ÜBER DIGITALE AUDIOFORMATE


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ÜBER DIGITALE AUDIOFORMATE

Digital Audio Formats

Heutzutage gibt es mehrere digitale Audioformate, die in ihrer Qualität den CDs überlegen sind und sowohl auf physischen Medien als auch im Internet verfügbar sind. Was hören fortgeschrittene Soundliebhaber jetzt? Lass es uns herausfinden.

Digital Audio Formats

Die Fähigkeiten und die Qualität des CD-DA-Formats wurden ursprünglich durch die Fähigkeiten von CD als Medium eingeschränkt. Der Legende nach wurde die Standardkapazität von 74 Minuten für CDs gewählt, um lange klassische Stücke aufnehmen zu können, ohne sie in zwei Discs aufzuteilen. Und um genau zu sein, diese Figur erschien dank Beethovens Neunter Symphonie: Sie dauert genau 74 Minuten. Ein weiterer Standardparameter war die Abtastrate von 44,1 kHz. Diese Abbildung definiert die Obergrenze des wiedergegebenen Frequenzbereichs. Für eine CD, die Frequenzen bis zu 20 kHz wiedergeben musste, war dies die niedrigstmögliche Trägerfrequenz. Infolgedessen war das einzige Manöverfeld die Bittiefe, deren Pegel 16 Bit betrug. Bei der Tonaufnahme bestimmt die Bittiefe den Dynamikbereich und die Auflösung.

Die CD kann nicht wie gewohnt in den Speicher des Computers kopiert werden, da normalerweise Dateien kopiert werden. Zum Speichern einer CD-DA benötigen Sie ein spezielles Programm, mit dem Sie auf einer Audio-Disc aufgezeichnete Daten in das PCM-Format (WAV-Datei) konvertieren können. Durch einen ordnungsgemäß organisierten CD-DA-Kopiervorgang erhalten Sie eine vollständig identische digitale Kopie auf Ihrer Festplatte. Audio-CDs werden im Allgemeinen auf einem Computer als große FLAC-Audiodatei (auch WAV, WV oder APE) mit einer CUE-Karteikarte oder als separate Titel gespeichert.

Als bestes digitales Audioformat hielt die CD nicht so lange, etwas mehr als zehn Jahre. Mitte der neunziger Jahre erschien das erste Format, das eine bessere Klangqualität ermöglicht. HDCD war eine verbesserte Version von CD-DA. Ihr Unterschied bestand in einem speziellen Aufzeichnungsalgorithmus, der es ermöglichte, zusätzliche Daten zur Abtasttiefe in einem Standard-CD-Format zu speichern. Bei einem HDCD-Decoder empfing das Ausgangssignal nicht 16, sondern 20 Bit, was nicht den Standard von 96 ergab, sondern einen Dynamikbereich von bis zu 120 dB und eine sehr merkliche Erhöhung der Aufnahmeauflösung. Gleichzeitig haben Geräte ohne HDCD-Decoder Discs wie normale CD-DAs abgespielt. Interessanterweise, wenn Sie eine solche Festplatte auf die gleiche Weise auf einem PC speichern,

Der nächste Sprung in Bezug auf die Klangqualität erfolgte zu Beginn des neuen Jahrtausends. Dem audiophilen Publikum wurden gleichzeitig zwei HD-Audioformate vorgestellt, die fast gleichzeitig auftraten. DVD-Audio, eine Weiterentwicklung der traditionellen Aufnahmemethode, die von Panasonic und Toshiba beworben wird. Es kann 24-Bit / 192 kHz im Stereomodus und 24-Bit / 96 kHz im Mehrkanalmodus aufnehmen.

Das SACD-Format konkurrierte damit, was übrigens viel weniger wie eine normale CD aussah, obwohl es “Super-CD” genannt wurde. Die von Sony entwickelte Super Audio-CD basiert auf dem revolutionären DSD-Codierungsalgorithmus. Dieses Digitalisierungsverfahren ging von einer Ein-Bit-Abtastung bei einer ultrahohen Frequenz von 2,8224 MHz aus. Die Codierungs- und Decodierungsprinzipien eines DSD-Streams sind viel einfacher als in High-Bit-Formaten und liegen im Wesentlichen näher bei die Prinzipien der analogen Technologie. Gleichzeitig behält das SACD-Format alle Vorteile des fortschrittlichen digitalen Formats bei und weist Ausgabeeigenschaften auf, die sowohl in der Klangqualität als auch in der Anzahl der Kanäle mit DVD-Audio vergleichbar sind.

Sowohl DVD-Audio als auch SACD wurden mit einem hohen Maß an Kopierschutz entwickelt, aber neugierige Köpfe haben bereits beide Formate überzeugt. Auf Wunsch kann der Inhalt beider Disc-Typen als Bilder auf einem PC gespeichert werden ISO- (ohne Änderung der Struktur und des ursprünglichen Codecs) oder FLAC-Spuren in 24-Bit / 96 kHz oder 24-Bit / 192 kHz. Fast zeitgleich mit den Formaten DVD-Audio und SACD wurde ein weiteres Originalformat für die Veröffentlichung hochwertiger Musik geboren: DAD 24/96. DAD steht für Digital Audio Disk, ist jedoch im Wesentlichen ein DVD-Video mit einem hochwertigen Standbild und Ton, das auf jedem Standard-DVD-Player oder -PC abgespielt werden kann.

Mit diesem Ansatz sind Blu-ray-Medien mit ihren HD-Tonformaten, die in hoher Qualität ohne Komprimierung aufgenommen wurden, offensichtlich für die Aufnahme von Musik in hoher Qualität geeignet. Derzeit gibt es jedoch nur wenige solcher Veröffentlichungen, und eine spezielle Version des BD-Audio-Formats hat jede Chance, nicht das Licht der Welt zu erblicken, da der Verkauf von hochwertigem Audiomaterial im Internet bereits sehr aktiv ist. Jeder, der DVD-Audio-, DAD- und SACD-Discs nicht selbst in das FLAC-Format konvertieren möchte, kann offiziell Alben kaufen, die bereits in 24-Bit / 96-kHz- oder 24-Bit / 192-kHz-Qualität konvertiert wurden.


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Audiokodierung und -verarbeitung

Audiokodierung und -verarbeitung

Audio processing

Toninformationen. Schall ist eine Welle, die sich mit sich ständig ändernder Intensität und Frequenz durch Luft, Wasser oder ein anderes Medium bewegt.

Audio processing

Eine Person nimmt Schallwellen (Luftschwingungen) mit Hilfe des Hörens in Form von Geräuschen unterschiedlicher Lautstärke und Tonhöhe wahr. Je höher die Intensität der Schallwelle ist, desto lauter der Schall, desto höher die Frequenz der Welle, desto höher die Tonhöhe

Das menschliche Ohr nimmt Schall mit einer Frequenz von 20 Schwingungen pro Sekunde (leiser Schall) bis 20.000 Schwingungen pro Sekunde (hoher Schall) wahr.

Eine Person kann Schall in einem weiten Bereich von Intensitäten wahrnehmen, in denen die maximale Intensität 10 bis 14 Mal höher ist als die minimale (einhunderttausend Milliarden Mal). Zur Messung der Lautstärke wird eine spezielle Einheit “Dezibel” (dbl) verwendet (Tabelle 5.1). Das Verringern oder Erhöhen der Schalllautstärke um 10 dB entspricht einer 10-fachen Verringerung oder Erhöhung der Schallintensität.

Tabelle 5.1. Lautstärke
Lautstärke in Dezibel
Untergrenze der Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs 0
Blatt flüstert zehn
Gespräch 60
Horn 90
Düsentriebwerk 120
Schmerzschwelle 140
Sound Time Sampling. Damit ein Computer Ton verarbeiten kann, muss ein kontinuierliches Audiosignal mithilfe von Zeitabtastung in eine diskrete digitale Form umgewandelt werden. Eine kontinuierliche Schallwelle ist in separate kleine Zeitabschnitte unterteilt, für jeden Abschnitt wird ein bestimmter Wert für die Schallintensität festgelegt.

Daher wird die kontinuierliche Abhängigkeit der Lautstärke des Schalls zum Zeitpunkt A (t) durch eine diskrete Folge von Lautstärkepegeln ersetzt. In der Grafik scheint dies eine glatte Kurve durch eine Folge von “Schritten” zu ersetzen.

Abtastfrequenz. Ein an die Soundkarte angeschlossenes Mikrofon wird verwendet, um analogen Ton aufzunehmen und in ein digitales Format umzuwandeln. Die Qualität des erhaltenen digitalen Klangs hängt von der Anzahl der Messungen des Schallpegels pro Zeiteinheit ab, dh von der Abtastfrequenz. Je mehr Messungen in 1 Sekunde durchgeführt werden (je höher die Abtastfrequenz), desto genauer wiederholt die “Leiter” des digitalen Audiosignals die Kurve des Dialogsignals.

Die Audio-Abtastrate ist die Anzahl der Audio-Lautstärkemessungen in einer Sekunde.

Die Audio-Abtastrate kann zwischen 8000 und 48000 Schallvolumenmessungen pro Sekunde variieren.

Audio-Codierungstiefe. Jedem “Schritt” wird ein bestimmter Wert für die Lautstärke zugewiesen. Lautstärkepegel können als eine Reihe möglicher Zustände N angesehen werden, für die eine bestimmte Menge an Informationen I erforderlich ist, die als Audiocodierungstiefe bezeichnet wird.

Die Audiocodierungstiefe ist die Informationsmenge, die zum Codieren der diskreten Lautstärkepegel von digitalem Audio erforderlich ist.

Bei bekannter Codierungstiefe kann die Anzahl der digitalen Audio-Lautstärkepegel mit der Formel N = 2 I berechnet werden. Lassen Sie die Audiocodierungstiefe 16 Bit betragen, dann beträgt die Anzahl der Lautstärken:

N = 2 I = 2 16 = 65 536.

Während des Codierungsvorgangs wird jedem Schallpegel ein eigener 16-Bit-Binärcode zugewiesen. Der niedrigste Schallpegel entspricht dem Code 0000000000000000 und der höchste – 1111111111111111.

Die Qualität des digitalisierten Klangs. Je höher die Abtastfrequenz und -tiefe des Klangs ist, desto besser ist der Klang des digitalisierten Klangs. Die niedrigste Qualität des digitalisierten Tons, die der Qualität der Telefonkommunikation entspricht, wird mit einer Abtastrate von 8000 Mal pro Sekunde, einer Abtastrate von 8 Bit und durch Aufzeichnen einer Audiospur (“Mono” -Modus) erhalten. Die höchste Qualität des digitalisierten Klangs, die der Qualität einer Audio-CD entspricht, wird mit einer Abtastrate von 48.000 Mal pro Sekunde, einer Abtastrate von 16 Bit und der Aufnahme von zwei Audiospuren (Stereomodus) erreicht. .

Es ist zu beachten, dass das Informationsvolumen in der Audiodatei umso größer ist, je höher die Qualität des digitalen Klangs ist. Es ist möglich, das Informationsvolumen einer digitalen Stereo-Sounddatei mit einer Dauer von 1 Sekunde bei einer durchschnittlichen Klangqualität (16 Bit, 24.000 Messungen pro Sekunde) zu schätzen. Dazu muss die Codierungstiefe mit der Anzahl der Messungen in 1 Sekunde multipliziert und mit 2 multipliziert werden (Stereoton):

16 Bit × 24.000 × 2 = 768.000 Bit = 96.000 Byte = 93,75 KB.

Sound-Editoren. Mit Sound-Editoren können Sie Sound nicht nur aufnehmen und wiedergeben, sondern auch bearbeiten.

Audiokodierung: Geheimnisse gelüftet

Audiokodierung: Geheimnisse gelüftet

audio encoding

Audioeinstellungen für die Videoaufnahme und -übertragung.
Als Menschen, die direkt mit der AV-Sphäre verbunden sind, sprechen wir ständig über Audiocodierung und Audiocodecs, aber was ist das? Ein Audio-Codec ist im Wesentlichen ein Gerät oder ein Algorithmus, der ein digitales Audiosignal codieren und decodieren kann.

Audio Encoding

In der Praxis sind die über Funk übertragenen Audiowellen kontinuierliche analoge Signale. Signale werden von einem Gerät, das als Analog-Digital-Wandler (ADC) bezeichnet wird, in ein digitales Format konvertiert, und das Rückwärtskonvertierungsgerät ist ein Digital-Analog-Wandler (DAC). Der Codec befindet sich zwischen diesen beiden Funktionen und ermöglicht es Ihnen, einige wichtige Parameter für die erfolgreiche Erfassung, Aufzeichnung und Übertragung eines Audiosignals anzupassen: Codec-Algorithmus, Abtastrate, Bittiefe und Datenrate.

Die drei beliebtesten Audio-Codecs sind Pulse-Code-Modulation (PCM), MP3 und Advanced Audio Coding (AAC). Die Wahl des Codecs bestimmt die Komprimierungsrate und die Aufnahmequalität. PCM ist ein Codec, der von Computern, CDs, digitalen Telefonen und manchmal SACD verwendet wird. Die Quelle des PCM-Signals wird in regelmäßigen Abständen abgetastet und jede Abtastung ist die digitale Amplitude des analogen Signals. PCM ist die einfachste Option zum Digitalisieren eines analogen Signals.

Mit den richtigen Parametern kann dieses digitalisierte Signal ohne Verlust vollständig wieder in Analog umgewandelt werden. Leider ist dieser Codec, der eine fast vollständige Identität mit dem Original-Audio bietet, nicht sehr billig, was zu großen Dateien führt, und diese Dateien sind nicht für das Streaming geeignet. Wir empfehlen die Verwendung von PCM zum Aufzeichnen digitaler Bilder für Ihre Quellen oder bei der Audio-Nachbearbeitung.

Glücklicherweise haben wir immer die Möglichkeit, einen anderen Codec zu wählen, der digitale Daten (anstelle von PCM) komprimieren kann, basierend auf einigen hilfreichen Beobachtungen zum Verhalten von Schallwellen. In diesem Fall müssen Sie jedoch einen Kompromiss eingehen: Alle alternativen Algorithmen sind mit “Verlusten” verbunden, da es unmöglich ist, das ursprüngliche Signal vollständig wiederherzustellen, das Ergebnis jedoch so gut ist, dass die meisten Benutzer es nicht bemerken können der Unterschied.

MP3 ist ein Audiokodierungsformat, das einen digitalen Datenkomprimierungsalgorithmus verwendet, mit dem Sie das Audiosignal in kleineren Dateien speichern können. Der MP3-Codec wird von Benutzern am häufigsten zum Aufzeichnen und Speichern von Musikdateien verwendet. Wir empfehlen die Verwendung von MP3 zum Streamen von Audioinhalten, da weniger Netzwerkbandbreite erforderlich ist.

AAC ist ein neuerer Audio-Codierungsalgorithmus, der der Nachfolger von MP3 ist. AAC ist zum Standard für die Formate MPEG-2 und MPEG-4 geworden. Tatsächlich ist dies auch ein digitaler Datenkomprimierungscodec, jedoch mit weniger Qualitätsverlust als MP3, wenn er mit derselben Bitrate codiert wird. Wir empfehlen die Verwendung dieses Codecs für das Online-Streaming.

Abtastfrequenz (kHz, kHz)
Abtastrate (oder Abtastrate): Die Frequenz, mit der das Signal digitalisiert, gespeichert, verarbeitet oder von analog zu digital konvertiert wird. Zeitabtastung bedeutet, dass das Signal durch eine Anzahl seiner Abtastwerte (Abtastwerte) dargestellt wird, die in regelmäßigen Abständen entnommen werden.

Gemessen in Hertz (Hz, Hz) oder Kilohertz (kHz, kHz) entspricht 1 kHz 1000 Hz. Beispielsweise können 44.100 Abtastungen pro Sekunde als 44.100 Hz oder 44,1 kHz bezeichnet werden. Die ausgewählte Abtastrate bestimmt die maximale Wiedergabefrequenz. Wie aus dem Satz von Kotelnikov hervorgeht, muss die Abtastrate doppelt so hoch sein wie die höchste Frequenz im Signalspektrum, um das ursprüngliche Signal vollständig wiederherzustellen.

Wie Sie wissen, kann das menschliche Ohr Frequenzen zwischen 20 Hz und 20 kHz aufnehmen. Angesichts dieser Parameter und der in der folgenden Tabelle angegebenen Werte können Sie verstehen, warum 44,1 kHz als Abtastfrequenz für CD gewählt wurde und immer noch als sehr gute Frequenz für die Aufnahme angesehen wird.

Es gibt mehrere Gründe für die Wahl einer höheren Abtastrate, obwohl es als Zeit- und Arbeitsverschwendung erscheinen mag, Geräusche außerhalb des Bereichs des menschlichen Gehörs wiederzugeben. Gleichzeitig reichen 44,1 – 48 kHz für den durchschnittlichen Hörer aus, um die meisten Probleme qualitativ hochwertig zu lösen.

Bittiefe
Zusammen mit der Abtastrate gibt es die Bittiefe oder die Tiefe des Klangs. Die Bittiefe ist die Anzahl der digitalen Informationsbits, die für jeden Abtastwert codiert werden sollen. Einfach ausgedrückt bestimmt die Bittiefe die “Genauigkeit” der Eingangssignalmessung. Je größer die Ziffernkapazität ist, desto kleiner ist der Fehler für jede einzelne Umwandlung von der Größe eines elektrischen Signals in eine Zahl und umgekehrt.