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Digitale audio

Digitaler Ton steht für a Digital Präsentation von Klang. Digitale Speicherung von Ton, die benötigt wird, um Ton mit a . zu verarbeiten Computer. Die digitale Tonspeicherung wurde (von Sony ) erstmals kommerziell angewendet in 1982 durch die Vermarktung CD oder Compact-Disc.

Erste Digitalisierung

Vor dem 1982 war es schon möglich, mit a . im wohnzimmer digitalen ton aufzunehmen? PCM-Adapter. Ein PCM-Adapter ist ein elektronisches Gerät, das analoger Ton in digitalen Ton, der wieder in ein Pseudo-Videosignal umgewandelt wird, das auf Videoband gespeichert werden kann. Die bei der Compact Disc verwendete Abtastrate von 44,1 kHz wird von einem solchen PCM-Adapter abgeleitet.

Formen der Digitalisierung

Diese digitale Darstellung von Klang kann entstehen:

  • vollständig manuell eingegeben wurden (zum Beispiel per Tastendruck auf a Tastatur streiken)
    • Dateiformate dieses Typs: MIDI
  • ein echter Klang sind diejenigen digitalisiert wurde. Dateien dieser Herkunft heißen Bitstrom Dateien.
    • Dateiformate dieses Typs: Wave, mp3, ogg...
  • eine Kombination der beiden vorherigen sein. Diese Dateien heißen Module.
    • Dateiformate dieses Typs: xm, s3m, mod, it ...

Dies führt zu einer großen Anzahl verschiedener Arten von digitalen Tondateiformaten.

MIDI

Der Unterschied zwischen Modulen und MIDI liegt hauptsächlich in der Art und Weise, wie Instrumente gespeichert werden. Bei MIDI wird pro Instrument nur eine Zahlenangabe gespeichert. Bei Modulen wird pro Instrument ein Soundsample (Bitstream-Format) dieses Instruments gespeichert.

Dadurch klingt ein Instrument beim Spielen eines Moduls immer gleich. Bei einer MIDI-Datei hängt es davon ab, welches Instrument das Wiedergabeprogramm der Instrumentennummer zuordnet. Glücklicherweise gibt es dafür Standards, wie z General-MIDI, beschreiben aber nur den Gerätetyp (z.B.: Trompete, usw.), sodass die endgültige Klangqualität, selbst wenn Sie dem Standard folgen, stark von dem Klangbeispiel abhängt, das der Spieler für diese bestimmte Instrumentennummer verwendet.

Beim Digitalisieren von Ton wird davon ausgegangen, dass der Ton bereits in analoge Form (dafür kann zum Beispiel ein Mikrofon sorgen). Der resultierende elektrische Strom wird dann digitalisiert. Dazu verwendet man a ADC, die fast jedes digitale Gerät mit analogem Eingang hat. Mit Hilfe von a DAC digitaler Ton kann in analogen Ton umgewandelt werden.

Digitalisierung von Ton

ADC

Das ADC (analog-DigitalWandler) ist eine Elektronik, die ein kontinuierliches analoges Signal in ein diskretes digitales Signal (d. h. eine Zahlenfolge) umwandelt. Als allgemeines Prinzip gilt: Mit einem gewissen Frequenz wird das Augenblickliche Amplitude des analogen Signals und in eine Zahl umgewandelt (ergibt a Stichprobe) Analoge Signale haben per Definition eine unendliche Auflösung (vgl. de kontinuierliche Funktion). Die Auflösung digitaler Signale ist jedoch endlich. Daher geht bei der Konvertierung immer Qualität verloren. Wie viel Qualität verloren geht, hängt von einer Reihe von Qualitätsfaktoren ab.

Qualitätsfaktoren

Auflösung/Bittiefe/Sample-Präzision

Die vorgegebene Genauigkeit bestimmt, wie viele mögliche diskrete Werte (Schritte) eine Probe nehmen kann und damit wie hoch die Auflösung ist. Dieser Faktor wird oft als Bittiefe weil er für die Zahl steht Bits der zum Speichern des Wertes zur Verfügung steht. Diese feste Anzahl von Bits sollte die Codierung unterschiedlicher Stärken ermöglichen, sodass Sie mit mehr Bits you Stichprobe näher an der Realität. Die Präzision ist jedoch nicht unendlich. Aufgrund der Konvertierung muss jedes Sample immer in Bezug auf das analoge Signal gerundet werden. Dies ist eine Verzerrung des Signals und wird auch als bezeichnet Quantisierungsrauschen erwähnt. Ton digitalisiert mit CD Qualität wird normalerweise mit 16 . abgetastet Bits pro Stichprobe. Das heißt, jeder Stichprobe 2^16 = 65536 kann unterschiedliche Werte annehmen. Quantisierungsrauschen ist hier kaum hörbar. Etwas klassisch Aufnahmen verwenden eine Quantisierungstiefe von 20 Bit pro Sample, um ein noch geringeres Quantisierungsrauschen zu erzielen (2^20 = 1048576 mögliche Werte pro Sample).

Abtastrate (Abtastrate oder "Beispielrate" (Englisch))

Die Anzahl der Bestimmungen von a Beispielwert pro zweite heißt der Abtastrate. Eine Abtastrate ist einer anderen Größe zugeordnet, die als . bezeichnet wird Nyquist-Frequenz. Das NyquistFrequenz für eine gegebene Abtastrate ist gleich der Hälfte dieser Abtastrate (Abtastverhältnis) und stellt die höchste Frequenz dar, die reproduzierbar aufgezeichnet werden kann. Das menschliche Ohr kann Frequenzen von 20 Hz bis maximal 20 kHz wahrnehmen. Um also alle für den Menschen hörbaren Frequenzen zu speichern, muss die Abtastrate mindestens 40 kHz betragen. Es ist kein Zufall, dass Klang in CD-Qualität eine Abtastrate von 44,1 hat kHz hast. In Studios werden oft 48, 96 bis 192 kHz verwendet.

Bei unregelmäßiger Abtastung tritt eine Verzerrung auf, die ontstaat zittern heiß.

Höhere Qualitätsfaktoren erfordern auch eine höhere Rechenleistung und Speicherkapazität, die jedoch immer weniger zum Engpass wird.

Nach der Digitalisierung der digitale Ton bearbeitet einbiegen in.

Kantenphänomene am ADC

  • Aliasing: Das Phänomen, dass Signalanteile mit einer höheren Frequenz als der Nyquist-Frequenz nicht richtig verarbeitet werden und sogar das Ergebnis störend beeinflussen;
  • Geistersignale: Dies sind Signale, deren Frequenz in analoger Form außerhalb des menschlichen Hörspektrums liegt, die aber aufgrund von Rundungsfehlern oder Verzerrungen in digitaler Form dennoch in das menschliche Hörspektrum fallen.