Vergleich analoger und digitaler Audiodaten

Der Übertragungs- und Speicherungsprozess von Sound ist bei analogen und digitalen Audiodaten sehr unterschiedlich.

Analoge Audiodaten: positive und negative Spannung

Ein Mikrofon konvertiert die Druckwellen des Klangs in Spannungsänderungen in einem Draht: hoher Druck wird zu positiver Spannung und niedriger Druck zu negativer Spannung. Wenn diese Spannungsänderungen durch einen Mikrofondraht geleitet werden, können sie als Änderungen der Magnetfeldstärke auf Band aufgenommen oder als Änderung der Rillengröße auf Vinylplatten aufgenommen werden. Ein Lautsprecher funktioniert genau umgekehrt wie ein Mikrofon. Er wandelt die Spannungssignale von einer Audioaufnahme in Schwingungen um und erzeugt wieder Druckwellen.

Digitale Audiodaten: Nullen und Einsen

Im Unterschied zu analogen Speichermedien (wie Magnetbändern oder Vinylschallplatten) speichern Computer Audiodaten digital in Form von Nullen und Einsen. Bei der digitalen Speicherung wird die ursprüngliche Wellenform in einzelne Samples zerlegt. Dieser Vorgang wird als Digitalisierung oder Sampling von Audiodaten bezeichnet. Manchmal wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff Analog-Digital-Konvertierung verwendet.

Wenn Sie Audiodaten von einem Mikrofon auf einem Computer aufnehmen, konvertieren Analog-zu-digital-Konverter beispielsweise das Analogsignal in digitale Samples, die auf dem Computer gespeichert und verarbeitet werden können.

Abtastrate – Grundlagen

Die Abtastrate ist die Anzahl der Samples, die pro Sekunde von einem Audiosignal abgetastet werden. Die Abtastrate bestimmt den Frequenzbereich einer Audiodatei. Je höher die Abtastrate ist, desto ähnlicher ist die digitale Wellenform der analogen Quellwellenform. Niedrige Abtastraten begrenzen den Bereich der Frequenzen, die aufgezeichnet werden können. Dies kann zu einer Aufnahme führen, die den ursprünglichen Klang nur sehr schlecht wiedergibt.

Zwei Abtastraten

A. Niedrige Abtastrate – Die ursprüngliche Klangwelle wird verzerrt. B. Hohe Abtastrate - die ursprüngliche Klangwelle wird perfekt wiedergegeben. 

Zur Reproduktion einer bestimmten Frequenz muss die Abtastrate mindestens doppelt so hoch sein wie die Frequenz. CDs verfügen beispielsweise über eine Abtastrate von 44.100 Samples pro Sekunde, sodass sie Frequenzen von bis zu 22.050 Hz reproduzieren können; das menschliche Ohr kann jedoch nur Frequenzen bis zu 20.000 Hz wahrnehmen.

Nachfolgend finden Sie die häufigsten Abtastraten für digitale Audiodaten:

Abtastrate

Qualitätspegel

Frequenzbereich

11.025 Hz

Schlechte Mittelwellenqualität (Low-End-Multimedia)

0–5.512 Hz

22.050 Hz

Annähernd UKW-Qualität (High-End-Multimedia)

0–11.025 Hz

32.000 Hz

Besser als UKW (Standardrate für Rundfunk)

0–16.000 Hz

44.100 Hz

CD

0–22.050 Hz

48.000 Hz

Standard-DVD

0–24.000 Hz

96.000 Hz

Blu-ray-DVD

0–48.000 Hz

Bittiefe – Grundlagen

Die Bittiefe bestimmt den dynamischen Bereich. Beim Sampling einer Klangwelle wird jedem Sample der Amplitudenwert zugewiesen, der der analogen Originalwelle am nächsten kommt. Eine höhere Bittiefe bietet mehr mögliche Amplitudenwerte, was zu einem größeren Dynamikbereich, geringerem Hintergrundrauschen und höherer Qualität führt.

Hinweis:

Für die optimale Audioqualität wandelt Adobe Audition alle Audiodaten in den 32-Bit-Modus um und konvertiert anschließend beim Speichern der Dateien in die angegebene Bittiefe.

Bittiefe

Qualitätspegel

Amplitudenwerte

Dynamikbereich

8 Bit

Telefon

256

48 dB

16 Bit

Audio-CD

65.536

96 dB

24 Bit

Audio-DVD

16.777.216

144 dB

32 Bit

Beste

4.294.967.296

192 dB

Höhere Bittiefen stellen einen größeren Dynamikbereich zur Verfügung.

Messen der Amplitude in dBFS

Bei digitalem Audio wird die Amplitude in Dezibel unter Full Scale bzw. dBFS gemessen. Die maximal mögliche Amplitude ist 0 dBFS; alle Amplituden darunter werden als negative Zahlen ausgedrückt.

Hinweis:

Ein gegebener dBFS-Wert entspricht nicht unmittelbar dem Schalldruckpegel, der mit dB(A) gemessen wird.

Inhalt und Größe von Audiodateien

Eine Audiodatei auf der Festplatte (beispielsweise eine WAV-Datei) besteht aus einem kleinen Header, in dem Abtastrate und Bittiefe angegeben sind, und aus einer langen Reihe von Zahlen (eine Zahl für jedes Sample). Diese Dateien können sehr groß sein. Bei einer Abtastrate von 44.100 Samples pro Sekunde und 16 Bit pro Sample sind für eine Monodatei 86 KB pro Sekunde erforderlich, d. h. ca. 5 MB pro Minute. Diese Zahl verdoppelt sich auf 10 MB pro Minute für eine Stereodatei, die über zwei Kanäle verfügt.

So werden Audiodaten von Adobe Audition digitalisiert

Wenn Sie mit Adobe Audition Audiodaten aufnehmen, wird die Aufnahme von der Soundkarte gestartet. Die Soundkarte legt auch die zu verwendende Abtastrate und Bittiefe fest. Über die Line-in- oder Mikrofonanschlüsse empfängt die Soundkarte analoge Audiodaten und tastet diese digital mit der angegebenen Rate ab. Adobe Audition speichert die Samples, bis Sie die Aufnahme anhalten.

Bei der Wiedergabe einer Datei in Adobe Audition läuft dieser Prozess in umgekehrter Richtung ab. Adobe Audition sendet eine Reihe digitaler Samples an die Soundkarte. Die Soundkarte rekonstruiert die originale Wellenform und sendet sie als analoges Signal an den Lautsprecherausgang.

Eine Zusammenfassung: Der Prozess des Samplings bzw. der Digitalisierung beginnt mit einer Druckwelle in der Luft. Ein Mikrofon wandelt diese Druckwelle in unterschiedliche Spannungen um. Eine Soundkarte konvertiert diese Spannungsänderungen in digitale Samples. Nachdem analoger Sound in digitale Audiodaten umgewandelt wurde, kann er mit Adobe Audition aufgezeichnet, bearbeitet, verarbeitet und abgemischt werden. Ihrer Fantasie sind hierbei keine Grenzen gesetzt.

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