Digitalisierung von Tönen. Von Paul

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Klaudia Rosenberg
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1 Digitalisierung von Tönen Von Paul

2 Was passiert beim hören Tonquelle erzeugt Schallwellen Alle vibrierende Objekte erzeugen Schallwellen. Durch die Vibration wird das Medium stoßweise verdichtet. Schallwellen werden durch ein Medium transportiert (Luft, Wasser, Holz). In Luft ist die Schallgeschwindigkeit: 330m/s = 1188 km/h. Ohr wandelt diese in Abhängigkeit von Stärke und Häufigkeit in Töne durch das Trommelfell in Reize um. Der hörbare Bereich eines Menschen liegt zw. 20Hz und 20kHz.

3 Transport von Schalwellen Eigentlich in jedem Medium gleich Moleküle sind normaler Weise gleichweit voneinander entfernt. Nachdem verdichten, versuchen sie alten Abstand wieder herzustellen. Dabei bewegen sie sich vorwärts und rückwärts und verdichten dabei das Gebiet ihrer Nachbarn usw.

4 Schwingungen Die einfachste Schwingung ist die Sinuskurve. Eine periodische Schwingung. Periodische Schwingungen sind alle Töne, die man als Klänge bezeichnen kann. Klavier, Glocke Nicht periodische Schwingungen erzeugen Geräusche Wasserrauschen

5 Digitalisierung Digitalisierung ->Prozeßblock: zwei Teilen Erster->Aufgabe: Material in Computer Form, (A/D-Wandlung) aus analogen Sinuskurve eine Wavetable (Zahlenmenge) Zweiter->Aufgabe Ergebnisse Computer in menschlichen Sinn (umgekehrten Vorgang) (D/A-Wandlung).

6 Der analoge Ton unendlich vielen Werten von Ton -> kleine Menge diskreter Punkte Theorie: Analoge Ton->unendlich viele Werte zerlegt analoge Schwingung nur 1s ->unendlich viele Zeitpunkten Digitalisierung ändert Eigenschaft des analogen Signals kontinuierlichen und unendlichen ->diskretes und endliches

7 Sambling (sample = Beispiel, Muster) von einem analogen Signal Samples ->digitales Signal Abtastung ->Abständen hohe Geschwindigkeit (typisch 40 bis 50 khz) treppenförmige Kurve entsteht Abstand Punkt zu Null-Linie=Digitalwert als Zahlenwert gespeichert bei Sampling-Rate von 48 KHz -> Werte pro s

8 Nebenwirkungen Digitalisierung führt zu störenden Nebenwirkungen Sie treten bei D/A-Wandlung auf. Bsp: pro Welle -> ein Sample mehrere Möglichkeiten um Schwingung rekonstruieren mindestens zwei Werte um eine Schwingung aus Wellenberg und Wellental richtig vermessen zu können.

9 Samblingrate CD-Spielern ->Sampling-Rate =44,1 KHz. Mensch Töne bis 20 khz hören damit eindeutig analysierbar bei Erfüllung der beiden folgenden Forderungen keine Informationsverluste entstehen, wenn das digitale Signal wieder in ein analoges zurückverwandelt wird: Die Sampling-Rate muss mindestens doppelt so groß sein wie die höchste zu verarbeitende Frequenz. Das Signal darf keine Frequenzen enthalten, die über der halben Sampling-Rate liegen.

10 Datenformate wav: auf Riff aufgesetzt aiff: (Audio Interchange File Format)Apple keine Datenkompression flac: (Free Lossless Audio Codec) frei verfügbar ohne Softwarepatente mp3: Psychoakustik nur für den Mensch acc: (Advanced Audio Coding) weiterentwiklung von MP-EG-2 snd: Standart Audioformat Next- sunrechnern ogg Vorbis: Alternative für mp3 anpassbar

11 Geschichte 1928 Nyquist-Kriterium->Sampling-Frequenz digitalisiertes Signal verlustfrei zurückzuverwandeln. Shannon: 1949 Abtasttheorem->Menge Werte verlustfreie Rekonstruktion keine außerhalb des Hörbereichs Frequenzen im Signal -> hörbare Störungen: Aliasing Daher Tiefpassfilter am Eingang von A/D-Wandlers unerwünschten Frequenzen unterdrückt. moderne CD-Technik erleichtert durch Oversampling.

12 Geschichte 2 Eingangssignal mit hohen Frequenz abgetastet->besser Filterung erhaltenen Werte auf eigentliche Sampling-Frequenz gerechnet Zur Wiedergabe Digital-Analog-Umsetzer digitalisierten Wellenformen in analoge Spannungsschwankungen Danach kann über einen Verstärker und Lautsprecher die Umsetzung in akustische Schwingungen erfolgen. Die 'Lücken eines digitalen Signals durch ein Filter beseitigt werden.

13 Geschichte 3 Auch hier Oversampling->Unterdrückung: Störungen u. a. Reduzierung von Quantisierungsrauschen Entsteht Digitalisierungsprozesses Manipulation :Abtastrate -> typische Sampler-Effekte. z.b Sample: bei Wiedergabe mit anderen Abtastrate als bei Aufnahme ändert sich Tonhöhe.

14 Quellen Wikipedia Virtual University ppt: Analogtechnik

15 Danke fürs Zuhören

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