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Audio: Analog-Digital-Wandler
Die Analog-Digital-Wandlung von Audio-Signalen erfolgt in drei Schritten:
- Abtastung/Sampling
- Quantisierung
- Codierung
Abtastung/Sampling
Am Anfang steht das analoge Audio-Signal. Um es digitalisieren zu können werden
in immer gleichen zeitlichen Intervallen die Werte der Welle abgelesen. Die festgelegten
Abstände nennt man Abtastfrequenz oder auch Samplingrate.
Jedem ist klar, dass hierbei Qualitätsverluste zu verzeichnen sind, denn man
nimmt ja nur Werte in bestimmten Intervallen und nicht jeden möglichen Wert
(was auch gar nicht ginge, da das analoge Signal unendlich viele Werte hat).
Um nun dennoch ein gutes Ergebnis zu bekommen, richtet man sich nach dem
Nyquist-Shannon-Abtasttheorem (benannt nach Harry Nyquist
und Claude Shannon), welches besagt, dass die Abtastfrequenz mindestens
doppelt so hoch sein muss, wie die höchste im Signalspektrum vorkommende
Frequenz.
Quantisierung
Die Quantisierung setzt nun ein Raster auf die Amplitude (Lautstärke, in
grafischen Darstellung i.d.R. die y-Achse). Bei Audio-CDs findet beispielsweise
eine 16-Bit-Quantisierung statt, es sind also 65536 Amplitudenwerte möglich.
Liegt ein Messpunkt nicht genau auf einer Quantisierungsstufe wird er gerundet
der näherliegenden Stufe zugeordnet. Diese Punkte nennt man dann Quantisierungsfehler,
da sie ja im Grunde einen falschen Wert messen.
Codierung
Zu diesem Zeitpunkt hat die Samplingrate festgelegt wann bzw. in welchem festen Abstand gemessen wird und die Quantisierung hat die Werte geliefert. Bei der Codierung werden diese gemessenen Werte nun in Binärcode gewandelt und so digital gespeichert.
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