4.2.3. Die untere Zeile der Grafik

schließlich zeigt die 'Digitalisierung' des Spannungsverlaufs:

  • Die Spannungswerte werden dabei in regelmäßigen Zeitintervallen gemessen und der gemessene Wert (die Länge der senkrechten schwarzen Linien mit Punkt am Ende) als Zahl weitergeleitet.
  • Die Taktgeschwindigkeit dieser Messung wird 'Abtast-' oder 'Samplerate' genannt. Für qualitativ hochwertige Audiosignale sind Sampleraten von 44100, 48000, 88200 oder 96000 Werten/Sekunde üblich, es werden allerdings für manche Zwecke auch noch höhere Samplingraten eingesetzt.
  • Die Zahlenwerte werden als geordnete Zahlenfolge im Computer zur Weiterbearbeitung gespeichert. Hierbei ist der 'Index' der Zahlen ein Maß für die verstreichende 'Zeit' des analogen Signals aus der mittleren Zeile. Das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zahlen errechnet man, indem man den 'Kehrwert' der Samplerate bildet. Bei einer Samplerate von 44100 Samplen/Sekunde ergibt sich also eine Zeitdifferenz von 1/44100 s = 0.022675737 ms zwischen aufeinanderfolgenden Zahlen.
  • Die Samplerate bestimmt, welche maximale Frequenz durch die Abtastung noch darstellbar ist. Es gilt, dass die maximal darstellbare Frequenz bei der Hälfte der Abtastrate erreicht ist. Diese Frequenz nennt sich 'Nyquist-Frequenz'. Bei einer Abtastrate von 44100 Werten/Sekunde ergibt sich also eine obere Grenzfrequenz von 22050 Hz. Wenn höhere Frequenzen abgetastet werden, ergibt sich aufgrund eines 'Aliasing' genannten Phänomens eine niedrigere Frequenz, die an der oberen Grenzfrequenz (Samplerate\slash{}2) 'gespiegelt' (und im Vorzeichen umgekehrt) auftaucht.\

    Beispiel

    Wird ein Signal von 25000 Hz mit einer Samplerate von 48000 Hz abgetastet, so ergibt sich im Ergebnis eine Frequenz von -23000 Hz (Abtastrate/2=24000 Hz; 25000Hz = 24000+1000 Hz; gespiegelt ist das 24000-1000 Hz = 23000 Hz, mit negativem Vorzeichen also -23000 Hz 3).

  • Ein anderer wichtiger Wert bei der Digitalisierung von Signalen ist die Genauigkeit der Zahlendarstellung. Die Genauigkeit wird in 'Bit' (die Anzahl von 0-en und 1-en in binärer Zahlendarstellung). Üblich sind 16, 24 oder 32 bit. Das entspricht 2^16, 2^24, oder 2^32 verschiedenen Werten. Je höher diese Zahl ist, desto geringer ist das digitale Rauschen, das sich insbesondere bei sehr leisen Signalpegeln auf die Klangqualität auswirken kann.

Abbildung 4.2, „Animation der AD-Wandlung von Schallwellen“ verdeutlicht die verschiedenen Schritte der Wandlung von Schallwellen in digitale Signale.

3: Das negative Vorzeichen führt bei einem Audiosignal dazu, dass die Samplewerte an der y-Achse gespiegelt werden; bei Audiosignalen spricht man dabei von 'negativer' bzw. 'gedrehter' Phase, da dies bei Analogsignalen dem Vertauschen der beiden elektrischen Leitungen, die ein Analogsignal transportieren, entspricht.

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