Analog-Digital-Verarbeitung
Ein digitales Signal wird von analog erhalten oder direkt in digital (in elektrischen Musikinstrumenten) synthetisiert.
Die Konvertierung von analog zu digital umfasst zwei grundlegende Vorgänge: Abtasten und Quantisieren. Diskretisierung ist das Ersetzen eines kontinuierlichen Signals durch eine Reihe von Abtastwerten seiner Momentanwerte, die in regelmäßigen Abständen entnommen werden. Nach dem Satz von Kotelnikov-Chenon kann ein diskretes Signal später vollständig wiederhergestellt werden, solange die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch ist wie die obere Frequenz des Signalspektrums. Die Abtastwerte werden dann entsprechend der Stufe quantisiert: Jeder von ihnen wird ein diskreter Wert zugewiesen, der näher an dem realen Wert liegt. Die Genauigkeit der Quantisierung wird durch die Bitbreite der Binärdarstellung bestimmt. Je höher die Bittiefe, desto mehr Quantisierungspegel (2N,
Das Audio-CD-Format hat eine Abtastfrequenz von 44,1 kHz und 16 Bit. Dies ergibt 44.000 Samples pro Sekunde, von denen jedes einen von 216 = 65536 Pegeln annehmen kann (für jeden der Stereokanäle).
Neben dem 44,1-kHz / 16-Bit-Format werden auch andere für die digitale Aufzeichnung verwendet. Die Studioaufnahme erfolgt in der Regel in 20-24 Bit, dann werden die Daten durch Neuberechnung in eine Audio-CD konvertiert. Die zusätzlichen Bits werden dann verworfen oder (besser) gerundet, manchmal wird pseudozufälliges Rauschen hinzugefügt, um das Quantisierungsrauschen (Dithering) zu reduzieren.
Die fortschrittlichsten benutzerdefinierten Audioformate sind DVD-Audio und Super-Audio-CD (SACD). DVD Audio verwendet den von Meridian entwickelten verlustfreien MLP-Datenkomprimierungsalgorithmus. Und SACD verwendet im Gegensatz zu anderen Formaten keine Pulscodemodulation (PCM oder PCM), sondern eine Ein-Bit-Codierung des DSD-Streams (Discrete Pulse Width Modulation). SACDs werden in Einzel- oder Doppelschicht-Discs (Hybrid-Discs) mit einer normalen CD-Schicht geliefert.
Das beliebteste Audiomedium ist heute die CD, obwohl Audiophile gewisse Einschränkungen in der Klangqualität haben. Der Grund dafür liegt in der niedrigen Abtastrate: Für eine genaue Rekonstruktion von Signalen nahe der Obergrenze des Audiobereichs wird ein Filter benötigt, der physikalisch nicht funktionsfähig ist (seine Impulsantwort deckt den negativen Zeitbereich ab). Dies wird teilweise durch digitale Filterung mit höherer Abtastung und Bittiefe kompensiert. Die Daten auf der Disc sind redundant codiert (Reed-Solomon-Code), um eine reibungslose Wiedergabe in Echtzeit zu gewährleisten.
Für die digitale Audioübertragung ist eine Breitbandkommunikation erforderlich, insbesondere für unkomprimierte hochauflösende Mehrkanalübertragungen.
Abbildung: 1. Digitalisieren eines analogen Signals und Abrufen digitaler Samples auf CD Audio und SACD (rechts)
DIGITAL AUDIO GETRIEBE
Die Kommunikationsleitungen für die digitale Audioübertragung können Kabel, optische Leitungen und Freileitungsfunk sein.
Für die Übertragung von PCM-Signalen über verdrahtete Leitungen wurden AES / EBU-Schnittstellen (symmetrisch, koaxial) und S / PDIF-Schnittstellen (unsymmetrisch koaxial) entwickelt, die die Übertragung verschiedener Signale (Taktfrequenz, digitale Wortrate, Kanaldaten) über ein Kabel. Innerhalb der Geräte werden diese Signale separat übertragen, am Ausgang des Transportmechanismus codiert und am Eingang eines Digital-Analog-Wandlers (in Zwei-Block-Systemen) in einem Digitalempfänger wieder getrennt.
In der Regel wird für die digitale Audioübertragung ein hochwertiges Koaxialkabel verwendet. Es gibt auch S / PDIF-Wandler für Glasfaserleitungen: AT & T ST und Toslink (letzteres ist Standard bei Verbrauchergeräten). Und auch für die Verwendung von Twisted Pair in Ethernet-Kabelnetzwerken. Das Verbreitungsmedium für komprimiertes Audio in Form von archivierten Dateien ist das Internet.
Wie jedes digitale Signal wird digitalisiertes Audio von speziellen Geräten verteilt und geschaltet: Verteilungsverstärker, Matrixschalter und herkömmliche.
Es gibt einen Faktor, der sich negativ auf digitale Signale auswirkt und häufig fast alle Vorteile von digitalem Audio gegenüber analogem Audio zunichte macht, einschließlich der Möglichkeit, Programme ohne Qualitätsverlust wiederholt zu kopieren, zu streamen und zu archivieren: Wir sprechen von Jitter. Jitter ist Jitter oder die Unsicherheit eines Übergangs von 0 nach 1 und umgekehrt.
