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.