Grundlagen der Akustik und digitale Audiotechnik

Physikalische Grundlagen des Klangs

Vom physikalischen Standpunkt aus ist Klang eine Schwingung, die sich in einem elastischen Medium (fest, flüssig oder gasförmig) ausbreitet. Wenn wir von einem für das menschliche Ohr hörbaren Ton sprechen, definieren wir ihn als eine Empfindung, die durch Wellen erzeugt wird, welche durch die Vibration eines Körpers entstehen und sich in einem elastischen Medium fortpflanzen.

Um einen Klang zu erzeugen, benötigt man:

• Einen Emittenten oder schwingenden Körper.
• Ein elastisches Medium (Sender der Schwingungen).
• Einen Empfänger, der diese Schwingungen aufnimmt.

Digitaler Klang und Audiotechnik

Digitaler Klang ist komplexer als analoger Klang, da er nicht als kontinuierliche Welle vorliegt. Er speichert Schwingungen als digitalen Code in Form von Nullen und Einsen, die die Intensität oder Amplitude des Schalls zu einem bestimmten Zeitpunkt darstellen. Die Klangqualität hängt von der Sampling-Frequenz und der Auflösung ab.

• Sampling-Frequenz: Je höher die Anzahl der Messungen pro Sekunde, desto besser ist die Klangqualität.
• Auflösung: Sie beschreibt die Genauigkeit der gemessenen Frequenz und wird in Bit angegeben.

Sampling und Kompression

Sampling bezeichnet die Fixierung eines elektrischen Signals in regelmäßigen, kurzen Zeitabständen. Jeder Messwert wird gespeichert.

• Frequenz: Eine höhere Frequenz ermöglicht eine präzisere Abbildung der ursprünglichen Welle.
• Präzision: Die Qualität der Wiedergabe hängt von der Genauigkeit ab, mit der das Spektrum gemessen wurde.

Kompression: Da Sounddaten viel Speicherplatz benötigen, werden Informationen als Sequenz von Nullen und Einsen kodiert, um die Dateigröße zu reduzieren. Durch Dekodierung wird das Original wiederhergestellt.

Speicherung und Wiedergabe von Ton

Die Speicherung und Wiedergabe von Ton erfolgt meist über zwei Methoden: das Band und die Noten. Während das Band die Wellenform speichert, enthalten Noten Informationen für Musiker. Ein elektronisches System nutzt Noten wie eine digitale Partitur, um Lautstärke, Tempo und Klangcharakteristik festzulegen.

Gängige Audioformate

Beispiele für Dateigrößen: MIDI (21 KB), WAV (5,3 MB), MP3 (440 KB), RA (Real Audio, 850 KB), VQF (280 KB).

Das MP3-Format

Das MP3-Format wurde 1995 eingeführt. Es ist aufgrund seiner geringen Dateigröße bei hoher Klangqualität sehr beliebt im Internet. Es basiert auf der psychoakustischen Wahrnehmung des menschlichen Ohrs, wobei nicht hörbare Frequenzen entfernt werden. Mit diesem Format können CD-Titel um den Faktor 12 bis 24 reduziert werden, ohne dass die Qualität merklich leidet. Die Qualität wird in Kbps (Kilobit pro Sekunde) angegeben.

Programme für die Audiobearbeitung

Bekannte Programme sind: Digital Audio Converter, Audacity und mp3splt.