Wie Ton codiert wird
Schall ist eine Welle, die sich häufiger in Luft, Wasser oder einem anderen Medium mit einer sich ständig ändernden Intensität und Frequenz ausbreitet.
Eine Person kann Schallwellen (Luftschwingungen) mit Hilfe des Hörens in Form von Schall wahrnehmen und dabei zwischen Lautstärke und Tonhöhe unterscheiden.
Je höher die Intensität der Schallwelle ist, desto lauter der Schall, desto höher die Frequenz der Welle, desto höher die Tonhöhe.
Wir haben zuvor ausführlicher über die menschliche Wahrnehmung von Geräuschen geschrieben. Sie können sie hier lesen.
Wie Audio codiert wird (digitale Codierung und Audioverarbeitung)
Abhängigkeit der Lautstärke sowie des Tons von der Intensität und Frequenz der Schallwelle.
Hertz (bezeichnet mit Hz oder Hz) ist eine Maßeinheit für die Frequenz periodischer Prozesse (z. B. Schwingungen).
1 Hz bedeutet eine Ausführung des Prozesses in einer Sekunde: 1 Hz = 1 / s.
Wenn wir 10 Hz haben, bedeutet dies, dass wir zehn Ausführungen dieses Prozesses in einer Sekunde haben.
Das menschliche Ohr kann Schall mit Frequenzen von 20 Schwingungen pro Sekunde (20 Hertz, leiser Schall) bis 20.000 Schwingungen pro Sekunde (20 KHz, hoher Schall) wahrnehmen.
Darüber hinaus kann eine Person Schall in einem weiten Bereich von Intensitäten wahrnehmen, bei denen die maximale Intensität 1014-mal höher ist als die minimale (einhunderttausend Milliarden Mal).
Zur Messung der Schalllautstärke wurde eine spezielle Einheit von “Dezibel” (dB) erfunden und verwendet.
Eine Abnahme oder Zunahme der Schalllautstärke um 10 dB entspricht einer 10-fachen Abnahme oder Zunahme der Schallintensität.
Charakteristischer Klang Lautstärke gemessen in Dezibel
Untergrenze der Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs 0
Blatt flüstert zehn
Gespräch 60
Horn 90
Düsentriebwerk 120
Schmerzschwelle 140
Lautstärke in Dezibel
Audio-Sampling synchronisieren
Damit Computersysteme Ton verarbeiten können, muss ein kontinuierliches Audiosignal durch Zeitabtastung in eine diskrete digitale Form umgewandelt werden.
Dazu wird eine kontinuierliche Schallwelle in separate kleine Zeitabschnitte unterteilt, für jeden Abschnitt wird ein bestimmter Wert der Schallintensität eingestellt.
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.
Wie Audio codiert wird (digitale Codierung und Audioverarbeitung)
Audio-Sampling synchronisieren
Ein an die Soundkarte angeschlossenes Mikrofon wird verwendet, um analoges Audio aufzunehmen und in ein digitales Format umzuwandeln.
Je dichter die einzelnen Streifen auf der Grafik sind, desto besser ist es, den Originalton endgültig wiederherzustellen.
Die resultierende digitale Klangqualität hängt von der Anzahl der Schallpegelmessungen pro Zeiteinheit ab, dh von der Abtastfrequenz.
Die Audio-Abtastrate ist die Anzahl der Audio-Lautstärkemessungen in einer Sekunde.
Je mehr Messungen in einer Sekunde durchgeführt werden (je höher die Abtastfrequenz), desto genauer wiederholt die “Leiter” des digitalen Audiosignals die Kurve des analogen Signals.
Jedem “Schritt” des Diagramms wird ein bestimmter Wert für die Lautstärke zugewiesen. Lautheitspegel können als eine Reihe möglicher N-Zustände (Abstufungen) betrachtet werden, für deren Codierung eine bestimmte Menge an I-Informationen 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 nach der allgemeinen Formel N = 2 I berechnet werden.
Die Audiocodierungstiefe beträgt beispielsweise 16 Bit. In diesem Fall beträgt die Anzahl der Lautstärkepegel:
N = 2I = 2 16 = 65 536.
Während des Codierungsprozesses wird jedem Schallpegel ein eigener 16-Bit-Binärcode zugewiesen, der kleinste Schallpegel entspricht dem Code 0000000000000000 und der höchste – 1111111111111111.
Digitalisierte Audioqualität
Je höher die Abtastrate und die Tiefe der Audiokodierung sind, desto besser klingt der digitalisierte Ton und desto besser können Sie den digitalisierten Ton näher an den Originalton bringen.
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.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass zur Verbesserung dieses Klangs in der Telefonie Geräte verwendet werden, die Sprachsynthesizern und Sprachcodierern ähneln. Über Sprachcodierer auch dieser Artikel
