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Audio-Samplerate und Bittiefe – in einfacher, verständlicher Sprache

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Audio-Samplerate und Bittiefe – in einfacher, verständlicher Sprache

Bit Depth and Sample Rate

Was ist die Abtastrate (Abtastrate)? Was ist Bittiefe?

Sample Rate & BitDepth

Auch wenn Sie sich nicht direkt mit digitaler Tonaufnahme beschäftigen, werden Sie interessiert sein!

Bist du neu in der Welt der digitalen Musik? Sie sind sich nicht sicher, was all diese Bezeichnungen und komplexen Zahlen bedeuten?

Hmm, kein Wunder! Schließlich gibt es jeden Tag mehr und mehr Informationen. Und alles zu wissen ist fast unmöglich.

Ja, das ist nicht nötig! Sie müssen das Wesentliche kennen.

Samplerate und Bittiefe sind Sound-Engineering-Konzepte, die Sie kennen sollten, wenn Sie Musik in einer Computerumgebung machen möchten.

Selbst wenn Sie noch keine Musik in einer virtuellen Umgebung aufnehmen mussten, sich aber mit Audio befasst haben (sei es auf einem tragbaren digitalen Player, einem Player auf einem Computer oder anderswo), haben Sie möglicherweise einige Zahlen in den Eigenschaften von gesehen Audio: “16 Bit, 24 Bit, 44100 Hz, 48000 Hz …”

Das Material wird kurz vorgestellt und ist auch für Uneingeweihte zugänglich. Nur das Wesentliche.

Was sind also Abtastrate und Bittiefe? Wofür ist das?

Zunächst waren wir uns einig, dass Sie in verschiedenen Quellen finden können: Abtastrate und Abtastrate. Die Abkürzungen sind äquivalent. Nennen Sie es, was Ihnen am besten gefällt.

Und Bit und Bit Tiefe. Es ist das gleiche, das gleiche, es klingt einfach anders.

Damit.

Abtastrate (Abtastrate) …

Alle unbelebte Musik (Musik, die von einem Computer, einem Musikzentrum usw. produziert wird, dh nicht live) hat diesen Parameter. Dies ist die Anzahl der Abtastungen pro Sekunde. Ohne auf Details einzugehen, werde ich sagen, dass 44100 Hz für Menschen optimal sind. Da bei einem höheren Wert die abzutastenden Geräusche für unsere Ohren praktisch unzugänglich sind, hören wir sie einfach nicht, da sie außer Hörweite sind.

Ich werde im Datell etwas mehr über die Abtastrate erklären. Diskret bedeutet diskontinuierlich. Das heißt, der Abtastprozess ist die Verarbeitung jedes Informationsbits nacheinander (dh diskret und nicht alle gleichzeitig). In unserem Fall geschieht dies 44100 Mal pro Sekunde. Nach dem Satz von Nyquist sollte die erforderliche Abtastrate für die normale Wahrnehmung doppelt so hoch sein wie die Hörschwelle. Da eine durchschnittliche Person bis zu 16 kHz (KiloHz oder 16000 Hz) und etwas (normal für einen gesunden jungen Menschen) bis zu 20 kHz hört, wurde die Abtastfrequenz bei 44,1 kHz (44100 Hz) bestimmt, d. H. doppelte Schwelle. Hörbarkeit des menschlichen Ohres. Warum nicht 40 kHz (40.000 Hz)? Mit Rand genommen (niemand hat Fehler und Rauschen auf der Route und nach der CD-Veröffentlichung abgesagt).

Ich hoffe jetzt ist alles klar.

Die Bitness (Bitness) ist eine Art Auflösung dieser Samples. Warum rufe ich diese Erlaubnis an? Nur damit Sie es vorziehen, analog zu verstehen, was was ist.

Schnappen Sie sich Ihren Monitor – je höher die Auflösung, desto besser das Bild, oder? Bei niedriger Auflösung sehen Sie einzelne Pixel und das Auge ist nicht mehr so glücklich wie zuvor.

Zeuge ist der Dynamikbereich – das heißt, die Schwingung Ihres Audios nach oben und unten (in Bezug auf Lautstärke, Leistung sozusagen), die Nuancen der Leistung.

Je höher die Audio-Bitrate, desto mehr Speicherplatz belegt das Audio auf Ihrer Festplatte (auf Ihrem Computer). merken Sie sich.

Für Projekte, die für Sie wichtig sind, empfehle ich Ihnen, 24 Bit und eine Abtastrate von 48000 Hz zu verwenden. DAS IST EIN STANDARD. Für die CD-Ausgabe ist es dann möglich, die Daten auf 16 Bit und 44,1 kHz herunterzustufen.

Einige Leute bevorzugen es jedoch, 24/96 (24 Bit – Bittiefe, 96 KHz – Abtastrate) oder 24 / 88.2 zu arbeiten. Der Geschmack und die Farbe …

Für die meisten Projekte ist 16 / 44.1 ausreichend (16 Bit – Bittiefe, 44100 Hz entspricht 44,1 KHz – Abtastrate).

Die Abtastrate und die Bittiefe gehen direkt nebeneinander und gehen niemals alleine. Das ist ihr Schicksal.

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Warum werden 44.100 als hochwertige Abtastrate verwendet?

Warum werden 44.100 als hochwertige Abtastrate verwendet?

Sample Rate

Warum haben wir 44,1 kHz als Abtastrate gewählt?

Sample Rates

Die Ohren der Menschen hören ein Geräusch, dessen Frequenz zwischen 20 Hz und 20 kHz variiert. Nach dem Satz von Nyquist muss die Aufzeichnungsgeschwindigkeit mindestens 40 kHz betragen. Ist dies der Grund für die Wahl von 44,1 kHz?

Erklären Sie genauer, die Abtastrate bedeutet, wie viele “Frames” pro Sekunde aufgenommen werden sollten, um eine hohe Audioqualität zu erzielen.
Nach dem berühmten Theorem eines berühmten Wissenschaftlers namens Nyquist muss die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein wie die maximale Frequenz, die wir aufzeichnen werden. Da das menschliche Ohr höchstens etwa 20 kHz hören kann, wäre dies doppelt so viel wie 40.000 pro Dies wurde 44.100 als Standard-Abtastfrequenz für High-Fidelity-Audio vorgeschlagen.

Es ist wahr, dass die Wahl von 44,1 kHz wie jede Konvention ein historischer Unfall ist. Es gibt mehrere andere historische Gründe.

Natürlich muss die Abtastrate höher als 40 kHz sein, wenn Sie qualitativ hochwertiges Audio mit einer Bandbreite von 20 kHz wünschen.

Es wurde diskutiert, wie man 48,0 kHz erzeugt (dies passte gut zu Filmen mit 24 Bildern pro Sekunde und angeblich 30 Bildern pro Sekunde im nordamerikanischen Fernsehen), aber angesichts der physischen Größe von 120 mm gab es eine Grenze für die Menge der CD-Daten, die gespeichert werden konnten und was Es ist ein Fehlererkennungs- und -korrekturschema erforderlich, das eine gewisse Datenredundanz erfordert. Die Menge an logischen Daten, die auf einer CD gespeichert werden kann (ca. 700 MB), beträgt ca. die Hälfte der physischen Daten. Vor diesem Hintergrund wurde uns bei 48 kHz gesagt, dass es nicht alle 9 von Beethoven halten kann, aber dass es alle 9 auf einer Platte mit einer etwas langsameren Geschwindigkeit halten kann. 48 kHz also nicht.

Warum jedoch 44,1 und nicht 44,0 oder 45,0 kHz oder eine schöne runde Zahl?

In den späten 1970er Jahren gab es ein Produkt namens Sony F1, mit dem digitales Audio auf leicht verfügbares Videoband (Betamax, nicht VHS) aufgezeichnet werden konnte. Es lag bei 44,1 kHz (oder genauer 44,056 kHz). Somit wird die Übertragung von Aufzeichnungen ohne Überabtastung und Interpolation von F1 auf CD oder in die andere Richtung erleichtert.

Ich verstehe, wie sich herausstellt, dass die horizontale Abtastgeschwindigkeit des NTSC-Fernsehgeräts 15.750 kHz und 44,1 kHz genau das 2,8-fache betrug. Ich bin mir nicht ganz sicher, aber ich denke, dies bedeutet, dass Sie drei Paare von Stereo-Samples pro horizontaler Linie haben können. Für jeweils 5 Zeilen, in denen Sie normalerweise 15 Samples haben würden, gibt es 14 Samples plus ein zusätzliches Sample für einige Überprüfungen. für Parität oder Redundanz in F1. 14 Abtastungen für 5 Zeilen entsprechen 2,8 Abtastungen pro horizontaler Linie und 15.750 Zeilen pro Sekunde, was 44.100 Abtastungen pro Sekunde entspricht.

Mit dem Übergang zu digitalen Formaten wurde Audio in Form von Pseudo-Video gespeichert, das als Schwarz oder Weiß (was ein Binärformat darstellt) angesehen werden konnte.

Die vom Fernsehstandard verwendete Frequenz- und Feldstruktur ist für 60-Hz-Video wie folgt: 245 Zeilen pro Feld (ohne die ersten 35 übersprungenen Zeilen). Bei drei Abtastwerten pro Zeile sind dies 60 x 245 x 3 = 44100 = 44,1 kHz.

Diese Konvention wurde später aufgrund von Hardwarekompatibilitätsproblemen für das CD-Format verwendet (der erste Computer, auf dem Master-CDs für die CD-Replikation erstellt wurden, war videobasiert).

Mit dem Aufkommen des Farbfernsehens mussten sie die Geschwindigkeit der horizontalen Linie etwas auf 15.734 Linien pro Sekunde verlangsamen. Diese Einstellung führt beim Sony F1 zu 44.056 Samples pro Sekunde.

Digitaler Sound und Samplerate

Digitaler Sound und Samplerate

Sample Rate

Angesichts der großen Verfügbarkeit kostengünstiger digitaler Audiogeräte laden wir Sie ein, sich digitales Audio genauer anzusehen.

Sample Rate

Akustischer Schall ist ein kontinuierlicher Prozess in Zeit und Amplitude, dh der Luftdruck ändert sich gleichmäßig mit der Zeit und springt nicht von einem Wert zum anderen. Akustischer Schall kann mit einem Mikrofon in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, das abhängig von der Änderung des Luftdrucks die am Ausgang erzeugte elektrische Spannung ändert. Nach der Umwandlung eines akustischen Schalls in ein elektrisches Signal bleibt die Kontinuität in Zeit und Amplitude erhalten: Die Signalspannung ändert sich genauso wie der Luftdruck, weshalb dieser Schall als analog bezeichnet wird. Wir können ein elektrisches Signal auf einem Magnetband aufzeichnen und es mithilfe eines Lautsprechers, der als “Rückwärtsmikrofon” fungiert, wieder in Ton umwandeln – er bewegt Luft als Reaktion auf Spannungsänderungen. Beziehungsweise,

Trotz der Tatsache, dass das analoge elektrische Signal seit Jahrzehnten regelmäßig der Menschheit dient, wurde einigen seiner Vertreter (der Menschheit) im Laufe der Zeit klar, dass das analoge Signal und die magnetische Aufzeichnung nicht die besten Übertragungs- und Übertragungswege sind Speichern von Audioinformationen, da sowohl während der Übertragung als auch während der Speicherung auftreten. unvermeidbare Verluste, d. h. Schallverschlechterung. Gleichzeitig kann die Übertragung und Speicherung von Daten auf Computern, die ausschließlich mit digitalen Daten arbeiten, verlustfrei erfolgen. Die Frage ist nur, wie man analoges Audio in digitales konvertiert und umgekehrt.

Um das erste Problem zu lösen, gibt es spezielle Geräte, die als Analog-Digital-Wandler (ADCs) bekannt sind. Diese Geräte sind in der Lage, ein kontinuierliches analoges Signal in eine Folge von getrennten Zahlen umzuwandeln, dh diskret zu machen (Englisch diskret – getrennt, bestehend aus getrennten Teilen). Die Umwandlung erfolgt wie folgt: Das Gerät misst die Amplitude des Analogsignals mehrmals pro Sekunde und gibt die Messergebnisse in Form von Zahlen aus.

Analogsignal
Probenahme
Abgetastetes Signal
Wie in der Abbildung zu sehen ist, ist das Messergebnis kein genaues Analogon eines kontinuierlichen elektrischen Signals. Wie viel kostet digitaler Sound im Vergleich zu analogem? Offensichtlich ist diese Entsprechung umso vollständiger, je öfter die Messungen durchgeführt werden und je genauer sie sind. Die Häufigkeit, mit der Messungen durchgeführt werden, wird als Abtastrate bezeichnet. Die Genauigkeit von Amplitudenmessungen wird durch die Anzahl der Bits angegeben, die zur Darstellung des Messergebnisses verwendet werden. Dieser Parameter wird als Bittiefe bezeichnet.

Abtastrate
Die Umwandlung eines analogen in ein digitales Signal besteht also aus zwei Stufen: Abtastung in der Zeit und Quantisierung in der Amplitude. Zeitabtastung bedeutet, dass das Signal durch eine Anzahl seiner Abtastwerte (Abtastwerte) dargestellt wird, die in regelmäßigen Abständen entnommen werden. Wenn wir beispielsweise sagen, dass die Abtastrate 44,1 kHz beträgt, bedeutet dies, dass das Signal 44.100 Mal pro Sekunde gemessen wird (in MO wird normalerweise der verständlichere Begriff “Abtastrate” verwendet, jedoch “Abtastrate” “ist korrekter.).

Das Hauptproblem in der ersten Stufe der Umwandlung eines analogen in ein digitales Signal (Digitalisierung) besteht darin, die Abtastfrequenz des analogen Signals zu wählen. Wie bereits erwähnt, ist das digitale Signal umso näher am analogen, je höher die Frequenz ist. Im Verhältnis zur Frequenzzunahme nimmt jedoch Folgendes zu: a) Die Intensität des digitalen Datenstroms und die Bandbreitenfähigkeiten der Schnittstellen sind nicht unbegrenzt, insbesondere wenn mehrere Kanäle gleichzeitig aufgezeichnet / abgespielt werden; b) die Rechenlast digitaler Effektprozessoren und ihre Rechenfähigkeiten sind ebenfalls begrenzt; c) die zum Speichern des digitalen Signals erforderliche Speichermenge. Offensichtlich ist ein Kompromiss erforderlich.

Die Wahl der Abtastfrequenz beeinflusst den Frequenzbereich des empfangenen digitalen Tons oder die maximale Frequenz eines analogen Signals, das in digital korrekt dargestellt wird. Es wird angenommen, dass der Frequenzbereich, den eine Person hört, 20 bis 20.000 Hz beträgt. Gemäß dem bekannten Nyquist-Theorem ist die Abtastfrequenz genau, damit ein analoges (zeitkontinuierliches) Signal aus seinen Abtastwerten genau rekonstruiert werden kann Es muss mindestens doppelt so hoch sein wie die maximale Audiofrequenz. Eine Audiofrequenz, die der Hälfte der Abtastfrequenz entspricht, wird als Nyquist-Frequenz bezeichnet und ist die maximale Frequenz, die ein bestimmtes digitales System korrekt speichern und wiedergeben kann. Wenn also das echte analoge Signal, das wir digitalisieren wollen, Frequenzkomponenten von 0 Hz bis 20 kHz enthält.

Abtastfrequenz.

Abtastfrequenz.

Sample Rate

Welche Bedeutung hat es für die Tonaufnahme?

Sample Rate

Zeitabtastung ist ein Prozess, der in direktem Zusammenhang mit der Umwandlung eines analogen in ein digitales Signal steht. Gleichzeitig werden die Daten in ihrer Amplitude quantisiert. Zeitabtastung bedeutet, ein Signal zum Zeitpunkt seiner gesamten Übertragung zu messen.

Eine Probe wird als Einheit entnommen. Wenn dies in Worten nicht ganz klar ist, dann scheint es in einem Beispiel überzeugender zu sein. Angenommen, die Abtastrate beträgt 44100 Hz, genau wie bei Audio-CDs.

Dies bedeutet, dass das Signal in einer Sekunde 44100 Mal gemessen wird.

Ein analoges Signal hat immer eine höhere Sättigung als ein digitales. Und seine Umwandlung ist ein unvermeidlicher Qualitätsverlust.

Die Abtastrate dient als eine Art Benchmark: Je höher sie ist, desto näher kommt die digitale Klangqualität der analogen. Dies ist in der folgenden Liste deutlich sichtbar. Zeigt an, welche Schallfrequenz am besten ist.

Während Sie es studieren, werden Sie einen direkten Zusammenhang zwischen Sampling und Track-Qualität feststellen:

1.8000 Hz. Diese Frequenz ist typisch für Telefongespräche und Sprachaufzeichnungen auf einem Diktiergerät mit einfachen Funktionen. Es wird in Audio verwendet, das über den Nellymoser-Codec konvertiert wurde.
2. 22050 Hz werden im Rundfunk verwendet.
3,44100 Hz. Wie oben erwähnt, ist diese Frequenz typisch für Audio-CDs, und diese Zahl ist seit langem mit der höchsten Qualitätsstufe gekennzeichnet. Und heute verliert das Format nicht seine Position.
4.48000 Hz. Dies sind die DAT- und DVD-Formate, die AUDIO ersetzt haben.
5.16000 – DVD-Audio MLP-5.1.
6.2822 400 Hz ist ein High-Tech-Super-Audio-SACD-Format.
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Die Liste zeigt deutlich, welche Schallfrequenz die beste ist. Darüber hinaus hören Technologien nicht auf und es erscheinen neue Formate.

Bevor jedoch weitreichende Pläne gemacht werden, muss eine sehr wichtige Nuance berücksichtigt werden.

Sein Wesen ist einfach: Je höher die Abtastfrequenz, desto schwieriger ist es, sie technologisch zu erreichen. Dafür braucht man:

Bereitstellung einer hochintensiven Übertragung digitaler Streams. Und das ist nicht an allen Schnittstellen möglich. Und je mehr Kanäle an der Aufnahme beteiligt sind (was typisch für Musikensembles ist), desto komplizierter wird der Prozess.
mit einem Prozessor ausgestattet sein, der leistungsfähige Rechenoperationen ausführen kann. Aber selbst bei den fortschrittlichsten Beispielen sind die Möglichkeiten für ultrahohe Klangqualität begrenzt.
Verwenden Sie diese Option, um Computergeräte mit viel RAM aufzuzeichnen.
Angesichts der obigen Informationen ist es nicht verwunderlich, dass die Schallfrequenz von 44100 Hz auch heute noch am gefragtesten ist.

Es erfüllt seit Jahrzehnten selbst die anspruchsvollsten Qualitätsanforderungen und bietet gleichzeitig alle technischen Möglichkeiten, dies zu erreichen. Dieser letzte Faktor ist sowohl für normale Benutzer als auch für die meisten Aufnahmestudios entscheidend.

Selbst wenn man die beste Schallfrequenz kennt, muss man sich um die technische Ausrüstung kümmern, um dies zu erreichen.