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Vorteile von “digitalem Audio”

Das digitalisierte Audiosignal hat folgende Vorteile:

-die Möglichkeit einer unendlich langen Lagerung ohne Verlust der Originalqualität,

-die Fähigkeit, lange Zeit zu reproduzieren, ohne die ursprüngliche Qualität zu verlieren,

-die Möglichkeit einer unendlichen Reproduktion ohne Verlust der Originalqualität,

-Einfachheit und breite Verarbeitungsmöglichkeiten mit modernen Mitteln,

-Resistenz gegen Störungen in Signalübertragungsleitungen.

Von CD zu Super Audio CD und DVD Audio

CD (Compact Disk) ist eine Art austauschbarer Kunststoffdiskette mit optischem Lesen von Informationen.

1979 schlugen Sony und Philips den Red Book-Standard für digitale Audioaufnahmen vor.

Analoger Ton wird digitalisiert und als spiralförmige Spur abwechselnder Nullen und Einsen (Mikronlöcher und eine glatte Oberfläche) auf einer 12-cm-Polycarbonatscheibe aufgezeichnet, die etwas dicker als ein Millimeter ist und mit der dünneren Schicht bedeckt ist Gold (später Aluminium).

Der Laser des Players beleuchtet die Disc und erkennt binäre “Nullen” und “Einsen”, die nach der Verarbeitung wieder in Ton umgewandelt werden. Es ist fast unmöglich, Null mit Eins zu verwechseln. Mögliche Probleme im Zusammenhang mit Lesefehlern und Kratzern auf der Disc-Oberfläche wurden durch digitale Fehlerkorrektur ausgeglichen.

Infolgedessen verringerten sich nicht nur die physischen Abmessungen des Plattenhalters im Vergleich zur Schallplatte, sondern auch die musikalische Kapazität erheblich: bis zu 74 Minuten (der damalige Besitzer von Sony wollte, dass seine Lieblings-Neunte Symphonie von Beethoven in eine passt Scheibe).

1982 begann in Langenhagen (Deutschland) die Massenproduktion von CDs mit der “Alpensinfonie” von I. Strauss.

Echt

Hochwertiges Audio wird jetzt in den Super Audio CD- und DVD-Audioformaten aufgenommen, die:

Verwenden Sie ein DVD-Medium.

Mehrkanalaufzeichnung verwenden (bis zu 5.1),

Abtastrate bis 192 kHz,

Quantisierungspegel: bis zu 24 Bit (jedes Bit verdoppelt die Genauigkeit der Schallübertragung, und bei einer solchen Quantisierungstiefe kann der Dynamikbereich der wiedergegebenen Töne 130 dB überschreiten).

Die neuen Aufnahmeformate bieten die höchste Qualität, sind teuer (15 US-Dollar pro Disc) und nicht beliebt, da sich die meisten Hörer leider nicht allzu sehr um die Klangqualität kümmern.

Digitale Audiooptionen

Die wichtigen Parameter der digitalen Darstellung von Ton sind die Abtastrate der Audiosignale und die Quantisierung von Bits.

Quantisierungsraten geben an, wie oft pro Sekunde ein Signal zur Umwandlung in digitalen Code abgetastet (gemessen in der Amplitude) wird.
Für den CD-Standard sind es 44 kHz (44.000 Mal pro Sekunde), für SACD 192 kHz

Das Quantisierungsbit charakterisiert die Anzahl der Signalschritte und wird durch die Potenz von 2 gemessen.

Für den CD-Standard werden 16-Bit-Audioadapter verwendet, die 65.536 Quantisierungsschritte (2 bis 16 Potenzen) aufweisen, wie bei einer Audio-CD. Für Standard- und 24-Bit-SACD.

Digitaler Audiospeicher

Informationen zum Digitalisieren von Ton enthält eine Reihe von Signalamplitudenwerten, die in regelmäßigen Abständen erfasst werden und in Dateisequenznummern (Amplitudenwerte) geschrieben werden können.

Zwei Methoden werden häufig zum Codieren von Audioinformationen verwendet:

PCM (Pulscodemodulation)

ADPCM (Adaptive Relative Pulse Code Modulation)

PCM (Pulse Code Modulation) ist ein Verfahren zum digitalen Codieren eines Signals durch Aufzeichnen der Absolutwerte der Amplituden. So werden Daten auf allen Audio-CDs aufgezeichnet.

ADPCM (Adaptive Delta PCM) – Zeichnet Signalwerte in relativen Amplitudenänderungen (Inkrementen) auf, sodass Sie Daten vereinfachen können, um weniger Speicherplatz zu beanspruchen.

Die verlustfreie Codierung (für verlustfreie Daten-Odirovanie) ermöglicht die Datenwiederherstellung aus einem vollständig komprimierten Stream (20-50%).

Beliebte verlustfreie Codierungsalgorithmen:

Windows Wave (WAV) ist das primäre Audiodateiformat für Windows.
Das Audio Interchange File Format (AIFF) ist das primäre Audioformat für den Macintosh.

Mit der Verlustcodierung (verlustbehaftete Datencodierung) können Sie eine Klangähnlichkeit des rekonstruierten Signals zum Original mit der höchstmöglichen Datenkomprimierung (10-1 5-mal) erzielen.

Die Basis von Lossy-Encodern ist die Verwendung von psychoakustischen Modellen: Bestimmte Teile des Signals in bestimmten Frequenzbereichen, die für das menschliche Ohr nicht hörbar sind, Nuancen (maskierte oder unhörbare Frequenzen) und treten auf, um sie aus dem ursprünglichen Signal zu entfernen.

Digitaler Ton

Was passiert mit dem Klang in Computerprogrammen?

Digitales Audio ist eine Darstellung von analogem Ton, der von Computern und verschiedenen digitalen Geräten zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Audioinformationen verwendet wird. Wie die Bilder eines Films wird ein digitales Audiosignal aus einer Reihe von Klangfragmenten erstellt, die beim Drücken der Wiedergabetaste abgespielt werden. Es gibt viele verschiedene digitale Audioformate, die sich in der Übertragungsqualität der Audioinformationen voneinander unterscheiden.

Informationen zur Pulscodemodulation – PCM

Wenn wir über einen akustischen Klang oder ein analoges Signal sprechen, sprechen wir immer über die Ausbreitung von Schallwellen im Raum. Während digitales Audio nur eine grobe Beschreibung dessen ist, was mit Ton passiert oder in Computerprogrammen oder digitalen Geräten passieren sollte.

In diesem Artikel wird die Pulscodemodulation (PCM), das am häufigsten verwendete digitale Audio-Decodierungssystem, erläutert. Neben PCM gibt es auch DTS- und Dolby Digital-Systeme, die jedoch hauptsächlich im Bereich der Film- und Videoproduktion eingesetzt werden können. Heute werden wir nicht darüber sprechen.

Bei der Pulscodemodulation wird ein Signal viele Male pro Sekunde gelesen. Zu jedem Lesemoment wird die Amplitude der Schallwelle aufgezeichnet und wiedergegeben. Wie oben erwähnt, ist ein digitales Signal nur eine grobe Kopie eines analogen Signals, da eine analoge Welle nicht mit perfekter Präzision wiederhergestellt werden kann. Die Werte jedes Fragments werden auf die genaueste Genauigkeit gerundet, dann werden alle Fragmente abgespielt und wir hören eine Kopie des ursprünglichen analogen Klangs.

“Über welche Bedeutungen sprechen wir?” – du fragst. So wie analoges Audio durch Frequenz und Amplitude definiert wird, wird digitales Audio durch zwei wichtige Werte bestimmt: die Abtastrate und die Bittiefe. Die Abtastrate gibt an, wie oft pro Sekunde die Fragmente des Audiosignals gelesen werden, und die Bittiefe ist der Wert des Dynamikbereichs jedes Fragments des Audiosignals.

Abtastrate

Die Standard-Abtastrate von 44,1 kHz, die für die Aufnahme von Audio auf CDs verwendet wird (erinnern Sie sich an diese?), Könnte wie eine Zufallszahl erscheinen. Dies ist jedoch überhaupt nicht der Fall. Dieser Wert wurde basierend auf dem Satz von Kotelnikov gewählt, der im Wesentlichen besagt, dass die Abtastfrequenz mehr als zweimal höher sein muss als der Maximalwert der Lesefrequenz. Wie Sie wissen, liegt die Obergrenze der Hörbarkeit des Frequenzbereichs des menschlichen Ohrs bei 20 kHz. Es stellt sich heraus, dass die Abtastfrequenz höher als 40 kHz sein muss. Weitere 4,1 kHz werden hinzugefügt, um Verzerrungen, den sogenannten Aliasing-Effekt, zu vermeiden. Theoretisch sollten 44,1 kHz ausreichen, um ein Audiosignal genau wiederzugeben, es gibt jedoch höhere Werte.

Beispielsweise ist 48 kHz der dominierende Standard in der Film- und Videoproduktion. Wie im Kino wird der Ton mit einer Bildrate von 24 Bildern pro Sekunde synchronisiert. Wir werden nicht näher darauf eingehen, warum genau 24 Bilder pro Sekunde ausgewählt wurden. Mit anderen Worten, dies ist die Mindestfrequenz, mit der wir ein glattes, ansprechendes Bild sehen können. Die Abtastrate muss mit dieser Bildrate übereinstimmen. Die Verwendung einer Frequenz von 44,1 kHz kann zu einer merklichen Synchronisation von Bild und Ton führen. Wiederum basierend auf Kotelnikovs Theorem.

Noch höhere Abtastraten werden von diesen beiden Grundfrequenzen von 44,1 oder 48 kHz abgestoßen und mit einem Vielfachen von 2 multipliziert. Das heißt, 88,2, 96, 192 kHz sind die Standardabtastraten für alle Audiogeräte. modernes Audio.

Bittiefe

Die Bitterkeit oder Bitterkeit einer Audiodatei gibt Auskunft über ihre dynamische Auflösung oder einfacher über die Klarheit. Sie können eine Analogie zur digitalen Fotografie ziehen: Je höher die Auflösung des Fotos, desto klarer und besser wird das Bild.

Hierbei ist zu beachten, dass es sich nicht um die Lautstärke des Signals handelt, sondern um einen realistischeren, saubereren und klareren Klang. Genauere Übertragung des Audiosignals.

Die Bittiefe kann mit dem Text im Buch verglichen werden. Je geringer die Bittiefe ist, desto weniger aussagekräftig wird der Text. Das heißt, das Verringern der Bissigkeit führt dazu, dass einige Buchstaben aus Wörtern verschwinden, Satzzeichen aus Sätzen. Im Moment werden wir immer noch in der Lage sein, die Bedeutung des Textes zu erfassen, aber wenn die Bittiefe weiter abnimmt, werden die Informationen so verzerrt, dass wir einfach aufhören zu verstehen, wovon wir sprechen. Gleiches gilt für den Klang: Je geringer die Bittiefe, desto verzerrter hören wir den Klang.