Musik am PC: analog/digital. Vortrag der Computeria Zürich George Lauriston

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Herta Morgenstern
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1 Musik am PC: analog/digital Vortrag der Computeria Zürich George Lauriston

2 George Lauriston wer/was bin ich? Schottisch, wohnhaft in Zürich seit 1979 Studium: Physik und Mathematik, Glasgow Berufserfahrung Telekommunikation: Hard- und SW-Entwicklung, Managed Services Derzeit zuständig für IT-Dienste, Schwerpunkt CAD, in der Projektleitung einer Fensterfabrik Hobbies: (u.a.) Musik, aktiv (Akustikgitarre) und passiv (z.b: Digitalisieren meiner analogen Plattensammlung) Kontakt:

3 Inhalt Ton/Schall Analoge Aufnahme - mechanisch; später elektrisch/magnetisch Digitalisieren Die CD Datenkomprimierung (lossy/ lossless; Dateiformate) Beispiel MP3 Digitale Musik woher? /wo speichern? / wohin?

4 Was ist Ton? Töne sind Druckwellen der Luft. Wir hören Töne weil unsere Ohren auf Luftdruck- änderungen reagieren.

5 Beispiele Händeklatschen ist ein kurzes Schallereignis, das eine einzige Schallwelle erzeugt, die sich aber schnell wieder verläuft: Periodische Schwingungen entstehen bei gleichmässigen Vibrationen.

6 Analoge Aufnahme Bei den ersten, rein mechanischen Tonaufnahmen wurde eine Membran ähnlich wie bei unseren Ohren vom Luftdruck stimuliert. Eine auf der Membran montierte Nadel hat die Vibration auf eine rotierende Tonwalze oder -Scheibe spiralförmig übertragen.

7 Analoge Wiedergabe Bei der Wiedergabe hat die Nadel die Vibrationen von der Rille auf dem Tonträger in Vibrationen der Membran umgesetzt.

8 Analoge Aufnahme, elektrisch/magnetisch in einem Mikrophon werden die Schwingungen der Membran in elektrischen Schwingungen umgesetzt. Je höher der Luftdruck, desto grösser das elektrische Signal. Das elektrische Signal wird in einem Tonbandgerät in ein magnetisches Signal umgewandelt und auf Magnetband linear gespeichert. Bei der Wiedergabe wird das magnetisch Signal vom Band gelesen und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das von einer Lautsprechermembran wieder in Luftdruckänderungen umgesetzt wird. Das kontinuierliche analoge elektrische bzw. magnetische Signal ist immer gleich gross wie die Zugehörige Luftdruckänderung.

9 Digitale Aufnahme/Konversion Die Digitalisierung eines Signals erfolgt hauptsächlich in einem Analog-Digital-Wandler. Er macht pro Sekunde Tausende von Messungen des elektrischen Signals und speichert die jeweiligen Strom- bzw. Spannungswerte als Zahlen im Computer ab. ("Sampling") Zwei Faktoren sind für die Qualität eine digitalen Tonaufnahme massgeblich verantwortlich: Die Abtastfrequenz bzw. Bitrate - die Anzahl Schnappschüsse pro Sekunde (in Hertz) Die Bittiefe bzw. Auflösung - die maximale Anzahl der möglichen vertikalen Schritte

10 Analog-Digital Konversion

11 Digitale Wiedergabe Bei der Wiedergabe werden alle Zahlenwerte der einzelnen Samples von einem Digital- Analog-Wandler wieder in elektrische Signale gewandelt. Der Rest des Weges ist dann gleich wie bei der Analogwiedergabe.

12 Die CD Gemeinschaftsentwicklung von Philips und Sony Lange Diskussionen über Parameter wie Abtastfrequenz, Bitbreite, Dauer, Grösse End-Resultat ("Rotbuch"-Norm): 2 Kanäle (Links + Rechts) mit je 16 Bit (+Check-Bits) / 44,1 khz / 12 cm Durchmesser Dauer: Vorgabe min. 74 Min (die längste bekannte Aufnahme von Beethovens 9. Symphonie) Effektiv können bis 90 Min auf einer CD gebrannt werden.

13 Weiterentwicklung der digitalen Musik Multimedia-Anwendungen am PC CD's am PC lesen, CD-ROMs brennen. CD's werden damit schnell und genau kopierbar. Die Komprimierung der digitalen Dateien ermöglicht den schnellen Transfer via Internet sowie die platzsparende Speicherung auf mobile Geräte (MP3-Player, I-Pod)

14 Komprimierung, Datei-Format Das CD-Format (16 bit / 44,1 khz) gilt als Standard. Die entsprechenden unkomprimierten Formate am PC (WAV) bzw. MAC (AIFF) sind equivalent, und beinhalten die volle Menge Daten und musikalische Information, ohne Verluste. Es gibt einige Lossless Verfahren, die eine verlustfreie Komprimierung um ca % erreichen, z.b. ALAC (Apple) und FLAC.

15 Komprimierung, Datei-Format (2) Bei anderen, lossy Datei-Formaten wird mit verschiedenen Mitteln versucht, durch Weglassen von Information die Datei-Grösse stärker zu reduzieren. Dieser Verzicht bedeutet aber Qualitäts-Verlust (die ursprüngliche Qualität kann nicht mehr rekonstruiert werden). Die bekannteste lossy Variante ist MP3. Andere Formate sind z.b. AAC (Apple), ATRAC, OGG und WMA.

16 Beispiel MP3 (MPEG1, Audio Level 3) Die Kodierung gem. dem MP3-Standard nutzt Erkenntnisse der Psychoakustik aus, um Ton- Elemente wegzulassen die im Normalfall vom Hörer nicht wahrgenommen werden, z.b. verschiedene Frequenz und Pegel-Verhältnisse

17 MP3 (2) MP unterstützt eine Reihe von Bitraten zwischen 32 und 320 kbit/s und Abtastfrequenzen 32, 44.1 und 48 khz Im Vergleich zu WAV (CD-Quality) mit 1411 kbit/s ist eine 320 kbit/s MP3-Datei mehr als 4 mal kleiner. oder: ein 128 kbit/s MP3-Datei braucht ca. 1 MByte pro Minute, gegenüber ca. 11 MByte pro Minute bei WAV

18 MP3 (3) Vorteile: starke Komprimierung / kleine Dateien praktisch überall unterstützt Metadaten ("Tags"), z.b. Titel, Artist, Bild, Text, Nachteile: Je stärker die Kompression, desto höher die Qualitätsverlust. Die entfernte Information ist nicht mehr verfügbar, auch bei Rück-Konversion zu einem höheren Bitrate. Bei Konversion zu einem anderen lossy Format kommen neue Verfälschungen hinzu.

19 Digitale Musik woher? Download I-Tunes Store kbit/s Amazon.de kbit/s Ex-Libris (CH-Angebot) andere CD einlesen ( Rippen ) I-Tunes (Apple) MAC und PC Windows Media Player Andere (z.b. Nero, ) "Streamen" (z.b. Internet-Radio) Eigenes Audio-Material Konvertieren ("Digitalisieren")

20 Digitale Musik wo speichern? Musik-Dateien (*.wav/*.mp3/usw.) - genau wie andere PC- Dateien handhaben Speichern auf Hard-Disk (intern+extern)/ Memory-Stick/ CD+DVD-ROM /Cloud Brennen auf CD: Audio-CD benötigt WAV-Dateien Daten-CD: alle Datei-Typen Software: Windows Media Player, I-Tunes, Nero, etc. Obwohl weniger empfindlich als LP's und Cassetten, können digitale Speichermedien auch kaputt (oder verloren) gehen. Daher: Mindestens 1 Backup-Kopie, extern!!!

21 Digitale Musik wohin damit? Wiedergabe direkt [Sound-Chip (on-board) / Sound-Karte (intern/extern)] Desktop-PC: Anschluss am grünen Buchse Laptop: meistens nur Kopfhörer-Ausgang vorhanden externe USB- Sound-Karte Externe Lautsprecher (PC-Boxen) oder Haus-Anlage "Stereo" Transport -Anhang (einzelne MP3) Memory-Stick File-Sharing (Rapidshare, Mediafire, ) Cloud (Dropbox, )

22 Digitale Musik wohin damit? (2) Externe Wiedergabe [MP3-Player/ Handy / Tablet / I-xxx] Player-spezifisch, evtl. proprietäre Software Anbinden an PC via Kabel/ Bluetooth /WiFi Oft: Anbinden wie Memory-Stick - Kopieren, Drag-and-Drop Übertragen an Apple-Geräte (I-Pod, I-Phone, I-Pad): nur mit der I-Tunes Software möglich (gilt auch für Windows-PC)

23 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! George Lauriston

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