Abtastrate, woher sie kommt


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Abtastrate, woher sie kommt

Sample rate

Woher kommt die Samplerate für CD-Audio 44100 Hertz?

Sample rate

Die Standard-Samplerate für CD-Audio beträgt 44100 Hertz. Wo und warum wurden diese 44100 ursprünglich für die CD-Audioproduktion ausgewählt?

Ausgehend von der Bedingung (siehe Nyquist-Shannon-Kotelnikov) der Wiedergabe der Obergrenze des Spektrums bei 20 kHz sollte die Abtastfrequenz über 40 kHz gewählt worden sein. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Standards und der Entwicklung der CD-DA-Technologie (der zweiten Hälfte der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts) gab es jedoch kein allgemein akzeptiertes Medium, um digitalen Sound aufzunehmen, zu bearbeiten und zu speichern. Und dafür wurde beschlossen, Standard-Videorecorder zu verwenden, die damals im U-matic-Format arbeiteten. Das digitale Signal wurde von einem speziellen Codierer in ein Schwarz-Weiß-Video-Pseudosignal codiert und auf einer Videokassette aufgezeichnet. Die Struktur des digitalen Signals musste mit der Frequenz und Struktur der Felder des für die Aufzeichnung verwendeten Fernsehsignals verknüpft werden.

Diese Entscheidung wurde durch die Tatsache erschwert, dass in Europa und den USA unterschiedliche Videoaufzeichnungsstandards verwendet werden: 525 Zeilen bei 60 Hz und 625 Zeilen bei 50 Hz, während nicht alle Zeilen zum Aufzeichnen von Informationen verwendet werden können. Die ausgewählte Frequenz sollte zur Struktur beider Videosignale passen. 44100 Hz erfüllen diese Anforderung.

In einem 60-Hz-NTSC-Videosignal werden 35 Zeilen nicht für die Aufzeichnung verwendet, so dass 490 aktive Zeilen pro Bild oder 245 im Feld für die digitale Audioaufzeichnung verbleiben. Wenn Sie drei Samples in eine Zeichenfolge schreiben, beträgt die Samplerate:

60 × 245 × 3 = 44100.

In einem 50-Hz-PAL-Signal werden 37 Zeilen nicht verwendet, sodass 588 aktive Zeilen pro Frame oder 249 pro Feld verbleiben. Die Frequenz beträgt also:

50 × 249 × 3 = 44100.

Obwohl digitaler Ton zu dieser Zeit nichts mit dem Videosignal zu tun hatte, wurden bei der Herstellung der CD Videogeräte verwendet, die die Wahl der Abtastfrequenz bestimmten.


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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.