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Abtastraten bei der Digitalisierung von Musik

Olaf19 / 21 Antworten / Flachansicht Nickles

Hallo zusammen.

Mal wieder eine theoretische Frage, die mich schon recht lange beschäftigt.
Wenn man Musik in CD-Qualität digital aufnehmen will, benötigt man eine Datenbreite von 16 bit und eine Abtastrate von 44100 Hz = 44,1 kHz. Letzteres ist auf den ersten Blick unverständlich, da das menschliche Ohr nur bis 20 kHz hören kann - und das auch nur in jungen Jahren. Alles, was darüber liegt, ist schon Ultraschall.

Es gilt aber das nach einem schwedischen Physiker benannte "Nyquist-Theorem": Die Abtastrate von Audio-Material muß mindestens bzw. mehr als doppelt so hoch sein wie die höchste Frequenz des Nutzsignals - also (über) 40 kHz Abtastrate für 20 kHz im Nutzsignal. Sonst kommt es zu sog. "Artefakten" (Störanteilen im Nutzsignal). Bei diesen Artefakten handelt es sich um Spiegelungen von Frequenzen aus dem Ultraschallbereich in den hörbaren Bereich hinein.

Vor einigen Jahren habe ich mit einem AKAI-Sampler recht höhenlastiges Material mit der halben Sampling-Rate, nämlich 22,05 kHz aufgenommen. Und in der Tat: Das Ergebnis klang "muffig", d.h. die Höhen waren in ihrer Klangqualität hörbar beeinträchtigt, obwohl die Abtastrate 10% über der höchsten hörbaren Frequenz gelegen hat.


Herr Nyquist hatte also recht. Nun zu meiner schlichten Frage: Weiß jemand, warum das so ist?
Wie ist diese akustische Fata Morgana - denn um nichts anderes handelt es sich bei diesen Frequenz-Spiegelungen - zu erklären?
Es sollte mich nicht allzu sehr wundern, wenn dieser Thread mit null Antworten im Nickles-Archiv verschwindet - aber einen Versuch ist es mir wert.

Danke schon mal für Eure Antworten.

CU
Olaf19

rill Olaf19 „Abtastraten bei der Digitalisierung von Musik“
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Das Abtastheorem wurde 1923 von Nyquist aufgestellt und 1948 von Shannon mathematisch bewiesen.

Neben viel Mathematik (Fouriertransformation usw.) habe ich hier eine schöne und verständliche Erklärung gefunden:

Um eine Schwingung überhaupt erfassen zu können, muss ich mindestens den "Berg" und das "Tal" dieser Schwingung abtasten. Das sind mindestens 2 Werte für eine Schwingung.

Damit eine Schwingung beim Abtasten erfasst werden kann, muss das Signal deshalb mindestens mit der doppelten Frequenz der Signalfrequenz abgetastet werden.


Das erklärt auch, warum die Audio-CD bei bestimmten Musiksignalen versagt und die Wiedergabe hörbar verfälscht, z. B. beim harten Anriß einer Gitarren- oder Banjosaite mit einem Plektrum.
Die analoge Schallplattenabtastung ist dagegen in der Lage, solche enorm steilen Signale wiederzugeben ... jawohl, das macht ein moderner Tonabnehmer mit!!!
Die herkömmliche digitale Abtstung (CD) ist nicht in der Lage, solche steilflankigen Signale zu erfassen (Abtastung kommt zu früh oder zu spät).
DVD-Audio mit Abtastraten von 192kHz/24Bit wäre ein Ausweg. Leider bekriegen sich wieder einmal die Systeme (sprich Firmen) mit ihren unterschiedlichen Standards.

Überhaupt werden Perkussioninstrumente nach wie vor immer noch natürlicher über die gute alte Schallplatte zu Gehör gebracht. Nicht umsonst sind die beiden Direktschnitt-LPs "Knock out" von Charly Antolini (Jeton 100.3313) und Charlie Byrd (Crystal Clear Records CCS 8002) eine Legende (nicht wenigen Lautsprechern hauchten sie das Leben aus ...). Charly Byrds "Old Hymn" auf CC White Vinyl 45rpm - wenn man's nicht selber gehört hat, glaubt man nicht, daß es sowas geben kann ...

Zum Abtasttheorem hier weitere Links.


rill

LP-Direktschnitte rill
LP-Direktschnitte Olaf19