Was ist digitales Audio?


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Was ist digitales Audio?

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Digitales Audio ist eine numerische Darstellung von Ton.

Digital Audio

Das Aufnehmen von Ton als digitaler Ton ähnelt dem Aufnehmen von Ton auf einem Kassettenrekorder. Angenommen, Sie haben ein Mikrofon an Ihren Computer angeschlossen. Immer wenn ein Ton zu hören ist (Sprechen, Singen, Spielen eines Musikinstruments oder irgendein Geräusch), “hört” das Mikrofon ihn und wandelt den Ton in ein elektrisches Signal um. Das Mikrofon sendet dann das Signal an die Soundkarte des Computers, die das Signal in Zahlen umwandelt. Diese Zahlen werden als Samples bezeichnet.

Eine Soundkarte ist ein Gerät, das in einen Computer eingesetzt wird und es ihm ermöglicht, die elektrischen Signale von jedem Soundgerät zu verstehen. Sie können sich eine Soundkarte als “Übersetzer” vorstellen. Wenn ein Audiogerät (z. B. ein Mikrofon, ein elektronisches Musikinstrument, ein CD-Player oder ein anderes Gerät, das ein Audiosignal ausgeben kann) Signale an den Computer sendet, empfängt die Soundkarte die Signale und wandelt sie in Zahlen um, die Computer kann verstehen.

Die Beispiele enthalten Informationen, die dem Computer mitteilen, wie das aufgezeichnete Signal zu bestimmten Zeiten klang. Je mehr Abtastwerte zur Darstellung des Signals verwendet werden, desto höher ist die Qualität des aufgezeichneten Signals. Um beispielsweise eine digitale Tonaufnahme mit der gleichen Qualität wie eine CD-Aufnahme zu erstellen, muss der Computer 44.100 Samples pro Sekunde empfangen. Die Anzahl der pro Sekunde entnommenen Proben wird als Abtastrate bezeichnet.

Die Größe jedes einzelnen Samples beeinflusst auch die Qualität des aufgenommenen Klangs. Diese Größe wird als Bittiefe bezeichnet. Je höher die Bittiefe, desto höher die Klangqualität. Um beispielsweise digitales Audio in CD-Qualität zu erstellen, muss jedes Sample 16-Bit sein.

Computer verwenden die Binärform, um Zahlen darzustellen. Die Stelle einer Binärzahl wird als Bit bezeichnet. Jedes Bit repräsentiert eine von zwei Zahlen: 1 oder 0. Durch Kombinieren von Bits können Computer eine beliebige Zahl anzeigen. Beispielsweise wird jede Zahl zwischen 0 und 255 als Acht-Bit-Zahl dargestellt. Mit 16 Bit kann es Zahlen im Bereich von 0 bis 65.535 darstellen.

Ihr Computer kann alle eingereichten Muster speichern. Die zeitlichen Eigenschaften der Probe werden ebenfalls gespeichert. Später kann der Computer in denselben Intervallen Samples an die Soundkarte senden, sodass Sie den Sound genau so hören, wie er aufgenommen wurde. Das Grundkonzept lautet wie folgt: Eine Soundkarte zeichnet ein elektrisches Signal von einem Audiogerät (z. B. einem Mikrofon oder einem CD-Player) auf. Die Soundkarte wandelt die Signale in Zahlenreihen um, die als Samples bezeichnet werden und auf Ihrem Computer gespeichert sind. Während der Wiedergabe werden die Samples an die Soundkarte zurückgesendet, die sie in ein elektrisches Signal umwandelt. Das Signal wird an Ihre Lautsprecher (oder ein anderes Audiogerät) gesendet und Sie hören den Ton genau so, wie Sie ihn aufgenommen haben.

Was ist der Unterschied?
Nachdem Sie die Beschreibung von MIDI und digitalem Audio gelesen haben, sind Sie möglicherweise immer noch verwirrt über den Unterschied zwischen beiden. Immerhin zeichnen beide Prozesse die an den Computer gesendeten Signale auf und reproduzieren sie dann, oder? Der Punkt ist, wenn Sie MIDI-Daten aufnehmen, nehmen Sie keinen tatsächlichen Ton auf. Notieren Sie einfach die Anweisungen für die Wiedergabe. Es ist wie bei einem Musiker, der Noten spielt, wobei die Noten MIDI-Daten sind und der Musiker der Computer. Der Musiker (oder Computer) liest die Noten (oder MIDI-Daten) und speichert sie dann im Speicher. Der Musiker spielt dann eine Melodie auf einem Musikinstrument. Was ist, wenn der Musiker ein anderes Instrument zum Spielen nimmt? Das Spiel bleibt gleich, aber der Sound ändert sich. Gleiches gilt für MIDI-Daten.

Ein Keyboard-Synthesizer kann jeden Sound erzeugen, aber die Wiedergabe derselben MIDI-Daten mit dem Keyboard ist genau gleich.

Wenn Sie digitales Audio aufnehmen, nehmen Sie echtes Audio auf. Wenn Sie eine Aufführung eines Musikstücks als digitalen Ton aufnehmen, können Sie den Klang dieser Aufführung nicht wie oben beschrieben ändern. Aufgrund dieser Unterschiede haben MIDI und digitaler Sound ihre eigenen Vor- und Nachteile. Da MIDI als Daten für die Wiedergabe und nicht als tatsächlicher Ton aufgezeichnet wird, haben Sie viel mehr Freiheit, den Ton zu manipulieren als mit digitalem Ton. Sie können den Fehler beispielsweise leicht korrigieren, indem Sie die Tonhöhe ändern. MIDI-Daten können in Standard-Musiknotation konvertiert werden, was mit digitalem Sound nicht möglich ist.


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Ist das digitale Signal während der Übertragung und Speicherung verzerrt?

Ist das digitale Signal während der Übertragung und Speicherung verzerrt?

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Da jedes digitale Signal als reale elektrische Spannungs- oder Stromkurve dargestellt wird, wird seine Form während einer Übertragung auf die eine oder andere Weise verzerrt, und ein zur Speicherung “eingefrorenes” Signal (Signalogramm) unterliegt aus physikalischen Gründen einer Verschlechterung. verbreitet.

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Alle diese Einflüsse auf die Form des Trägersignals sind Interferenzen, die bis zu einem bestimmten Wert den Informationsgehalt des Signals nicht verändern, da individuelle Verzerrungen und Buchstabenverluste in Wörtern das korrekte Verständnis von Wörtern im Allgemeinen nicht beeinträchtigen. Wörter und Informationsredundanz, wie z. B. eine Erhöhung der Länge der Wörter, erhöhen die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Erkennung. … Mit anderen Worten, das Trägersignal selbst kann verzerrt sein, aber die darin enthaltenen Informationen, das codierte Audiosignal, bleiben in den allermeisten Fällen unverändert.

Damit sich die Qualität des Trägersignals nicht verschlechtert, muss jede Übertragung nützlicher Audioinformationen (Kopieren, Schreiben auf einen Träger und Lesen) notwendigerweise den Vorgang des Wiederherstellens der Form des Trägersignals und im Idealfall der digitalen Form umfassen Primär des Informationssignals, und erst danach kann das neu erzeugte Trägersignal an den nächsten Verbraucher übertragen werden. Bei einer direkten Kopie ohne Wiederherstellung (z. B. einfaches Umschreiben einer Videokassette mit einem digitalen Signal, das mit einem PCM-Decoder in herkömmlichen Videorecordern erhalten wurde) verschlechtert sich die Qualität des digitalen Signals, obwohl es immer noch alle darin enthaltenen Informationen enthält. Nach wiederholten aufeinanderfolgenden Kopien oder Langzeitspeicherung verschlechtert sich die Qualität jedoch so sehr, dass nicht behebbare Fehler auftreten, die die vom Signal übertragenen Informationen irreversibel verzerren. Daher sollte das Kopieren und Übertragen digitaler Signale nur auf digitalen Geräten erfolgen und, wenn sie auf Medien gespeichert sind, rechtzeitig “aktualisiert” werden, ohne auf eine irreversible Verschlechterung zu warten (für magnetische Medien wird dieser Zeitraum auf mehrere Jahre geschätzt ). Ein ordnungsgemäß übertragenes oder aktualisiertes digitales Signallogramm verliert nicht an Qualität und kann kopiert werden und für immer in absolut unveränderter Form existieren. ohne auf einen irreversiblen Abbau zu warten (für magnetische Träger wird dieser Zeitraum auf mehrere Jahre geschätzt). Ein ordnungsgemäß übertragenes oder aktualisiertes digitales Signallogramm verliert nicht an Qualität und kann kopiert werden und für immer in absolut unveränderter Form existieren. ohne auf einen irreversiblen Abbau zu warten (für magnetische Träger wird dieser Zeitraum auf mehrere Jahre geschätzt). Ein ordnungsgemäß übertragenes oder aktualisiertes digitales Signallogramm verliert nicht an Qualität und kann kopiert werden und für immer in absolut unveränderter Form existieren.

Es sollte jedoch nicht vergessen werden, dass die Richtigkeit eines Codes endlich ist und die tatsächlichen Träger bei weitem nicht ideal sind. Daher ist das Auftreten nicht behebbarer Fehler eine so seltene Sache, insbesondere bei unachtsamer Handhabung des Trägers. Beim Lesen neuer und korrekt gespeicherter DAT-Kassetten oder -CDs auf hochwertigen und zuverlässigen Geräten treten diese Fehler praktisch nicht auf. Bei Alterung, Verunreinigung und Beschädigung von Medien und Lesesystemen treten sie jedoch häufiger auf. Ein einzelner unkorrigierter Fehler ist aufgrund der Interpolation für das Ohr fast immer unsichtbar, führt jedoch zu einer Verzerrung des ursprünglichen Tonsignals, und die Anhäufung solcher Fehler im Laufe der Zeit ist im Ohr zu spüren.

Ein weiteres Problem ist die Schwierigkeit, nicht korrigierte Fehler aufzuzeichnen und die Identität des Originals und der Kopie zu überprüfen. Sehr oft kümmern sich Entwickler von digitalen Audiogeräten, die in Echtzeit arbeiten, nicht um die Frage der genauen Überprüfung der Zuverlässigkeit der Übertragung, da die Maßnahmen zur Korrektur der Fehler ausreichend sind. Im allgemeinen Fall führt die Unmöglichkeit der erneuten Übertragung eines fehlerhaften Samples oder Blocks zu einer geheimen Interpolation, und nach dem Kopieren kann nicht mit Sicherheit gesagt werden, ob das ursprüngliche Signal genau kopiert wurde. Fehleranzeigen, die auf einigen Geräten zu finden sind, leuchten normalerweise nur zum Zeitpunkt ihres Auftretens auf, und bei einzelnen Fehlern kann ihre Funktion leicht unbemerkt bleiben. Selbst in PC-basierten Systemen ist es oft unmöglich, die Empfangsgenauigkeit über eine digitale Schnittstelle oder das direkte Lesen von einer CD zu steuern. Der einzige Ausweg besteht darin, den Vorgang zu wiederholen und die Ergebnisse zu vergleichen.

Was sind die Vor- und Nachteile von digitalem Audio?

Was sind die Vor- und Nachteile von digitalem Audio?

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Die digitale Darstellung von Ton ist vor allem für die Möglichkeit der endlosen Speicherung und Wiedergabe ohne Qualitätsverlust wertvoll; Die Umstellung von analog auf digital und umgekehrt führt jedoch zwangsläufig zu einem teilweisen Verlust.

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Die unangenehmsten Verzerrungen, die in der Digitalisierungsstufe eingeführt werden, sind das granulare Rauschen, das auftritt, wenn das Signal aufgrund der Rundung der Amplitude auf den nächsten diskreten Wert durch den Pegel quantisiert wird. Im Gegensatz zu einfachem Breitbandrauschen, das durch Quantisierungsfehler verursacht wird, ist granulares Rauschen die harmonische Verzerrung des Signals, die im oberen Teil des Spektrums am deutlichsten erkennbar ist.

Die Leistung des körnigen Rauschens ist umgekehrt proportional zur Anzahl der Quantisierungsschritte; Aufgrund der logarithmischen Charakteristik des Hörens mit linearer Quantisierung (konstanter Schrittwert) haben leise Töne weniger Quantisierungsschritte als laute Töne, und infolgedessen fällt die Hauptdichte nichtlinearer Verzerrungen in den Bereich der Töne. Leise. Dies führt zu einer Begrenzung des Dynamikbereichs, die idealerweise (ohne Berücksichtigung der harmonischen Verzerrung) dem Signal-Rausch-Verhältnis entspricht. Die Notwendigkeit, diese Verzerrung zu begrenzen, verringert jedoch den Dynamikbereich für die 16-Bit-Codierung auf 50-60 dB. Die Situation hätte durch logarithmische Quantifizierung gerettet werden können, aber ihre Implementierung in Echtzeit ist sehr schwierig und teuer.

Die durch granulares Rauschen verursachte Verzerrung kann verringert werden, indem dem Signal normales weißes Rauschen (zufälliges oder pseudozufälliges Signal) mit einer Amplitude von der Hälfte des niedrigstwertigen Bits hinzugefügt wird; Eine solche Operation wird Dithering genannt. Dies führt zu einem leichten Anstieg des Rauschpegels, schwächt jedoch die Korrelation von Quantisierungsfehlern mit den Komponenten des Hochfrequenzsignals und verbessert die subjektive Wahrnehmung. Anti-Aliasing wird auch angewendet, bevor die Samples durch Verringern ihrer Bittiefe gerundet werden. Dithering und Rauschformung sind im Wesentlichen Sonderfälle derselben Technologie, mit dem Unterschied, dass im ersten Fall weißes Rauschen mit einem flachen Spektrum und im zweiten Fall Rauschen mit einem Spektrum mit einer “Form” verwendet wird “Besondere.

Beim Wiederherstellen von Audio von digital auf analog besteht das Problem, die gestufte Wellenform zu glätten und die durch die Abtastrate eingeführten Harmonischen zu unterdrücken. Aufgrund der Unvollkommenheit des Frequenzgangs der Filter kann eine unzureichende Unterdrückung dieser Störung oder eine übermäßige Dämpfung nützlicher Hochfrequenzkomponenten auftreten. Schlecht unterdrückte Oberwellen der Abtastrate verzerren die Form des analogen Signals (insbesondere im Hochfrequenzbereich), was zu einem “rauen” und “schmutzigen” Klang führt.

Digitale Audioinformationen (Teil 3)

Digitale Audioinformationen (Teil 3)

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Codec-Abtastrate und Bittiefe

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Die Abtastung ist die Erfassung von Momentanwerten (Abtastwerten) eines analogen Signals mit einem bestimmten Zeitschritt im Digitalisierungsprozess. Die Häufigkeit dieses Schritts wird als Abtastrate bezeichnet (es ist auch die Abtastrate oder Abtastrate). Je größer es ist, desto besser wird der Ton aufgenommen und wiedergegeben. In Studiogeräten beträgt die Frequenz 48 kHz, in Heimsystemen 44,1 kHz.

Die Bittiefe bestimmt die Qualität des aufgenommenen Audios. Höher ist besser. Der Bitwert, zum Beispiel 32, bezeichnet die Anzahl von Bits, die zugewiesen sind, um die Amplitude des Signals zum Zeitpunkt seiner Messung aufzuzeichnen.

Folglich wird eine Audiodatei mit höherer Qualität erhalten, je öfter (Abtastrate) und genauer (Bittiefe) das Audiosignal gemessen wird.

Bitrate

Die Bitrate (wörtlich: Informationsbitrate) bestimmt die maximale Informationsmenge, die pro Zeiteinheit über den Audiokanal übertragen werden kann. Eine hohe Bitrate ist erforderlich, um ein sattes Klangbild zu übertragen, und ist beim Codieren von Sprache nicht erforderlich. Audioaufnahmen mit einer Bitrate von 128 Kbit / s eignen sich für kostengünstige Lautsprecher. Wenn Sie jedoch auf teure Geräte zugreifen, ist es sinnvoll, Musik mit einer Bitrate von 192 bis 256 Kbit / s zu erhalten.

Praktische Lösung: Codierung mit variabler Bitrate, Ändern Sie die Bandbreite des Audiokanals entsprechend der Qualität und Sättigung des Musikfragments.

Audioformate

MP3 ist derzeit das beliebteste digitale Audioformat. Aufgrund der geringen Größe der endgültigen Dateien (ca. 1/10 der ursprünglichen Audio-CD-Datei) und aufgrund seines speziellen Datenkomprimierungsalgorithmus ist es in Filesharing-Netzwerken weit verbreitet und bietet eine Wiedergabequalität, die der von sehr nahe kommt Original. Das MP3-Format ist mit absolut allen RoverMedia-Playern sowie allen modernen Stereoanlagen und DVD-Playern kompatibel.

WMA ist ein von Microsoft entwickeltes Dateiformat zum Speichern und Übertragen von Audioinformationen. Der Hauptvorteil von WMA gegenüber MP3 ist die größere Komprimierungskapazität, die zu einer kleineren Dateigröße führt. Die neuesten Versionen des Formats, beginnend mit Windows Media Audio 9.1, bieten verlustfreie Codierung, Mehrkanal-Surround-Sound-Codierung und Sprachcodierung.

WAV ist ein Audiocontainer-Dateiformat zum Speichern einer Aufzeichnung eines digitalisierten Audiostreams. Dieses Format wird hauptsächlich zum Aufnehmen von Ton vom Voice-Recorder verwendet, der in RoverMedia-Playern und den meisten modernen Geräten integriert ist.

FLAC (Free Lossless Audio Codec) ist eines der beliebtesten Formate für verlustfreie Audiokomprimierung. Im Gegensatz zu den Formaten MP3 und WMA werden beim Codieren des Audios keine Informationen aus dem Audiostream entfernt. Dank dessen eignen sich FLAC-Dateien nicht nur zum Hören hochwertiger Musik auf tragbaren RoverMedia-Mediaplayern, sondern auch auf hochwertigen Audiogeräten.

Anzahl der Audiokanäle

Infektiöse Mononukleose
Mono (aus dem Griechischen (Monos) – eins) ist ein Präfix, das die Beziehung zum Singular bedeutet.
Mono eng. Mono (Monophonie) wird am häufigsten als Begriff für die Aufnahme und Wiedergabe von Ton verwendet.
Mono bedeutet monophon, einkanalig.

Stereo
Stereo (aus dem griechischen Festkörper, räumlich)
Stereophonie- oder Stereoton (aus den altgriechischen Wörtern “Stereoros” – fester, räumlicher und “Hintergrund” – Ton): Aufnahme, Übertragung oder Wiedergabe von Ton, in dem die akustischen Informationen über den Ort seiner Quelle gespeichert werden Sounddesign über zwei (oder mehr) unabhängige Audiokanäle. …
Bei der Stereoaufnahme erfolgt die Aufnahme aus 2 Mikrofonen, die einen bestimmten Abstand voneinander haben und jeweils einen eigenen Kanal haben (rechts oder links).
Das Ergebnis ist der sogenannte “Panorama-Sound”.