Was bedeuten Bits, Bitrate und Samplerate einer Audiodatei?
Zum Beispiel die gängige Audioquelle im MP3-Format
Um ein kontinuierliches physikalisches Signal (na ja, sagen Sie mir etwas über die Plancksche Konstante …) in einem Computer zu speichern, muss es in ein digitales Signal umgewandelt werden. In der Akustik ist ein digitales Signal eine digitale Darstellung der Amplitude der Schallwelle zu jedem Zeitpunkt.
Schallwellen sind Longitudinalwellen, die schwer zu zeichnen sind. Die folgende Abbildung wird durch Transversalwellen ersetzt (der Begriff Longitudinalwellen ist das Phänomen, dass sich die Dichte von Luft oder anderen Medien aufgrund von Energie regelmäßig ändert. Die Spitzen stehen für hohe Dichte, die Täler für niedrige Dichte und die horizontale Linie ist der Durchschnitt Dichte, d.h. stiller Zustand)
Unter Verwendung der High-School-Physik enthalten Wellen zwei Dimensionen, eine ist Intensität und die andere ist Zeit. „Anzahl der Stellen“ gibt an, in wie viele Stufen Schallwellen unterteilt werden, von der stärksten bis zur schwächsten; “Sampling rate” bestimmt die Genauigkeit der Zeitachse oder die Sampling-Dichte, d. h. die Zeitdauer, die durch jeden roten Punkt dargestellt wird, und die Coderate beträgt eine Sekunde. Die Anzahl der Punkte auf der Uhr, multipliziert mit dem Abstand, den jeder hat Punkt besetzt.
Die sogenannten 24 Bits bestehen also aus der Division der Intensität der Schallwelle durch 2 bei Leistungsstufe 24 und belegen 3 Bytes Speicherplatz. Je feiner die Abstufung, desto mehr Details werden natürlich wiederhergestellt.
Die Abtastrate beträgt im Allgemeinen 44100 Hz für CD (Hertz = Zeiten/Sekunde), 48000 Hz für DVD und 96000 Hz als Standard. Wie bei der Anzahl der Ziffern gilt: Je mehr Punkte Sie in einer einzigen Sekunde erhalten, desto mehr Details erhalten Sie. Warum nimmt CD diesen Wert an? Denn der Hörbereich des menschlichen Ohrs liegt nach allgemeiner Annahme zwischen 20 und 20.000 Hz. Es müssen eine Spitze und ein Tal dargestellt werden, und es sind mindestens zwei Abtastpunkte erforderlich. Daher kann die CD höchstens den Ton von 22050 Hz darstellen, aber dieser Ton hat keine Details, denn wenn es nur zwei Spitzen- und Talpunkte gibt, geht die durchschnittliche Wellenform vollständig verloren. Daher wird es eine höhere Abtastrate geben.
Wenn es sich um ein verlustfreies unkomprimiertes Format handelt, ist die Bitrate genau gleich der Anzahl der Bits * Abtastrate * Anzahl der Kanäle. Und normalerweise stellt die MP3-Bitrate, die Sie sehen können, nur dar, wie viel Kapazität das Format benötigt, um diese eine Sekunde Audio zu beschreiben.
MP3 ist eine verlustbehaftete Komprimierung. Bei dem Komprimierungsprozess gehen einige Informationen verloren, aber die verlorenen Informationen können nicht durch die Anzahl der Bits und die Abtastfrequenz dargestellt werden. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Coderate, desto weniger Informationen gehen verloren. Mathematisch gesehen sind Bitrate und Tonqualität proportional. Ob Sie es hören können oder nicht, hängt von vielen Faktoren ab. Der MP3-Algorithmus ist natürlich nicht kompliziert, um ihn zu verstehen, müssen Sie lernen, was die Fourier-Transformation ist.
Es gibt auch eine verlustfreie Komprimierung (die APE, FLAC usw. darstellt), die auch eine Bitrate hat, und diese Bitrate hat nichts mit der Klangqualität zu tun. Es beschreibt auch, wie viel Kapazität die Datei verwendet, um eine Sekunde Audioinhalt zu beschreiben, aber derselbe Audioinhalt kann auf unterschiedliche Größen (Komprimierungsverhältnisse) komprimiert werden, ähnlich wie bei Zip-Komprimierungsverhältnissen. Egal wie stark Sie es komprimieren, am Ende kann es in derselben Datei wiederhergestellt werden. Wenn Sie also jemanden sehen, der nach einer verlustfreien Bitrate sucht, können Sie im Grunde darauf schließen, dass das Produkt ein schlechter Stift ist.
