Audiowandlung und Formate

Präsentation zum Thema: "Audiowandlung und Formate"—  Präsentation transkript:

1 Audiowandlung und Formate
D. Rival

2 Übersicht 1. Unterschied der Signale 2. Audio vs. Midi
3. Töne und Wellenformen 4. A/D-, D/A-Konverter 5. Daten- und Audiokompression

3 1.1 Unterschied der Signale
Analog Zeit und Wertbereich kontinuierlich (beinhaltet unendlich viele Informationen) Digital Zeitdiskret und Wertdiskret (endlicher Zeichenvorrat durch Kodierung)

4 1.2 Analoge Wärme? Analog Übersteuerungen möglich und oft gewollt
Spaltung und Verdopplung der Obertöne Digital Maximal = 0 dB sonst sog. „Clipping“. Äußerst selten gewollt!

5 2 Audio vs. Midi 2.1 Was ist Midi und warum?
2.2 Was ist der Unterschied? 2.3 Romplaystandards GM, GS und XG?

6 2.1 Was ist Midi und warum? Musical Instrument Digital Interface
Datenübertragungs-Protokoll *.mid, nur Steuerdaten – wenig Speicher Midi für Klingeltöne von Mobiltelefonen und (schon etwas her: ) Sound von Computerspielen.

7 2.2 Was ist der Unterschied?
Während Audio-Daten (z.B. auf einer CD oder in Samples) einen konkreten Klang digital erfassen, speichern und wiedergeben, beinhalten die MIDI-Daten lediglich bestimmte Steuerbefehle, die einen Klangerzeuger veranlassen, vorhandene Klänge wiederzugeben

8 2.3 GM,GS und XG Standards in Klangfarben, Controller, Polyphonie, Effekten (auch Filter u. Dyn.) GS Roland(- Soundcanvas) XG Yamaha Parameter wie Panorama, Velocity sowie systemexklusive Informationen

9 3 Töne und Wellenformen 3.1 Tonhöhe – Frequenz
3.2 Lautstärke - Amplitude 3.3 Art der Darstellung

10 3.1 Tonhöhe Je schneller eine Schwingung ist, desto höher ist der Ton.
Die Frequenz der Schwingungen in Hz gemessen – Schwingungen/sec.

11 3.2 Lautstärke - Amplitude
Je stärker die Schwingung ist, desto lauter ist der Ton. Die Lautstärke, genauer: relativer Wert von Eingangs und Ausgangspegel = dB.

12 3.3 Art der Darstellung In der Mitte ist der leiseste Ausschlag und nach außen werden die jeweiligen Pegel angezeigt. Von links nach rechts ist die Zeit (kl. Einheit: Sample). (Bsp. Wavelab)

13 4 A/D D/A Konverter 4.1 Wie funktioniert‘ s?
4.2 Abtastrate und das Abtasttheorem 4.3 Aliasing Fehler 4.4 Auflösungen 4.5 Bitrate und Speicherbedarf 4.6 Unkomprimierte Formate

14 4.1 Wie funktioniert‘s ? Der Analog-Digital Konverter tastet die Schallwelle in festen Abständen ab und gibt sie als Daten weiter.

15 4.1 Wie funktioniert‘s ? PAM= PulsAmplitudenModu-liertes-Signal
Das Analoge Signal wird quantisiert und und gespeichert. (Bitdepth, CD 16 Bit) PCM

16 4.2 Abtastrate Einheit: Hz. - tastet in diesen festen Abständen die Schallwelle ab Abtasttheorem (sehr kurz):Ein Signal, mit einer Minimalfrequenz von 0 Hz und einer Maximalfrequenz freq max. muss mit einer Frequenz größer als 2 * freq max. abgetastet werden

17 4.2 Abtastrate Menschliches Gehör: 20 Hz bis max. 20000Hz
20 kHz*2 = 40 Khz Bsp.: CD-Standard 44.1 kHz

18 4.3 Aliasing Fehler Aliasing-Fehler entstehen, wenn die Abtastrate zu niedrig für die hohen Frequenzen ist. Es bilden sich neue Frequenzen, die vorher nicht im Ton enthalten waren.

19 4.4 Auflösungen Auflösung: 8, 16, 24 und 32 Bit. Der Platz der jeder kleinsten digitalisierten Information = Sample zu Verfügung steht. Je höher desto genauer. Cd Standard: 16 Bit.

20 4.4 Auflösungen PAM Signal wird in den Quantisierungsbereich eingefügt.

21 4.4 Auflösungen Jeder einzelne digitalisierte Ausschnitt aus einer Schallwelle (Sample) braucht Speicherplatz im Computer. Je mehr Speicher pro Information reserviert wird, desto feinere Unterschiede können gespeichert werden. Bsp: 16 Bit: ein Sample kann also Werte zwischen und haben.

22 4.5 Bitrate und Speicherbedarf
Bits die pro Sekunde zu übertragen sind AbtastR: 44.1 kHz, Codeword-L: 16 Bit, Anzahl der Kanäle 2(Stereo). Bitrate = 2*16Bit*44100Hz=1411kBit/sec=176,4 kB/s 1 Minute sind ca. 10 Mb Samples pro Sekunde * 60 Sekunden * 2 Byte pro Sample *2 (stereo) = Byte = 10,1 Megabyte (bei 1 Kilobyte = 1024 Byte]

23 4.6 Unkomprimierte Formate
*.wav *.aiff

24 5 Daten und Audiokompression
5.1 MP3 (MPEG Audiolayer 3) 5.2 MP3 Datenkompression 5.3 Audiokompression 5.4 Bitrate 5.5 Codecs

25 5.1 MPEG Audiolayer 3 Vom Deutschen Frauenhofer Institut
ab 1982 von einer Gruppe um Karlheinz Brandenburg Ab 1995 mp3 als Extension festgelegt. Die ID3-Tags werden einfach an den Anfang oder das Ende der MP3-Datei gehängt (Metadaten).

26 5.2 MP3 Kompression Nur die hörbaren Frequenzen werden gespeichert (Grenzfrequenz) Nicht hörbare Freq. In der Nähe von großen Oberton-Spektren. Stereodateien lassen sich relativ besser komprimieren: 1 Kanal=Schnittmenge beider Kanäle und auf dem anderen die Differenz. (verlustfrei) Die restliche Datenmenge wird verlustfrei komprimiert (Bsp.: ZIP)

27 5.3 Audiokompression Dynamische Kompression (Amplitude)
Erhöhung der gesamten Lautstärke

28 5.3 Audiokompression Multiband Kompressor

29 5.4 Codecs Coder / Decoder Decoder standardisiert
Encoder von unterschiedlichen Herstellern z.B. Lame oder Frauenhofer Encoder

30 Quellenangaben Andreas Kellermeyer und Andreas Wimmer
atknoll1.informatik.tu-muenchen.de:8080/tum6/lectures/seminars/ss03/audio/v1 digitalaudio-2.pdf de.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Shannon-Abtasttheorem de.wikipedia.org/wiki/Alexander_Graham_Bell Kommunikationsplattform für niedersächsische Schulen NIBIS ( audacity.sourceforge.net/download/