Digitale Audioverarbeitung: Grundlagen und Technik

Grundlagen der digitalen Audioverarbeitung

Die Audioverarbeitung ist der Prozess, durch den Klang für die Bearbeitung und Speicherung in ein digitales Format umgewandelt wird. Dabei werden analoge Schallwellen in digitale Signale überführt.

Analoge und digitale Audiosignale

Analoge Signale, die einen Ton darstellen, können alle Werte von Frequenz und Amplitude innerhalb eines begrenzten Bereichs annehmen. Sie sind kontinuierlich. Im Gegensatz dazu nehmen digitale Signale in digitalen Klangsystemen diskrete Werte in Zeit und Amplitude an. Dies ermöglicht die Bearbeitung von Ton auf dem Computer.

Der Digitalisierungsprozess

Damit Ton auf dem Computer bearbeitet werden kann, muss er digitalisiert werden. Das bedeutet, das analoge Signal muss in ein digitales Signal umgewandelt werden. Dieser Prozess erfolgt in mehreren Schritten:

• Abtastung (Sampling)

  Das analoge Signal wird in regelmäßigen Zeitabständen abgetastet. Die Abtastrate (Sampling-Rate) ist die Anzahl der Proben pro Zeiteinheit. Sie bestimmt die wahrgenommene Qualität: Eine höhere Abtastrate führt zu einer größeren Treue des Sounds zum Original-Audiosignal.

• Quantisierung und Kodierung

  Die abgetasteten Werte werden in diskrete digitale Werte umgewandelt und binär kodiert. Die Bittiefe (Anzahl der Bits pro Probe) ist die Anzahl der Bits, die verwendet werden, um jede Probe darzustellen. Sie bestimmt die Genauigkeit, mit der das Originalsignal reproduziert wird, und entspricht dem, was wir als Bildauflösung bezeichnen. Eine Audio-CD verwendet beispielsweise eine Bittiefe von 16 Bit.

Digitale Audioqualität verliert nicht an Qualität, wenn sie kopiert oder reproduziert wird, im Gegensatz zu analogen Aufnahmen.

Hardware für Audioaufnahme und -wiedergabe

• Mikrofone

  Mikrofone eignen sich zur Erfassung und Umwandlung von analogen Schallwellen in elektrische Signale.

• Soundkarten und Audio-Aufnahmegeräte

  Ein Computer enthält eine Soundkarte, die den Digitalisierungsprozess durchführt, indem sie elektrische Signale in binäre Daten umwandelt. Audio-Aufnahmegeräte umfassen alle Elemente, die ein Mikrofon enthalten (z.B. Computer, mobile Geräte, Aufnahmegeräte). Für die Speicherung von digitalem Ton wird viel Speicherplatz benötigt.

• Audiowiedergabegeräte

  Zur Wiedergabe von Ton führt der Computer den umgekehrten Vorgang durch: Er dekodiert die binären Informationen und wandelt sie in ein elektrisches Signal um. Kopfhörer oder Lautsprecher empfangen dieses Signal und wandeln die elektrischen Impulse oder Schwingungen in Schall um, der an unsere Ohren übertragen wird. Audio-Wiedergabegeräte sind alle Elemente, die einen Audio-Ausgang für Lautsprecher oder Kopfhörer enthalten (z.B. CD-Player, MP3-Player oder Computer).

Codecs: Komprimierung und Dekomprimierung

Ein Codec ist ein Algorithmus, der Informationen zur effizienten Speicherung und Übertragung komprimiert und dekomprimiert.