Digitaler Ton
Oberbegriff für Technologien, die Audiosignale in digitale Codes umwandeln, verarbeiten, übertragen und aufzeichnen. Auch PCM-Audio genannt (PCM = Pulse Code Modulation).
Schall ist ein Phänomen, bei dem sich die winzigen Schwingungen von Luftpartikeln und die begleitenden winzigen Schwankungen des atmosphärischen Drucks durch die Luft ausbreiten, und sowohl Partikelschwingungen als auch Druckschwankungen ändern sich oft kontinuierlich mit der Zeit. Selbst wenn ein solcher Ton von einem Mikrofon empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, ist die Wellenform ähnlich der Wellenform des Originaltons, und die Eigenschaft, dass sich das Phänomen mit der Zeit kontinuierlich ändert, ändert sich nicht. Dieses Verfahren zum Übertragen oder Aufzeichnen eines elektrischen Signals wird in dem Sinne als analoges Audio bezeichnet, dass es ein elektrisches Signal ähnlich einem Tonsignal verarbeitet und bis heute in vielen Bereichen verwendet wird. Es hat eine gute Erfolgsbilanz. Beispielsweise gibt es AM-Rundfunk (AM = Rundfunk unter Verwendung des Amplitudenmodulationsverfahrens), FM-Rundfunk (FM = Rundfunk unter Verwendung des Frequenzmodulationsverfahrens), Plattenaufzeichnungen, Bandaufzeichnungen und dergleichen.
Andererseits handelt es sich um digitales Audio, bei dem ein kontinuierliches elektrisches Signal in eine Folge diskontinuierlicher Codes umgewandelt, verarbeitet, übertragen und aufgezeichnet wird. Die Grundlage für digitales Audio ist die PCM-Technologie. PCM wandelt ein kontinuierliches Signal durch drei Prozesse in eine diskontinuierliche Codesequenz um: Abtastung, Quantisierung und Codierung.
Abtasten ist ein Vorgang, bei dem eine Signalwellenform, deren Amplitude sich kontinuierlich mit der Zeit ändert, in regelmäßigen Intervallen beobachtet wird, wie in der Figur gezeigt, und die ursprüngliche Signalwellenform durch eine Folge von beobachteten Werten ersetzt wird. Springende Beobachtungen werden als Abtastwerte bezeichnet, und die Anzahl der Beobachtungen pro Sekunde wird als Abtastrate bezeichnet. Da die Wellenform des Signals nicht getreu verfolgt wird, sondern nur auf diskrete Weise beobachtet wird, scheint es, dass bei dieser Operation Informationen fehlen, aber die Abtastfrequenz ist mehr als das Doppelte der oberen Grenze der im Vorzeichen enthaltenen Frequenzkomponente. , ist theoretisch bewiesen, dass die Folge von Abtastwerten die im Signal enthaltene Information ohne Auslassung beibehalten kann und das ursprüngliche Signal von nun an vollständig wiederhergestellt werden kann (sogenanntes Abtasttheorem). Bei einer Compact Disc (CD), die ein typisches digitales Audiosystem ist, wird die Obergrenze der Frequenz des aufzuzeichnenden Signals auf 20 kHz und die Abtastfrequenz auf 44,1 kHz eingestellt, was mehr als ist doppelt, mit einigen Zugeständnissen. Auch wenn Sie nervös sind, beobachten Sie 44.100 Mal pro Sekunde im Detail.
Quantisierung ist ein Vorgang, bei dem ein fester Intervallschritt im Bereich vom Minimalwert bis zum Maximalwert der Signalamplitude vorgesehen ist und die sich von Moment zu Moment kontinuierlich ändernde Signalamplitude durch den Wert in der nächstgelegenen Schrittweite ersetzt wird. . Das Bild ist, als würde man den Hang durch eine Leiter ersetzen, wie in der Abbildung gezeigt. Da die glatte Wellenform zu einer unregelmäßigen Stufe wird, wird angenommen, dass eine Signalverschlechterung auftritt, aber wenn die Anzahl der Stufen groß genug ist und die Breite der Stufe (die Höhe einer Stufe der Treppe) wird sie klein genug. sind so nah wie möglich am Hang. Die Anzahl der Inkremente wird in Bits ausgedrückt (die Anzahl der Stellen, wenn die Zahl binär ausgedrückt wird) und wird als Anzahl der Quantisierungsbits bezeichnet. Bei einer CD beträgt die Anzahl der Quantisierungsbits 16 Bit, was in Dezimalzahl als 65.536 ausgedrückt wird. Auch wenn der Hang durch Treppen ersetzt wird, beträgt die Anzahl der Stufen mehr als 60.000 und man sieht, dass es so nah wie möglich am Hang liegt.
Zwei Operationen, Abtasten und Quantisieren, führen zu einer kontinuierlichen Signalwellenform, die in eine diskrete, diskontinuierliche (diskrete) Signalfolge umgewandelt wird, sowohl zeitlich als auch oszillierend. Es sollte beachtet werden, dass zuerst eine Probenahme oder Quantifizierung durchgeführt werden kann, und tatsächlich werden beide häufig gleichzeitig durchgeführt.
Codieren ist der Vorgang des Umwandelns eines quantisierten Abtastwerts in einen numerischen Code basierend auf einer vorbestimmten Zusage. Von dem Binärcode, der der Spannung (oder dem Strom) “ja” und “nein” entspricht, zu den Symbolen “1” und “0” wird die geeignete Codeumwandlung für jedes Medium wie zum Beispiel Aufzeichnung und Rundfunk durchgeführt. Die 1982 in die Praxis eingeführte CD (Showa 57) wurde ohne jegliche Komprimierungsoperation codiert, um die Datengröße zu reduzieren, aber die MiniDisc (MD)
