Analoges Audio und digitales Audio
Eine Schallwelle ist eine Art komplexe Funktion, die Abhängigkeit der Amplitude einer Schallwelle von der Zeit.
Die in der Schallwelle enthaltenen Informationen werden nicht durch die Parameter des Mediums, in dem sich die elastische Welle ausbreitet, und die Schwingungsparameter (Amplitude und Frequenz, Ton und Harmonische) bestimmt.
Jede Form der Aufzeichnung (mechanisch und Skye, magnetisch, optisch, Laser) basiert auf der vorherigen Umwandlung der Schallwelle in einen elektrischen Wechselstrom mit den gleichen Parametern der Schwingungen (über ein Mikrofon).
Analoger Ton wird auf dem Gerät als kontinuierliches elektrisches Signal dargestellt.
Die Klangqualität hängt von der Wiedergabetreue der Wellenform ab, die sehr schwer aufrechtzuerhalten ist.
Bis 1982 konsumierte die Welt “Dosenmusik” nur von analogen Medien: Schallplatten und Magnetbändern.
Gute Schallplatten, die mit guter Ausrüstung gespielt wurden, boten eine hervorragende Klangqualität, die sich leider bei jedem Hören aufgrund mechanischer Abnutzung ein wenig verschlechterte, wenn sich der Stift entlang der Klangrille in den Klang bewegte Staub, der alles durchdrang.
Bandrekorder erforderten präzise Leseköpfe und hohe Bandvorschubgeschwindigkeiten, um eine reibungslose Wiedergabe zu gewährleisten. Mit der Zeit entmagnetisierte sich das Band, die Magnetschicht brach zusammen.
Der Hauptnachteil der analogen Audioaufnahme ist jedoch der unvermeidliche Qualitätsverlust beim Kopieren.
Das Geheimnis der Trigonometrie
Nach der Theorie des Mathematikers Jean Baptiste Fourier kann eine Schallwelle als ein darin enthaltenes Frequenzspektrum dargestellt werden.
Die Frequenzkomponenten des Spektrums sind sinusförmige Schwingungen (reine Töne), von denen jede ihre eigene Amplitude und Frequenz hat.
Nach dem Satz von Kotelnikov kann jede Schwingung, selbst die komplexeste Form (zum Beispiel eine menschliche Stimme), eindeutig und ohne Verlust aus ihren diskreten Abtastwerten mit einer Frequenz wiederhergestellt werden, die der doppelten Maximalfrequenz entspricht.
Vladimir Aleksandrovich Kotelnikov (1908-2005) – ein bekannter sowjetischer und russischer Wissenschaftler auf dem Gebiet der Funktechnik, Funkkommunikation und Radioastronomie.
Überwachung . Das Signal mit endlicher Dauer hat ein unendlich breites Spektrum. Wenn ein Signal mit einer endlichen Dauer abgetastet wird, ist es daher unmöglich, es ohne Qualitätsverlust aus den Abtastwerten wiederherzustellen.
Digitalisierung von Audioinformationen
Die Digitalisierung von Schall ist die Aufzeichnung der Amplitude des Signals in bestimmten Intervallen und die Aufzeichnung der Amplitudenwerte, die in Form gerundeter digitaler Werte erhalten werden.
Jeder Computer enthält ein Motherboard und einen Audioadapter (Soundkarte).
Zu den Soundkarten gehören: ADC (Analog-Digital-Wandler), Synthesizer, Mixer, DAC-Verstärker (Digital-Analog-Wandler), MIDI-Schnittstellenanschluss für Spielgeräte.
Um digitalen Ton aufzunehmen, erzeugt der ADC:
zeitliche Abtastung eines kontinuierlichen Signals (bestimmt den Wert der Amplitude des Signals mit der Frequenz, die erforderlich ist, um seine ursprüngliche Form wiederherzustellen = die doppelte maximale Frequenz der Schallwelle);
Quantisierung durch die Pegel der gemessenen Signalwerte (bestimmt die Anzahl der festen Werte (Pegel, Abstufungen) der Amplitude des Signals);
Signalcodierung (Schreiben in ein Binärzahlensystem).
Der umgekehrte Vorgang wird vom DAC (Digital-Analog-Wandler) ausgeführt.
Bitrate
Bitrate (Bitrate): buchstäblich Informationsbits der Übertragungsrate.
Die Bitrate ist die effektive Informationsübertragungsrate durch den Kanal (die Übertragungsrate von “nützlichen Informationen” zusätzlich zu den Dienstinformationen), ausgedrückt in Kilobit pro Sekunde (Kilobit pro Sekunde, kbps).
In verlustbehafteten Komprimierungsvideo- und Audioübertragungsformaten drückt der Bitratenparameter den Komprimierungsgrad des Streams aus und bestimmt somit die Größe des Kanals, für den der Datenstrom komprimiert wird.
P-Modus-Komprimierungsdatenstrom:
mit konstanter Bitrate (konstante Bitrate, CBR) – Die erforderliche Bitrate wird anfänglich eingestellt, die sich in der gesamten Datei nicht ändert. Es ermöglicht eine recht genaue Vorhersage der endgültigen Dateigröße, bietet jedoch kein optimales Verhältnis von Größe zu Qualität für Musikwerke, deren Klang sich im Laufe der Zeit dynamisch ändert.
mit variabler Bitrate (VBR): Der Codec ändert den Wert der Bitrate basierend auf dem gewünschten Qualitätsniveau gemäß dem psychoakustischen Modell. Es bietet die beste Qualität der Ausgabedatei, ist jedoch nicht vorhersehbar (es kann sich mehrmals unterscheiden).
mit einer durchschnittlichen Bitrate (ABR): eine Mischung aus konstanten und variablen Bitraten: Der Benutzer stellt die Bitrate in kbit / s ein und das Programm variiert sie innerhalb bestimmter Grenzen.