Digital-Audio-Analog

Bitrate

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Bitrate

sampling

In der Kommunikation gibt es an, wie viele Datenbits pro Stunde übertragen werden und wird im Allgemeinen in bps (Bit / s) ausgedrückt, wie viele Bits pro Sekunde übertragen (verarbeitet) werden.

Sample Rate

Wenn sie niedrig ist, ist die Größe beim Speichern als Datei klein und es ist Platz auf der Übertragungsleitung für die Kommunikation vorhanden. Wenn beispielsweise ein Audio (1 Kanal) auf 1/3 komprimiert wird, kann das 3-Kanal-Audio mit derselben Bitrate gesendet werden. Entschuldigen Sie die alte Geschichte, aber in Anbetracht des Zeitalters der analogen Kommunikation (analoge Mobiltelefone) unterstützt die Digitalisierung + Komprimierung mehrere Anrufe mit den gleichen Funkwellen.

Schließlich
Ich höre oft, was Hi-Res Audio genannt wird. Die Abtastfrequenz soll 96 kHz oder 192 kHz betragen, was über 48 kHz liegt, die Anzahl der Quantisierungsbits beträgt 24 Bits und die Grenze (hoher Bereich) des menschlichen Gehörs liegt bei etwa 20 kHz, aber es drückt Frequenzen darüber aus . Es wird sein. Es ist die gleiche Bitrate wie das Bild von vor langer Zeit. .. ..
Übrigens scheinen Hunde bis zu 60 kHz und Katzen bis etwa 64 kHz zu hören.

Hi-Res-Beispiel (Hi-Res Audio)
Abtastfrequenz Anzahl der Quantisierungsbits Anzahl der Kanäle Bitrate Ausdrückbare Frequenz
192 kHz 24 2 9.216 kbps 96 kHz
192 kHz 16 16 2 6.144 kbps 96 kHz
96 kHz vierundzwanzig 2 4,608 kbps 48 kHz
96 kHz 16 16 2 3.072 kbps 48 kHz
48 kHz vierundzwanzig 2 2.304 kbps 24 kHz
Betrachtet man die Grenze des menschlichen Hörvermögens (ca. 20 kHz), sind nach dem Abtasttheorem 48 kHz oder 44,1 kHz eine ausreichende Frequenz, aber was ist mit allen? .. ..
In meinem Fall kann ich den hochauflösenden Bereich nicht unterscheiden, aber er sollte in der Lage sein, die verworfene Frequenz bei 48 kHz bis 96 kHz wiederzugeben, und wenn die Anzahl der Quantisierungsbits im 24-Bit-Bereich liegt, der Schalldruck (dB) ist ein bisschen. Fühlt sich an, als würde ich aufsteigen (?) (Es sind nur meine Ohren).
Ich würde gerne einen Vergleich anstellen, wenn ich die Gelegenheit habe, aber ich habe das Gefühl, dass ich nicht nach Gehör sagen kann, dass ich keinen richtigen Regenerator (wie einen teuren analogen Verstärker) habe.

Ist es endlich an der Zeit, dass sich Katzen und Hunde in der Akustikbranche verifizieren lassen? .. ..

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Abtastrate und Bitrate

sample rate

Ich habe beim letzten Mal über Audiodateien geschrieben, aber wenn Sie die Dateigröße reduzieren (Code mit einer niedrigeren Bitrate), verschlechtert sich die Tonqualität tendenziell. Wie viel sollte es wirklich sein? .. ..

Beim Komprimieren mit Audiocodierung (AAC, MP3 usw.) wird die Komprimierungsrate durch die Bitrate zum Zeitpunkt der Codierung bestimmt. Insbesondere wenn Sie eine niedrige Bitrate einstellen, ist die Komprimierungsrate höher und die Dateigröße beim Speichern kleiner, aber zuerst, wie hoch ist die Bitrate für die unkomprimierte Originaltonquelle (PCM)?
Wenn Sie es als PCM speichern, entspricht die Tonqualität dem Originalton, aber es kann etwas umständlich sein, es zu speichern, ohne sich über die Dateigröße Gedanken zu machen. Außerdem finde ich, dass die Speicherkapazität je nach Anwendung auch für die Größe des Originaltons ausreichend ist und die Kommunikationsgeschwindigkeit gut ist. Daher möchte ich über die Samplerate und Bitrate schreiben, die oft bei digitalem Audio zu hören sind.

Die Bitrate von digitalem Audio wird durch die Abtastfrequenz, die Anzahl der einem Sample zugewiesenen Bits (Anzahl der Quantisierungsbits) und die Anzahl der Kanäle (Stereo, Mono usw.) bestimmt.

PCM-Bitrate (unkomprimiert) = Abtastrate x Anzahl Quantisierungsbits x Anzahl Kanäle
Wie ich letztes Mal etwas geschrieben habe, zum Beispiel in Dateicontainern wie wav und mp4 Format, werden diese Informationen als Header angehängt, damit die Anwendung den Header sehen und abspielen kann. Die Komprimierungsrate der Codierung wird durch die zum Zeitpunkt der Codierung angegebene Bitrate für diese PCM-Bitrate (unkomprimiert) bestimmt.
Wie viele von Ihnen beispielsweise von Musik-CDs wissen, ist dies mit 44,1 kHz Stereo die nächste Bitrate.

Bitrate der Musik-CD: 44100 Hz x 16 Bit x 2 Kanäle (Stereo) = 1411,2 kbps
Bei der Kodierung mit MP3, AAC usw. ist es selbstverständlich, eine Bitrate von weniger als 1411,2 kbps anzugeben. Bei einer Kodierung mit 256 kbps beträgt die Komprimierungsrate beispielsweise etwa 18 %, wenn der Originalton 100 % beträgt und die Dateigröße 1/5 oder weniger beträgt.

Musik-CDs mit 256 kbps codieren: 256 kbps / 1.411,2 kbps = ca. 18 %
Im Allgemeinen betragen die Abtastraten von Audiogeräten, die tatsächlich an PCs angeschlossen sind, 48 kHz und 44,1 kHz für Musik, 16 kHz und 8 kHz für Audio wie Mikrofone und Kopfhörer und 32 kHz, 24 kHz, 22,05 kHz usw.

Die Bitrate von PCM (unkomprimierte Tonquelle) mit 16-Bit-Quantisierungsbits ist wie folgt.

Stereo (für Musik) PCM 16-Bit-Bitrate (Beispiel)
Abtastfrequenz Anzahl Quantisierungsbits Anzahl Kanäle Bitrate Kommentare
48 kHz 16 16 2 1.536 kbps
44,1 kHz 16 16 2 1.411,2 kbps Musik-CD
32 kHz 16 16 2 1.024 kbps
24 kHz 16 16 2 768 kbps
22,05 kHz 16 16 2 705,6 kbps
16-Bit monaurale PCM-Bitrate (für Audio) (Beispiel)
Abtastfrequenz Anzahl Quantisierungsbits Anzahl Kanäle Bitrate Kommentare
32 kHz 16 16 1 512 kbps Superbreitband
24 kHz 16 16 1 384 kbps
16 kHz 16 16 1 256 kbps Breitband
8 kHz 16 16 1 128 kbps Schmalband

Abtastrate
Wenn Sie im Internet nachsehen, finden Sie Erklärungen wie das Sampling, das erforderlich ist, um analoge Wellenformen in eine digitale Umwandlung umzuwandeln. Es zeigt beispielsweise an, wie viele Samples eines von einem Mikrofon eingegebenen Audiosignals pro Sekunde aufgenommen und digitalisiert werden. Je größer das Sample, desto größer der Bereich, der aufgezeichnet werden kann. Wenn eine analoge Wellenform digitalisiert wird, ist die ausdrückbare Frequenz die Hälfte der Abtastfrequenz (Abtasttheorem). Bei einer Abtastfrequenz von 48 kHz ist es beispielsweise möglich, bis zu 24 kHz auszudrücken. Bei 8 kHz (Schmalband) und 16 kHz (Breitband), die oft für Audio verwendet werden, können Sie nur bis zu 4 kHz bzw. 8 kHz hören. Je höher die Abtastrate, desto höher die Bitrate.

Abtasttheorem
Es ist eine sehr einfache Erklärung, aber sie kann bis zur Hälfte der Abtastrate ausdrücken. Wenn beim Abtasten eines Signals das Intervall klein ist, kann es nahe am Originalsignal wiederhergestellt werden, aber wenn es zu dick ist, kann es nicht wiederhergestellt werden (ich möchte etwas mehr Details schreiben, wenn es um Signalverarbeitung oder andere Zeiten geht ).

Abtasttheorem

Digital Audio Sampling

Es ist eine sehr einfache Erklärung, aber sie kann bis zur Hälfte der Abtastrate ausdrücken.

Sampling

Wenn beim Abtasten eines Signals das Intervall klein ist, kann es nahe am Originalsignal wiederhergestellt werden, aber wenn es zu dick ist, kann es nicht wiederhergestellt werden (ich möchte etwas mehr Details schreiben, wenn es um Signalverarbeitung oder andere Zeiten geht ).

44,1 kHz
Warum wird der Satz von 44,1 angenommen, der nicht gut getrennt ist? .. ..
Trägt der Techniker nicht absichtlich eine lästige Uhr, um das Kopieren von Musik-CDs zu verhindern? Ich habe so etwas gehört. Als ich gesucht habe, scheint dies passiert zu sein (?) aufgrund der Bequemlichkeit eines alten PCM-Recorders. In diesem Zeitalter ist es schwierig zu wissen, was 44,1 kHz in der Entwicklung ist. Die Abtastumwandlung von 44,1 kHz ↔ 48 kHz bereitet Kopfzerbrechen. USB-Audio (USB-Audiogeräteklasse) tauscht beispielsweise Daten in Intervallen von 1 ms aus. Im Fall von 48 kHz sind die Daten 48 Samples, aber wenn man 44,1 kHz berücksichtigt, sind es 44 Samples (x9) und 45 Samples (x1) in 10 ms. Wenn Sie bei 45 Samples (vorläufig) bei einem Sample schummeln, beträgt es 44,0 kHz. Ich denke, bei Stimme und Musik ist es eher so, und ich denke, das menschliche Ohr ist meistens irreführend (es ist nur meine persönliche Meinung).
Mit einer objektiven Bewertungsmethode wird es jedoch bald ans Licht kommen. Sie können zum Beispiel sehen, dass Sie von einer Sinuswelle (Sinuswelle) eindeutig getäuscht wurden (vielleicht sind Sie unerwartet auf dem Markt).

Anzahl Quantisierungsbits
Die Abtastung musste einen Wert in Zeitrichtung annehmen (Diskretisierung), aber die Quantisierung musste einen Wert in Amplitudenrichtung annehmen. Der Bereich, in dem die Lautstärke des oft gehörten Tons angezeigt werden kann, “96 dB Dynamikbereich” bedeutet, dass die Anzahl der Quantisierungsbits 16 Bit beträgt und das Musiksignal im Bereich von 0 bis 65535 abgespielt wird. Ich kann es tun. Die Anzahl der Quantisierungsbits wird auch als Bittiefe oder Bittiefe bezeichnet.

Bitrate
In der Kommunikation gibt es an, wie viele Datenbits pro Stunde übertragen werden und wird im Allgemeinen in bps (Bit / s) ausgedrückt, wie viele Bits pro Sekunde übertragen (verarbeitet) werden. Wenn sie niedrig ist, ist die Größe beim Speichern als Datei klein und es ist Platz auf der Übertragungsleitung für die Kommunikation vorhanden. Wenn beispielsweise ein Audio (1 Kanal) auf 1/3 komprimiert wird, kann das 3-Kanal-Audio mit derselben Bitrate gesendet werden. Entschuldigen Sie die alte Geschichte, aber in Anbetracht des Zeitalters der analogen Kommunikation (analoge Mobiltelefone) unterstützt die Digitalisierung + Komprimierung mehrere Anrufe mit den gleichen Funkwellen.

Analoges Audio und digitales Audio

Analoges Audio und digitales Audio

Analog vs Digital Audio

Eine Schallwelle ist eine Art komplexe Funktion, die Abhängigkeit der Amplitude einer Schallwelle von der Zeit.

Analog Audio vs. Digital Audio

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.