Audio-Grundlagen: Frequenz, Abtastrate, Bitrate

Grundlagen der Audiotechnik

Frequenz

Die Frequenz beschreibt die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde, die den analogen Klang erzeugen. Das Klangspektrum umfasst den gesamten Frequenzbereich und wird in Hertz (Hz) gemessen. Das menschliche Ohr kann Töne im Frequenzbereich von 20 Hz bis 20.000 Hz wahrnehmen.

Abtastrate (Sample Rate)

Digitales Audio ist eine Folge von Nullen und Einsen, die durch die Abtastung eines analogen Signals gewonnen werden. Die Abtastrate gibt an, wie oft der Wert des analogen Signals erfasst wird, um digitales Audio zu erzeugen. Sie wird in Hertz (Hz) gemessen. Beispielsweise bedeuten 44.100 Hz, dass in einer Sekunde 44.100 Samples vom analogen Audiosignal genommen wurden, um das entsprechende digitale Audio zu erstellen. Je höher die Audioqualität, desto höher ist die Abtastrate. Standardfrequenzen sind 44.100 Hz, 22.050 Hz und 11.025 Hz.

Auflösung (Bit-Auflösung)

Die Auflösung, auch Bit-Tiefe genannt, bezeichnet die Anzahl der Bits, die verwendet werden, um jede Probe des analogen Signals zu speichern. Eine 8-Bit-Auflösung bietet 256 (2⁸) Stufen der Genauigkeit, während eine 16-Bit-Auflösung 65.536 (2¹⁶) Stufen erreicht. Eine höhere Auflösung führt zu einer besseren digitalen Audioqualität. CD-Audioqualität entspricht beispielsweise in der Regel einem Klang von 44.100 Hz, 16 Bit, Stereo.

Übertragungsgeschwindigkeit (Bitrate)

Die Bitrate gibt an, wie viel physischen Speicherplatz (in Bits) eine bestimmte Länge des Audios einnimmt. Beispielsweise belegt ein 3-minütiges MP3-Audio mit 128 kBit/s 2,81 MB physischen Speicherplatz (3 min × 60 s/min × 128 kBit/s = 23.040 kbits → 23.040 kbit/s × 1024 bit/kbit ÷ 8 bit/Byte ÷ 1024 Byte/kB ÷ 1024 kB/MB = 2,81 MB). Im MP3-Audioformat wird häufig mit Bitraten von 128 kbps (Kilobit pro Sekunde) gearbeitet. Je höher die Bitrate, desto besser die Audioqualität, aber desto größer ist auch die Datei. Diese Größe wird hauptsächlich im MP3-Audioformat zum Herunterladen über das Internet verwendet.

CBR / VBR

CBR steht für Constant Bitrate (konstante Bitrate) und VBR für Variable Bitrate (variable Bitrate). CBR bedeutet, dass das Audio so kodiert wurde, dass die Bitrate über den gesamten Audioclip konstant bleibt. VBR hingegen schwankt zwischen einem maximalen und einem minimalen Bereich in Bezug auf die Übertragungsrate.

Codec

Codec ist die Abkürzung für Coder/Decoder (Kodierer/Dekodierer). Ein Codec ist ein Algorithmus, der die Anzahl der Bytes begrenzt, die eine Audiodatei benötigt. Dateien, die mit einem bestimmten Codec kodiert wurden, benötigen denselben Codec, um dekodiert und wiedergegeben zu werden. Der am häufigsten verwendete Audio-Codec ist MP3.

Dezibel

Dezibel ist die Maßeinheit für die Lautstärke oder Intensität eines Schalls. Stille oder die Abwesenheit von Schall wird als 0 dB quantifiziert, und die Schmerzgrenze für das menschliche Gehör liegt bei etwa 130–140 dB.