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Digitalisierung von Musik - wie funktioniert das?

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    Digitalisierung von Musik - wie funktioniert das?

    Hallo liebe Foris,

    ich wollte mal in die Runde fragen, ob ein Interesse daran besteht, daß ich eine kleine Abhandlung darüber schreibe, wie so etwas funktioniert.

    Ich würde mich bemühen, so zu schreiben, daß es auch Laien gut verstehen können.

    Digital bedeutet ja in der Elektronik 0 oder 1, bzw. Strom oder Spannung ein, oder aus. Daß damit analoge Musik gespeichert bzw. wiedergegeben werden kann (und das gar nicht mal schlecht), ist zunächst nicht unbedingt einfach zu glauben, bzw. zu verstehen.

    Für mich war das in meiner Jugend noch eine ziemlich obskure Sache ;)

    Bis ich's dann mal begriffen hatte. Aber bevor ich eine solche kleine Abhandlung quasi "besserwisserisch" schreibe, wollte ich mal fragen, ob es so eine Erklärung hier im Forum schon gibt (die alten Forenhasen werden es wissen), und auch, ob daran überhaupt ein Interesse besteht.

    Viele Grüße
    HeartOfMusic


    p.s. ich würde mich freuen, wenn als Antwort keine ersten eigenen bruchstückhaften Erklärungen über die Materie hier im Faden folgen würden. Denn die eigentliche Erklärung möchte ich dann zunächst einmal selber geben.

    #2
    immer gerne

    Kommentar


      #3
      Gut, also dann versuche ich's einmal.

      Zunächst die analoge Seite:

      Schall (d.h. eigentlich: Luftdruckschwankungen) erreichen die Mikrophonmembran, und lenken diese entsprechend aus. Ein Mikrophon ist nichts anderes als ein elektrischer Sensor für Schall.

      Diese Luftdruckschwankungen enthalten alles, was die Musik umfaßt (Superpositionsprinzip): sie umfassen nicht nur die gespielten Töne, sondern auch alle Nebengeräusche, die entstehen: der Ansatz eines Bogens auf einer Violinsaite, das Schnarren, Schaben, die Klangfarben... auch den Konzerthusterer aus der Tiefe das Saales, den Nachhall im Konzertsaal, oder wenn das Handy mal klingelt :H (weil mal wieder jemand vergessen hatte, es auszuschalten).

      Diese Luftdruckschwankungen, d.h. die Position der Mikrophonmembran zu jedem Augenblick, werden in ein gleichermaßen schwankendes elektrisches Signal umgewandelt.

      Bis hierher sind analoge und digitale Wiedergabetechnik identisch (Punkt 1).

      In der analogen Aufnahmetechnik werden diese Schwankungen des elektrischen Signals in eine entsprechende Schwankung der Magnetisierung eines Magnetbandes umgewandelt, das an einem Schreibkopf vorbeigeführt wird.

      Das Magnetband kann man danach ins Regal stellen ;)

      Holt man die Cassette wieder heraus, und läßt das Magnetband wieder an einem Lesekopf vorbeirauschen, dann werden die aufgezeichneten Schwankungen des Magnetfeldes wieder in ein gleichermaßen schwankendes elektrisches Signal verwandelt. In diesem Moment ist die Musik schon wieder vorhanden, bzw. zum Leben erweckt.

      Das zunächst sehr schwache elektrische Signal wird in ein sehr viel stärkeres Signal umgewandelt (Verstärker), und den Lautsprecherboxen zugeführt. Dort führen die Lautsprecherchassis dann genau die selben Auslenkungen aus, wie es die Mikrophonmembran ganz am Anfang tat (jedenfalls hoffen wir das ;) - je exakter dieser Prozeß abläuft, desto besser ist die Wiedergabequalität.)

      Uff, das wäre geschafft... damit ist die analoge Seite im wesentlichen erklärt.

      _____

      Wie schaut es nun mit der digitalen Audiotechnik aus? Bis "Punkt 1" (s.o.) ist alles identisch.

      Jetzt kommt aber die Mikroprozessortechnik ins Spiel.

      Das elektrische Signal wird sehr sehr genau und fein vermessen (Sampling). Es liegt danach in einer langen Folge von Meßwerten vor. Man kann sich das so vorstellen, daß jede Position der Mikrophonmembran einem Zahlenwert zwischen 1 (maximale Auslenkung nach "vorne") und 100.000 (maximale Auslenkung nach "hinten") entspricht.

      Unsere Mikroprozessoren sind so wahnsinnig schnell, daß sie diese feinsten Messungen, inklusive der Ablage der Meßwerte in einem Speicher, in winzigsten von Sekundenbruchteilen bewältigen - und zwischen zwei Messungen immer noch die Zeit haben, "dreimal auf Kaffeepause" zu gehen ;)

      Diese Meßwerte sind nun nicht im Dezimalsystem hinterlegt (so arbeiten Mikroprozessoren nicht), sondern im Dualsystem:

      Im Dualsystem hat die "Eins" die Darstellung 0001. Die "Zwei" aber die Darstellung 0010. Die "Drei" hat 0011, die "Vier" 0100 - man erkennt das System, das dahinter steht? ;)

      Sehr große Zahlen lassen sich darstellen, indem man sich einen Haufen Nullen vor der 0001 denkt - so erhält man genügend Raum für große Zahlen. Und genau so wird es in der Digitaltechnik auch gemacht.

      Et violà - wer hat es schon bemerkt? ;) Die Nullen und Einsen hier - das sind die sogenannten "Bits", die einzige Informationseinheit, die die Digitaltechnik kennt, und verarbeiten kann: nämlich Strom, bzw. Spannung, ein, oder aus.

      Der Rest ist simpel. Die endlos langen Folgen von Zahlen, bzw. Nullen und Einsen, werden in die Datenschicht einer CD gepreßt - in Form von Vertiefungen und Erhebungen in einer ansonsten planen Oberfläche. Nebenbei: eine Sache, die CD und Schallplatte gemeinsam haben, ist: diese "Informationsspur" verläuft in Form einer Spirale über das Medium. Es gibt also ein paar Sachen, die sich bewährt haben, und sich wohl nie ändern werden ;)

      Die Wiedergabe digitalisierter Musik ist dann schnell erklärt: die Zahlenfolgen werden einfach mit einem Laser rückgelesen, und in eine elektrische Spannung umgesetzt (zum Beispiel: 0 Volt entspricht der Zahl "0", 1 Volt entspricht der Zahl 100.000, alle anderen Spannungen wie etwa 0,7295 Volt liegen dazwischen).

      Das entstandene elektrische Signal wird wieder verstärkt, und auf die Lautsprecher gegeben.

      Also alles in allem: keine Hexerei ;)

      Danke für's Interesse, Anmerkungen dazu gerne. Die genannten Zahlenverhältnisse stimmen nicht immer, sie wurden zum Zwecke der Erklärung vereinfacht.

      Viele Grüße
      HeartOfMusic
      Zuletzt geändert von Gast; 31.07.2014, 00:42. Grund: typo

      Kommentar


        #4
        Bin ganz zufrieden mit dieser Erklärung, aber was die Digitalisierung betrifft, da hast du die Samplingfrequenz unter den Tisch fallen lassen, denn es gibt auch noch eine Zeitebene.

        Du hast zwar ansatzweise das erwähnt.....
        Das elektrische Signal wird sehr sehr genau und fein vermessen (Sampling). Es liegt danach in einer langen Folge von Meßwerten vor.
        ......aber das sollte noch etwas präzisiert werden, noch dazu, wo es mehrere Normen gibt.
        Gruß
        David


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          #5
          Das bekannte Nyquist-Theorem besagt, dass ein Audiosignal mindestens mit der doppelten Frequenz gleichmäßig abgetastet werden muss, um das Ursprungssignal hinreichend rekonstruieren zu können.

          Damit ist man bei bis 20kHz auf 44,1kHz (kam eigentlich aus dem Video Bereich da durch 525 teilbar :-)) bei der CD gekommen.

          lG

          Armin

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            #6
            ;) Danke für eure Rückmeldungen :M

            Ich habe ganz bewußt gewisse technische Sachverhalte reduziert bzw. weggelassen (es fehlen auch noch unzählige andere - diese füllen Bibliotheken ;) ).

            Mein Ziel war es, einen ersten Einstieg auf einer allgemeinen Verständnisebene zu geben.

            Wenn es von nun an in's technische Detail mit unzähligen Fachbegriffen aus der digitalen Signalverarbeitung oder Elektronik geht, habe ich nichts dagegen ;)

            Viele Grüße

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              #7
              Hallo,

              da sag ich doch mal als Nichttechniker herzlichen Dank.
              Ist toll erklärt.
              Einfach, aber deutlich, sodass es auch Laien prima verstehen.

              :S

              VG Jörg

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                #8
                Das freut mich ungeheuer, genau das hatte ich mir erhofft, und mir deswegen diese Mühe gemacht ;)

                Ich bin irgendwo im Internet mal auf eine ziemlich mißglückte lange Diskussion über diese Belange gestoßen. Da kam mir jetzt die Idee für diesen Faden ;)

                Noch einen schönen Tag :S
                HeartOfMusic

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