung normaler Schwellenwerte kann bis zu 16 Stunden dauern. Dieser Vorgang wird als “vorübergehende Änderung der Hörschwelle” bezeichnet.