FHTW-Berlin, Universität Linz

Der gute Ton

Die künstliche Nachbildung von Tönen gelingt mit heutiger Technik wesentlich besser als die Reproduktion von visuellen Eindrücken. Aufwendig ist lediglich die naturgetreue Nachbildung des räumlichen Eindruckes einer Geräuschquelle. Komplexe Wahrnehmungsmechanismen wirken im Menschen, um die Lokalität eines Geräusches festzustellen.

Die Digitalisierung akustisch wahrnehmbarer Signale

Schallvorgänge lassen sich in Frequenzbereiche einteilen, wobei der Bereich zwischen 20 Hz und 20 kHz als Hörschall, der darüberliegende als Ultraschall, der darunterliegende als Infraschall bezeichnet wird. Für die Digitsalisierung der Sprache reicht ein Frequenzbereich von 200 Hz bis 3200 Hz aus.

Beim Vorgang der Digitalisierung wird das (stetige) analoge Eingangssignal abgetastet und auf einer Werteskala abgebilet (diskretisiert). Die Qualität der Digitalisierung von Schall hängt somit von

der Abtastfrequenz (Dimension Hz) und
vom Wertebereich der diskreten Skala (Dimension Bit)

ab.

Für die Wahl der Abtastfrequenz gilt das Abtasttheorem oder sampling theorem welches besagt, daß sie doppelt so hoch sein muß, wie die abzubildende Frequenz.

Um den hörbaren Bereich ausreichend abzubilden genügt demnach eine Abtastfrequenz von 40 kHz. Für die Audio CD (siehe CD Standards) hat man sich auf eine Abtastfrequenz von 44,1 kHz bei einer Auflösung von 16 Bit geeinigt. Die so gewonnenen Daten werden in eine kontinuierlichen Datenstrom verwandelt. Dieses Verfahren wird als Puls Code Modulation oder kurz PCM bezeichnet.

Eine Weiterentwicklung des PCM verfahrens ist das log PCM.

Komprimierung von Audiodaten

Unter der Bezeichnung ADPCM (Adaptive Different Pulse Code Modulation) wurde ein Kompressionsverfahren entwickelt, welches in verschiedene CD Formate (CD-ROM XA und CD-I Format) mit aufgenommen wurde. Drei Kompressionslevels stehen für verschieden Anwendungszwecke zur Verfügung

-	Audio-CD	Level A	Level B	Level C
Abtast- frequenz	44,1	37,8	37,8	18,9
Modus	PCM	ADPCM	ADPCM	ADPCM
Bit Auflösung	16	8	4	4
Kompressions- rate	-	2	4	8
Anwendung/ Qualität	CD-Qualität	besser als UKW-Qualität	UKW-Qualität	Sprach Digitalisierung

Die Macintoshsysteme besitzen über eine Audiokompression auf dem ADPCM Prinzip. Damit können Kompressionsraten um den Faktor 3 oder 6 gewonnen werden. Die Auswahl der Abtastfrequenz, der Bit Auflösung und Datenkompression schläg sich natürlich im Speicherbedarf entsprechend nieder.

Abtast- frequenz	11	22	22	22	22	44
Bit Auflösung	8	8	8	8	16	16
Kompression	1:1	6:1	3:1	1:1	1:1	1:1
Speicherbedarf	665 kB	225 kB	445 kB	1,4 MB	2,7 MB	5.3 MB