Grundbegriffe der digitalen Klangtheorie


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Grundbegriffe der digitalen Klangtheorie

Sample Rate

Schall ist im Allgemeinen die Schwingung eines elastischen Mediums.

sample rate

Der Schall wird durch mechanische Vibrationen eines Objekts (dies kann eine Saite, Stimmbänder usw. sein) in Kontakt mit der Umgebung verursacht. Die Schwingungsfrequenz (gemessen in Hertz) bestimmt die Tonhöhe. Je höher die Frequenz, desto lauter der Klang. Das menschliche Ohr kann Schallschwingungen aus der Luft mit einer Frequenz von 20 Hz bis 20 kHz wahrnehmen. Das Ohr nimmt die Amplitude der Schwingung als Volumen wahr. Je höher die Amplitude, desto lauter der Klang.

Elektromagnetische Wellen sind ein direktes Analogon von Schallwellen. Letztere sind weniger anfällig für die Verbreitung durch die Umwelt, die Informationen, die sie enthalten, sind einfacher zu speichern und zu verarbeiten. Elektromagnetische Wellen sind der wichtigste sekundäre Schallträger. Die Umwandlung von Schallwellen in elektromagnetische Wellen (sowie der umgekehrte Betrieb) erfolgt aufgrund des üblichen Induktionseffekts, der darin besteht, dass ein Strom in einem Leiter auftritt, wenn er in ein magnetisches Wechselfeld gebracht wird.

Einfach ausgedrückt, induziert die Schwingung des Lautsprechermembranmagneten in der Nähe der Spule einen Wechselstrom. Wenn dieser Strom an einen anderen Lautsprecher angelegt wird, bewegt sich der Magnet auf seiner Membran und erzeugt einen entsprechenden Klang.

So funktionieren Telefon und Radio.

In elektromagnetische Wellen umgewandelter Schall kann leicht gespeichert werden. Dazu muss ein Parameter des Trägers (die Tiefe der Plattenspur oder der Magnetisierungsgrad des Films) mit der Amplitude der Schwingungen (dh der Stärke des induzierten Stroms in der Lautsprecherspule) verglichen werden. . Schall, der direkt in elektromagnetische Wellen umgewandelt wird, wird als analoger Schall bezeichnet. Sein Hauptmerkmal ist die direkte Entsprechung der übertragenen oder aufgezeichneten elektromagnetischen Wellen mit den akustischen.

Digitaler Sound ist relativ neu. Der Hauptunterschied zum Analogon liegt in der Diskretion. Beim Digitalisieren misst ein spezielles Gerät, ein Analog-Digital-Wandler (ADC), in regelmäßigen Abständen (ca. 0,001 bis 0,0001 Sekunden) die Größe der Amplitude einer elektromagnetischen Welle, die einer analogen Klangform entspricht, und schreibt ihren Wert zu einer Datei mit einer bestimmten Genauigkeit. Dieser Wert wird im Allgemeinen als Stichprobe oder im Jargon als Stichprobe (der Stichprobe in Englisch als Stichprobe) bezeichnet. Die gleiche Digitalisierung wird oft als Abtastung oder Abtastung bezeichnet.

Durch Konvertieren von Ton von digital in analog (dies erfolgt durch ein Gerät, das als Digital-Analog-Wandler (DAC) bezeichnet wird).

Die Interpolation (Approximation) der Zwischenwerte der Amplitude erfolgt nach den bekannten. Da die Abtastfrequenz normalerweise hoch ist, können Sie mit dieser Operation das ursprüngliche analoge Signal ziemlich genau rekonstruieren.

Die digitale Klangform zeichnet sich durch fünf Parameter aus.

1. die Abtastrate;
2. Bitgröße der Samples.
3. Die Anzahl der Kanäle oder Spuren.
4. Komprimierungs- / Dekomprimierungsalgorithmus (Codec).
5. Speicherformat.

Da jeder dieser Parameter sehr spezifisch ist, werden wir sie separat betrachten.

Abtastrate
Die Abtastrate bestimmt, wie viele Abtastungen pro Sekunde beim Digitalisieren entnommen werden. Wenn wir digitalen Ton mit digitalen Bildern vergleichen, entspricht die Abtastrate der Auflösung (eine “realistischere” Analogie ist die Bildrate im Kino). Je höher die Abtastfrequenz ist, desto besser ist es möglich, das analoge Signal basierend auf der digitalen Form des Klangs zu rekonstruieren (genauer gesagt, je höher die Abtastfrequenz, desto breiter ist das Frequenzspektrum, das während der Digitalisierung aufgezeichnet werden kann).
Das berühmte Nyquist-Kotelnikov-Theorem besagt, dass für die korrekte Rekonstruktion eines analogen Signals aus seiner digitalen Aufzeichnung die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein muss wie die maximale Schallfrequenz.

Da die obere Hörgrenze 20 kHz beträgt, sollte die Abtastrate idealerweise mindestens 40 kHz betragen. Aus diesem Grund beträgt die Standard-Abtastfrequenz für die Aufnahme von CDs 44,1 kHz (sogenannte CD-Qualität). Die Samplerate kann zwar höher sein, diese Klangqualität wird jedoch nur von Aufnahmestudios und besonders anspruchsvollen Musikliebhabern verwendet.


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Abtastrate und Bittiefe

Abtastrate und Bittiefe

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Bei der Beschreibung digitaler Aufzeichnungsgeräte werden zwei grundlegende Konzepte verwendet: Abtastrate und Bittiefe. In diesem Artikel werden wir sehen, was es ist.

Abtastrate
Die Abtastrate ist die Rate, mit der der Logger Abtastwerte des Eingangssignals erfasst. Bei der Aufnahme von Ton in digitaler Form werden tatsächlich einzelne Samples oder mit anderen Worten Werte der Schallintensität zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgezeichnet.

Die Abtastrate für Aufzeichnungsgeräte beträgt normalerweise die folgenden Standardwerte: 44,1 kHz; 48 kHz und 96 kHz. Je höher die Samplerate, desto mehr Samples werden in 1 Sekunde aufgenommen und desto besser wird die digitale Klangqualität.

Was bedeuten diese Zahlen? Sie bedeuten, wie oft der Rekorder den Schallintensitätswert pro Sekunde aus dem Eingangssignal liest. Die Abtastrate wird in Kilohertz (kHz) gemessen, 1 kHz = 1000 Abtastungen pro Sekunde.

Wenn die Aufzeichnung beispielsweise mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz erfolgt, bedeutet dies, dass der Tonrekorder den Schallintensitätswert 48.000 Mal pro Sekunde misst und aufzeichnet.

Diese Zahl mag unvorstellbar groß erscheinen, aber hier ist das Phänomen der Nyquist-Frequenz eine Erinnerung wert. Die Nyquist-Frequenz ist nach der Person benannt, die sie zuerst entdeckt hat. Definiert die höchste Schallfrequenz, die mit einer bestimmten Abtastrate aufgenommen werden kann.

Kurz gesagt, der maximale Ton, der digital eingespeist werden kann, beträgt etwa die Hälfte der Abtastrate.

Daher beträgt bei einer Aufnahme mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz die maximale Audiofrequenz, die aufgezeichnet werden kann, 24 kHz. Dies ist ausreichend, wenn man bedenkt, dass das menschliche Ohr im Durchschnitt Frequenzen von 20 Hz bis 20 kHz hört.

Bittiefe
Wenn Sie über digitale Aufnahmegeräte sprechen, können Sie häufig die Wörter “16-Bit”, “24-Bit” usw. hören. Einige bedeuten die Anzahl der Informationseinheiten, mit denen der Wert jeder aus der digitalen Aufzeichnung erhaltenen Probe dargestellt werden kann.

Je höher der Wert dieser Zahl ist, desto genauer können Sie den Wert jedes Samples aufzeichnen und desto höher ist die Klangqualität, die Sie dadurch erhalten.

Denken Sie nicht, dass der Intensitätswert, der eingestellt werden kann, umso größer ist, je größer die Anzahl der Bits ist, dh je größer die Bittiefe ist. Hier ist Darstellungsgenauigkeit gemeint.

Moderne Rekorder sind normalerweise 24 Bit breit. Es sollte beachtet werden, dass Aufnahmen mit einer großen Bittiefe viel Platz auf dem Speichergerät beanspruchen, aber dies ist nicht so wichtig, da moderne Medien ein großes Volumen haben und immer erschwinglicher werden.

Was ist die Abtastrate und das Birat?

Was ist die Abtastrate und das Birat?

Sample Rate

Die Frequenz ist definiert als die Anzahl der periodischen Bewegungszyklen pro Zeiteinheit. Die SI-Einheit der Frequenz heißt Hertz (Hz, nach ihrem Erfinder Heinrich Hertz). Ein Hertz entspricht einem Zyklus (oder einer vollständigen Schwingung) pro Sekunde.

Sample Rate

Beispiel. Schallwellen haben eine Frequenz im Bereich von ungefähr 20 bis 20.000 Hz. Dies bedeutet, dass an jedem Punkt entlang des Weges der Schallwelle der Druck 20 bis 20.000 Mal pro Sekunde von hoch nach niedrig schwankt.

Bei digitalem Audio beträgt die maximale Frequenz, die erfolgreich wiederhergestellt werden kann, die Hälfte der Abtastrate. Daher können mit einer Abtastrate von 44,1 kHz Frequenzen bis zu 22,05 kHz wiederhergestellt werden. Die Wellenfrequenz bezieht sich darauf, wie oft sich eine Welle pro Sekunde von ihrem höchsten Punkt zu ihrem niedrigsten Punkt und umgekehrt bewegt. Sie wird normalerweise in Hertz (Hz) oder Zyklen pro Sekunde gemessen. Die Frequenz der Welle bestimmt ihre Höhe. Hochfrequenzwellen haben eine hohe Tonhöhe, während niedrigere Frequenzen eine niedrigere Tonhöhe haben. Die durchschnittliche Person kann Frequenzen von 15 oder 20 Hz bis etwa 20.000 Hz (20 kHz) hören.

Analoge Welle Die Wellenamplitude bezieht sich auf den halben Abstand zwischen dem höchsten Punkt der Welle und dem niedrigsten Punkt. Je größer die Amplitude der Welle ist, desto größer ist ihr Volumen, das im Allgemeinen in Dezibel (dB) gemessen wird. Der Dezibelbereich für das menschliche Gehör ist komplex und hängt von der Frequenz des betreffenden Geräusches, dem Alter der Person und der Hörumgebung ab, variiert jedoch zwischen ungefähr 0 und 120 dB, wobei jede Änderung von 10 dB einer Verdoppelung der Lautstärke entspricht wahrgenommenes Volumen.

Absoluter Schwellenwert: ATH ist der Lautstärkepegel, bei dem ein bestimmter Ton in 50% der Fälle erkannt werden kann.

Was ist die Bitrate?

Die Bitrate bezieht sich auf die Datenübertragungsrate (dh wie viele Bits in einer bestimmten Zeit übertragen werden), die im Allgemeinen in Bits pro Sekunde ausgedrückt wird. Übliche Bitrateneinheiten sind Kilobit pro Sekunde (Kbps) und Megabit pro Sekunde (Mbps). Der Begriff wird auch häufig verwendet, wenn es um digitale Abtastung und Abtastraten geht. Beispielsweise ist der MP3-Audiokomprimierungsalgorithmus häufig so konfiguriert, dass Dateien mit einer Bitrate von 128 kbit / s ausgegeben werden. Dies bedeutet, dass die Datei durchschnittlich 128 Kilobit pro Audiosekunde enthält (960 KB pro Minute). Dies steht im Gegensatz zu CD-Audio, das als 44.100 16-Bit-Stereo-Samples pro Sekunde codiert ist: 1411,2 kbps (16-Bit x 44100 Hz x 2ch).

Oft werden Bytes in Großbuchstaben geschrieben und sind Multiplikatoren (zum Beispiel “KB” für Kilobyte) und Kleinbuchstaben sind Bits (zum Beispiel “kb” für Kilobyte). Alle modernen Computer verwenden 8-Bit-Bytes.

MP3-Bitrate
Die MP3-Bitrate kann irreführend sein. Beispielsweise verwendet eine “konstante MP3-Bitrate” (CBR) von 128 kbit / s ungefähr 128 Kilobit für jede Sekunde codierten Audios (die Dateigröße in Bit geteilt durch die Länge des Audios beträgt also ungefähr 128.000) Ihre Frame-Header werden in regelmäßigen Abständen angezeigt. Intern können Sie jedoch Frame für Frame Audio mit Bitraten von mehr oder weniger als 128 kbit / s mithilfe eines Bitpools codieren (die Fähigkeit eines Frames, Ersatzbits von a zu verwenden vorheriger Block). Die Größe dieses Buckets und damit die Variabilität ist jedoch begrenzt, sodass 128 kbit / s der effektiven Bitrate in der gesamten Datei sehr nahe kommen.

Siehe auch: 8D-Surround-Sound und wie es geht
Als weiteres Beispiel ist “128 kbps VBR MP3” oft falsch, da der Zweck von VBR darin besteht, jedem der internen MP3-Sektoren eine eigene Bitrate zu ermöglichen. Wenn sich Personen auf die VBR-MP3-Bitrate beziehen, beziehen sie sich im Allgemeinen auf die tatsächliche durchschnittliche Bitrate ihrer Frames. Wenn die Länge des codierten Audios bekannt ist, kann die “Bitrate” die Datengröße der Datei geteilt durch ihre Dauer sein, die ziemlich nahe an derselben Zahl liegt. Die Länge eines MP3-VBR kann jedoch nicht genau bestimmt werden, ohne alle Frames zu scannen.

Abtastrate und Bittiefe

Abtastrate und Bittiefe

Sample Rate Bit Depth

Bei der Beschreibung digitaler Aufzeichnungsgeräte werden zwei grundlegende Konzepte verwendet: Abtastrate und Bittiefe. In diesem Artikel werden wir sehen, was es ist.

Sample Rate, Bit Depth

Abtastrate
Die Abtastrate ist die Rate, mit der der Logger Abtastwerte des Eingangssignals erfasst. Bei der Aufnahme von Ton in digitaler Form werden tatsächlich einzelne Samples oder mit anderen Worten die Schallintensitätswerte zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgezeichnet.

Die Abtastrate für Aufzeichnungsgeräte beträgt normalerweise die folgenden Standardwerte: 44,1 kHz; 48 kHz und 96 kHz. Je höher die Samplerate, desto mehr Samples werden in 1 Sekunde aufgenommen und desto besser wird die digitale Klangqualität.

Was bedeuten diese Zahlen? Sie bedeuten, wie oft der Rekorder die Schallintensität des Eingangssignals pro Sekunde liest. Die Abtastrate wird in Kilohertz (kHz) gemessen, 1 kHz = 1000 Abtastungen pro Sekunde.

Wenn die Aufzeichnung beispielsweise mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz durchgeführt wird, bedeutet dies, dass der Tonrekorder den Schallintensitätswert 48.000 Mal pro Sekunde misst und aufzeichnet.

Diese Menge mag unvorstellbar groß erscheinen, aber ein Phänomen, das als Nyquist-Frequenz bezeichnet wird, ist hier erwähnenswert. Die Nyquist-Frequenz ist nach der Person benannt, die sie zuerst entdeckt hat. Definiert die höchste Schallfrequenz, die mit einer bestimmten Abtastrate aufgenommen werden kann.

Kurz gesagt, der maximale Ton, der digital eingespeist werden kann, beträgt etwa die Hälfte der Abtastrate.

Daher beträgt bei einer Aufnahme mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz die maximale Audiofrequenz, die aufgezeichnet werden kann, 24 kHz. Dies ist ausreichend, wenn man bedenkt, dass das menschliche Ohr im Durchschnitt Frequenzen von 20 Hz bis 20 kHz hört.

Bittiefe
Wenn Sie über digitale Aufnahmegeräte sprechen, können Sie häufig die Wörter “16-Bit”, “24-Bit” usw. hören. Einige bedeuten die Anzahl der Informationseinheiten, mit denen der Wert jeder aus der digitalen Aufzeichnung erhaltenen Probe dargestellt werden kann.

Je höher der Wert dieser Zahl ist, desto genauer können Sie den Wert jedes Samples aufzeichnen und desto höher ist die Klangqualität, die Sie dadurch erhalten.

Denken Sie nicht, dass der Intensitätswert, der eingestellt werden kann, umso größer ist, je größer die Anzahl der Bits ist, dh je größer die Bittiefe ist. Hier ist Darstellungsgenauigkeit gemeint.

Moderne Rekorder sind normalerweise 24 Bit breit. Es sollte beachtet werden, dass Aufnahmen mit einer großen Bittiefe viel Platz auf dem Speichergerät beanspruchen, aber dies ist nicht so wichtig, da moderne Medien ein großes Volumen haben und immer erschwinglicher werden.