Was sind die Vor- und Nachteile von digitalem Audio?
Die digitale Darstellung von Ton ist vor allem für die Möglichkeit der endlosen Speicherung und Wiedergabe ohne Qualitätsverlust wertvoll; Die Umstellung von analog auf digital und umgekehrt führt jedoch zwangsläufig zu einem teilweisen Verlust.
Die unangenehmsten Verzerrungen, die in der Digitalisierungsstufe eingeführt werden, sind das granulare Rauschen, das auftritt, wenn das Signal aufgrund der Rundung der Amplitude auf den nächsten diskreten Wert durch den Pegel quantisiert wird. Im Gegensatz zu einfachem Breitbandrauschen, das durch Quantisierungsfehler verursacht wird, ist granulares Rauschen die harmonische Verzerrung des Signals, die im oberen Teil des Spektrums am deutlichsten erkennbar ist.
Die Leistung des körnigen Rauschens ist umgekehrt proportional zur Anzahl der Quantisierungsschritte; Aufgrund der logarithmischen Charakteristik des Hörens mit linearer Quantisierung (konstanter Schrittwert) haben leise Töne weniger Quantisierungsschritte als laute Töne, und infolgedessen fällt die Hauptdichte nichtlinearer Verzerrungen in den Bereich der Töne. Leise. Dies führt zu einer Begrenzung des Dynamikbereichs, die idealerweise (ohne Berücksichtigung der harmonischen Verzerrung) dem Signal-Rausch-Verhältnis entspricht. Die Notwendigkeit, diese Verzerrung zu begrenzen, verringert jedoch den Dynamikbereich für die 16-Bit-Codierung auf 50-60 dB. Die Situation hätte durch logarithmische Quantifizierung gerettet werden können, aber ihre Implementierung in Echtzeit ist sehr schwierig und teuer.
Die durch granulares Rauschen verursachte Verzerrung kann verringert werden, indem dem Signal normales weißes Rauschen (zufälliges oder pseudozufälliges Signal) mit einer Amplitude von der Hälfte des niedrigstwertigen Bits hinzugefügt wird; Eine solche Operation wird Dithering genannt. Dies führt zu einem leichten Anstieg des Rauschpegels, schwächt jedoch die Korrelation von Quantisierungsfehlern mit den Komponenten des Hochfrequenzsignals und verbessert die subjektive Wahrnehmung. Anti-Aliasing wird auch angewendet, bevor die Samples durch Verringern ihrer Bittiefe gerundet werden. Dithering und Rauschformung sind im Wesentlichen Sonderfälle derselben Technologie, mit dem Unterschied, dass im ersten Fall weißes Rauschen mit einem flachen Spektrum und im zweiten Fall Rauschen mit einem Spektrum mit einer “Form” verwendet wird “Besondere.
Beim Wiederherstellen von Audio von digital auf analog besteht das Problem, die gestufte Wellenform zu glätten und die durch die Abtastrate eingeführten Harmonischen zu unterdrücken. Aufgrund der Unvollkommenheit des Frequenzgangs der Filter kann eine unzureichende Unterdrückung dieser Störung oder eine übermäßige Dämpfung nützlicher Hochfrequenzkomponenten auftreten. Schlecht unterdrückte Oberwellen der Abtastrate verzerren die Form des analogen Signals (insbesondere im Hochfrequenzbereich), was zu einem “rauen” und “schmutzigen” Klang führt.