Chapter 3. Grundlagen digitaler Audiobearbeitung

Dieses Kapitel soll eine kurze Einführung in die Grundlagen der digitalen Audiobearbeitungen geben, ohne jedoch allzu sehr ins Detail zu gehen. Natürlich wird dies teilweise unvollständig sein, doch wenn noch Fragen offen bleiben, können Sie diese auf der Kwave Mailingliste stellen oder weiterführende Literatur konsultieren.

Die analoge Welt

Zuerst muss man sich im klaren sein, dass die Welt analog ist - Computer jedoch digital arbeiten. Es gibt also mehrere Wege um Audio von analog nach digital und umgekehrt umzuwandeln. Nachdem die Umsetzung von digital nach analog die Umkehrung der Umsetzung von analog nach digital ist, beschreiben wir nur letzteres.

Umwandlung von Sound in Bits

Umwandlung von Sound in Bits

Bevor es weiter geht, muss analoges Audio zuerst in digitale Signale umgewandelt werden um in einem Computer verarbeitet werden zu können. Ein üblicher Weg dafür ist die Verwendung von einem Mikrophon und einem Verstärker. Diese Kombination hat Töne (also Luftdruckschwankungen) am Eingang und eine elektrische Spannung an ihrem Ausgang. Höhere Druckamplituden erzeugen dabei höhere Spannungen am Ausgang des Verstärkers. Der Verstärker produziert an seinem Ausgang ein sogenanntes 'Signal'. Anstelle eines Mikrophons kann man sich natürlich auch andere Audio-Quellen vorstellen. Und der "Verstärker" kann derjenige sein, der in Ihrer Soundkarte eingebaut sein, wo man ihn normalerweise nicht sieht.

Umwandlung in ein elektronisches Signal

Umwandlung in ein elektronisches Signal

An dieser Stelle sollte man im Hinterkopf behalten, dass das elektrische Signal drei Beschränkungen unterliegt:

  1. Die Amplitude ist auf einen Maximalwert beschränkt. Dies liegt daran, dass elektronische Verstärker nur Spannungen bis zu einer gewissen Grenze verarbeiten können. Das stellt kein Problem dar solange die Lautstärke nicht zu hoch wird. In diesem Fall würde das Signal sonst begrenzt, was bedeutet dass das Signal gegen seine Grenzen läuft und dadurch gestört wird.

  2. Der Frequenzbereich ist ebenfalls begrenzt. Aufgrund der mechanischen Einschränkungen von Mikrophonen und dem begrenzten Frequenzbereich von Verstärkern ist auch der Frequenzbereich eines Signals begrenzt. Es gibt dabei keine harten Grenzen ausserhalb derer das Signal abrupt verschwindet, aber unterhalb und oberhalb bestimmter Grenzen nimmt die Amplitude des Signals immer mehr ab. Die Existenz einer maximalen Frequenz lässt sich mit der begrenzen Geschwindigkeit erklären mit der ein elektrisches Signal steigen oder fallen kann. Indem man hochwertige Mikrophone und Verstärker verwendet, können diese Grenzen jedoch in Bereiche verschoben werden in denen sie vom menschlichen Ohr nicht mehr wahrgenommen werden können und daher nicht mehr interessieren. Das menschliche Ohr kann normalerweise keine Frequenzen oberhalb von 20 kHz mehr wahrnehmen.

  3. Das Signal enthält Rauschen. Rauschen ist der unangenehmste Feind eines jeden der Audiosignale in irgendeiner Art und Weise bearbeiten muss. Rauschen ist ein typischer analoger Effekt, der das Audiosignal "unscharf" macht und stört, es ist immer vorhanden und kann nicht vermieden werden. Man kann lediglich versuchen, durch den Einsatz von qualitativ hochwertigen Komponenten so wenig Rauschen wie möglich zu erzeugen, so dass man es nicht hörbar wahrnehmen kann. Normalerweise besitzt das Rauschen eine gewisse Lautstärke, so dass das interessierende Signal im Vergleich zum Rauschen lauter sein sollte. Diese Relation wird auch als das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bezeichnet. Je höher es ist, desto besser ist die Qualität des Signals. Töne die leiser sind als das Rauschen können nicht mehr gehört werden.