Digitales Audio: Überblick, Geschichte, Technologien und mehr

Was ist digitales Audio? Das ist eine Frage, die sich viele von uns schon einmal gestellt haben, und es ist keine einfache Antwort.

Digitales Audio ist eine Darstellung von Ton in digitalem Format. Es ist eine Möglichkeit, Audiosignale in digitaler Form im Gegensatz zu einer analogen zu speichern, zu bearbeiten und zu übertragen. Es ist ein großer Fortschritt in der Audiotechnologie.

In diesem Artikel erkläre ich, was digitales Audio ist, wie es sich von analogem Audio unterscheidet und wie es die Art und Weise, wie wir Audio aufnehmen, speichern und anhören, revolutioniert hat.

Überblick

Was ist digitales Audio?

Digitales Audio bezieht sich auf die Darstellung von Ton in einem digitalen Format. Dies bedeutet, dass Schallwellen in eine Reihe von Zahlen umgewandelt werden, die gespeichert, manipuliert und mithilfe digitaler Technologien übertragen werden können.

Wie wird digitales Audio erzeugt?

Digitales Audio wird erzeugt, indem in regelmäßigen Abständen diskrete Samples einer analogen Schallwelle genommen werden. Diese Proben werden dann als eine Reihe von Zahlen dargestellt, die gespeichert und unter Verwendung digitaler Technologien manipuliert werden können.

Was sind die Vorteile von Digital Audio?

Die Verfügbarkeit moderner Technologien hat die mit der Aufnahme und Verbreitung von Musik verbundenen Kosten erheblich gesenkt. Dies hat es unabhängigen Künstlern erleichtert, ihre Musik mit der Welt zu teilen. Digitale Audioaufnahmen können als Dateien verteilt und verkauft werden, wodurch physische Kopien wie Schallplatten oder Kassetten überflüssig werden. Verbraucher erhalten beliebte Streaming-Dienste wie Apple Music oder Spotify, die temporären Zugriff auf Darstellungen von Millionen von Songs bieten.

Die Entwicklung des digitalen Audio: Eine kurze Geschichte

Von mechanischen Wellen zu digitalen Signaturen

• Die Geschichte des digitalen Audios kann bis ins 19. Jahrhundert zurückverfolgt werden, als mechanische Geräte wie Zinn- und Wachswalzen zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Klängen verwendet wurden.
• Diese Zylinder wurden sorgfältig mit Rillen graviert, die die Luftdruckänderungen in Form von mechanischen Wellen sammelten und verarbeiteten.
• Das Aufkommen von Grammophonen und später von Kassetten ermöglichte es den Zuhörern, Musik zu genießen, ohne Live-Auftritte besuchen zu müssen.
• Die Qualität dieser Aufnahmen war jedoch begrenzt und die Klänge wurden oft verzerrt oder gingen im Laufe der Zeit verloren.

Das BBC-Experiment und die Geburt von Digital Audio

• In den 1960er Jahren begann die BBC, mit einem neuen Übertragungssystem zu experimentieren, das ihr Sendezentrum mit entfernten Standorten verband.
• Dies erforderte die Entwicklung eines neuen Geräts, das Geräusche einfacher und effizienter verarbeiten konnte.
• Die Lösung wurde in der Implementierung von digitalem Audio gefunden, bei dem diskrete Zahlen verwendet wurden, um Änderungen des Luftdrucks im Laufe der Zeit darzustellen.
• Dies ermöglichte die dauerhafte Erhaltung des ursprünglichen Klangzustandes, der vor allem bei niedrigen Pegeln bisher unerreichbar war.
• Das digitale Audiosystem der BBC basierte auf der Analyse der Wellenform, die mit einer Rate von tausend Mal pro Sekunde abgetastet und einem eindeutigen Binärcode zugewiesen wurde.
• Diese Aufzeichnung des Tons ermöglichte es einem Techniker, den Originalton nachzubilden, indem er ein Gerät baute, das den Binärcode lesen und interpretieren konnte.

Fortschritte und Innovationen in Digital Audio

• Die Veröffentlichung des kommerziell erhältlichen digitalen Audiorecorders in den 1980er Jahren markierte einen gigantischen Fortschritt im Bereich des digitalen Audios.
• Dieser Analog-Digital-Wandler speicherte Klänge in einem digitalen Format, das auf Computern gespeichert und bearbeitet werden konnte.
• Das VHS-Kassettenformat setzte diesen Trend später fort, und digitales Audio ist seitdem in der Musikproduktion, im Film und im Fernsehen weit verbreitet.
• Die ständigen technologischen Fortschritte und endlosen Innovationen im digitalen Audio haben zur Entstehung unterschiedlicher Wellen von Tonverarbeitungs- und Konservierungstechniken geführt.
• Heutzutage werden digitale Audiosignaturen verwendet, um Klänge auf eine Weise zu bewahren und zu analysieren, die früher unerreichbar war, und ermöglichen es, eine unvergleichliche Klangqualität zu genießen, die zuvor unmöglich zu erreichen war.

Digitale Audiotechnologien

Aufzeichnungs- und Speichertechnologien

Digitale Audiotechnologien haben die Art und Weise, wie wir Audio aufnehmen und speichern, revolutioniert. Einige der beliebtesten Technologien sind:

• Festplattenaufzeichnung: Audio wird auf einer Festplatte aufgezeichnet und gespeichert, was eine einfache Bearbeitung und Manipulation der Audiodateien ermöglicht.
• Digital Audio Tape (DAT): Ein digitales Aufnahmeformat, das Magnetbänder zum Speichern von Audiodaten verwendet.
• CDs, DVDs und Blu-ray-Discs: Diese optischen Discs können große Mengen digitaler Audiodaten speichern und werden häufig für die Verteilung von Musik und Videos verwendet.
• Minidisc: Ein kleines, tragbares Disc-Format, das in den 1990er und frühen 2000er Jahren beliebt war.
• Super Audio CD (SACD): Ein hochauflösendes Audioformat, das eine spezielle Disc und einen Player verwendet, um eine bessere Klangqualität als Standard-CDs zu erzielen.

Wiedergabetechnologien

Digitale Audiodateien können mit einer Vielzahl von Technologien wiedergegeben werden, darunter:

• Computer: Digitale Audiodateien können mit Mediaplayer-Software auf Computern wiedergegeben werden.
• Digitale Audioplayer: Tragbare Geräte wie iPods und Smartphones können digitale Audiodateien wiedergeben.
• Workstationdigitale Audio-Workstations: Professionelle Audiosoftware zum Aufnehmen, Bearbeiten und Mischen von digitalem Audio.
• Standard-CD-Player: Diese Player können Standard-Audio-CDs wiedergeben, die digitale Audiotechnologie verwenden.

Rundfunk- und Funktechnologien

Digitale Audiotechnologien haben auch einen erheblichen Einfluss auf Rundfunk und Radio gehabt. Einige der beliebtesten Technologien sind:

• HD-Radio: Eine digitale Radiotechnologie, die eine höhere Klangqualität und zusätzliche Funktionen wie Song- und Interpreteninformationen ermöglicht.
• Mondiale: Ein digitaler Rundfunkstandard, der in Europa und anderen Teilen der Welt verwendet wird.
• Digitale Radioübertragung: Viele Radiosender senden jetzt in digitalem Format, was eine bessere Tonqualität und zusätzliche Funktionen wie Song- und Interpreteninformationen ermöglicht.

Audioformate und -qualität

Digitale Audiodateien können in einer Vielzahl von Formaten gespeichert werden, darunter:

• MP3: Ein komprimiertes Audioformat, das häufig für die Musikverteilung verwendet wird.
• WAV: Ein unkomprimiertes Audioformat, das häufig für professionelle Audioanwendungen verwendet wird.
• FLAC: Ein verlustfreies Audioformat, das hochwertigen Sound bietet, ohne die Dateigröße zu beeinträchtigen.

Die Qualität von digitalem Audio wird an seiner Auflösung und Tiefe gemessen. Je höher die Auflösung und Tiefe, desto besser die Klangqualität. Einige gängige Auflösungen und Tiefen sind:

• 16 Bit/44.1 kHz: Audio in CD-Qualität.
• 24 Bit/96 kHz: Hochauflösendes Audio.
• 32 Bit/192 kHz: Audio in Studioqualität.

Anwendungen digitaler Audiotechnologien

Digitale Audiotechnologien haben ein breites Anwendungsspektrum, darunter:

• Perfekten Konzertklang erzeugen: Digitale Audiotechnologien ermöglichen eine präzise Kontrolle über Klangpegel und -qualität, wodurch es möglich wird, perfekten Klang bei Live-Konzerten zu erzielen.
• Unabhängige Künstler: Digitale Audiotechnologien haben es unabhängigen Künstlern ermöglicht, ihre Musik aufzunehmen und zu vertreiben, ohne dass ein Plattenlabel erforderlich ist.
• Radio und Rundfunk: Digitale Audiotechnologien haben eine bessere Klangqualität und zusätzliche Funktionen in Radio und Rundfunk ermöglicht.
• Film- und Videoproduktion: Digitale Audiotechnologien werden häufig in der Film- und Videoproduktion verwendet, um Audiospuren aufzunehmen und zu bearbeiten.
• Persönliche Nutzung: Digitale Audiotechnologien haben es den Menschen leicht gemacht, ihre eigene Musik und Audioaufnahmen zu erstellen und zu teilen.

Digitale Probenahme

Was ist Sampling?

Sampling ist der Prozess der Umwandlung eines Musicals oder einer anderen Schallwelle in ein digitales Format. Dabei werden regelmäßig Schnappschüsse der Schallwelle zu einem bestimmten Zeitpunkt gemacht und in digitale Daten umgewandelt. Die Länge dieser Schnappschüsse bestimmt die Qualität des resultierenden digitalen Audios.

So funktioniert die Probenahme

Das Sampling beinhaltet eine spezielle Software, die die analoge Schallwelle in ein digitales Format umwandelt. Die Software macht Momentaufnahmen der Schallwelle zu einem bestimmten Zeitpunkt, und diese Momentaufnahmen werden dann in digitale Daten umgewandelt. Das resultierende digitale Audio kann auf verschiedenen Medien wie Discs, Festplatten gespeichert oder sogar aus dem Internet heruntergeladen werden.

Abtastrate und Qualität

Die Qualität des gesampelten Audios hängt von der Abtastrate ab, die die Anzahl der pro Sekunde aufgenommenen Schnappschüsse ist. Je höher die Abtastrate, desto besser die Qualität des resultierenden digitalen Audios. Eine höhere Abtastrate bedeutet aber auch, dass mehr Platz auf dem Speichermedium eingenommen wird.

Komprimierung und Konvertierung

Um große Audiodateien auf ein tragbares Medium zu bringen oder sie aus dem Internet herunterzuladen, wird häufig eine Komprimierung verwendet. Die Komprimierung beinhaltet die Auswahl bestimmter Frequenzen und Obertöne, um die gesampelte Schallwelle nachzubilden, wodurch viel Spielraum für die Nachbildung des tatsächlichen Klangs verbleibt. Dieser Prozess ist nicht perfekt, und einige Informationen gehen während des Komprimierungsprozesses verloren.

Verwendung von Sampling

Sampling wird auf verschiedene Weise verwendet, z. B. zum Erstellen von Musik, Soundeffekten und sogar in der Videoproduktion. Es wird auch bei der Erstellung von digitalem Audio für UKW-Radio, Camcorder und sogar bestimmte Canon-Kameraversionen verwendet. Die Abtastung wird für den gelegentlichen Gebrauch empfohlen, aber für den kritischen Gebrauch wird eine höhere Abtastrate empfohlen.

Schnittstellen

Was sind Audio-Interfaces?

Audio-Interfaces sind Geräte, die analoge Audiosignale von Mikrofonen und Instrumenten in digitale Signale umwandeln, die von Software auf einem Computer verarbeitet werden können. Sie leiten auch digitale Audiosignale vom Computer zu Kopfhörern, Studiomonitoren und anderen Peripheriegeräten. Es gibt viele verschiedene Arten von Audio-Interfaces, aber der gebräuchlichste und universellste Typ ist der USB (Universal Serial Bus)-Schnittstelle.

Wozu braucht man ein Audio-Interface?

Wenn Sie Audiosoftware auf Ihrem Computer ausführen und Audio in hoher Qualität aufnehmen oder wiedergeben möchten, benötigen Sie ein Audio-Interface. Die meisten Computer haben ein eingebautes Audio-Interface, aber diese sind oft ziemlich einfach und bieten nicht die beste Qualität. Ein externes Audio-Interface bietet Ihnen eine bessere Klangqualität, mehr Ein- und Ausgänge und mehr Kontrolle über Ihr Audio.

Was sind die neuesten Versionen von Audio-Interfaces?

Die neuesten Versionen von Audio-Interfaces sind in Geschäften erhältlich, die Musikgeräte verkaufen. Sie sind heutzutage ziemlich billig und Sie können alte Bestände schnell verdrängen. Je schneller Sie einkaufen möchten, desto schneller finden Sie natürlich die neuesten Versionen von Audio-Interfaces.

Digitale Audioqualität

Einleitung

Wenn es um digitales Audio geht, ist die Qualität ein entscheidender Faktor. Die digitale Darstellung von Audiosignalen wird durch einen als Sampling bezeichneten Prozess erreicht, bei dem kontinuierliche analoge Signale genommen und in numerische Werte umgewandelt werden. Dieser Prozess hat die Art und Weise, wie wir Ton aufnehmen, manipulieren und reproduzieren, revolutioniert, bringt aber auch neue Herausforderungen und Überlegungen zur Audioqualität mit sich.

Abtastung und Frequenzen

Das Grundprinzip des digitalen Audios besteht darin, Ton als eine Reihe numerischer Werte zu erfassen und darzustellen, die mit Softwareanwendungen manipuliert und verarbeitet werden können. Die Qualität digitaler Audiodaten hängt davon ab, wie genau diese Werte den Originalton wiedergeben. Dies wird durch die Abtastrate bestimmt, d. h. wie oft pro Sekunde das analoge Signal gemessen und in ein digitales Signal umgewandelt wird.

Moderne Musik verwendet typischerweise eine Abtastrate von 44.1 kHz, was bedeutet, dass das analoge Signal 44,100 Mal pro Sekunde aufgenommen wird. Dies ist dieselbe Abtastrate, die für CDs verwendet wird, die ein übliches Medium zur Verbreitung digitaler Audiodaten sind. Höhere Abtastraten wie 96 kHz oder 192 kHz sind ebenfalls verfügbar und können eine bessere Qualität liefern, erfordern aber auch mehr Speicherplatz und Rechenleistung.

Digitale Signalkodierung

Sobald das analoge Signal abgetastet ist, wird es mithilfe eines Prozesses namens Pulscodemodulation (PCM) in ein digitales Signal kodiert. PCM stellt die Amplitude des analogen Signals an jedem Abtastpunkt als numerischen Wert dar, der dann als eine Reihe binärer Ziffern (Bits) gespeichert wird. Die Anzahl der zur Darstellung jedes Samples verwendeten Bits bestimmt die Bittiefe, die sich auf den Dynamikbereich und die Auflösung des digitalen Audios auswirkt.

Beispielsweise verwendet eine CD eine Bittiefe von 16 Bit, was 65,536 verschiedene Amplitudenpegel darstellen kann. Dies bietet einen Dynamikbereich von ca. 96 dB, was für die meisten Hörumgebungen ausreichend ist. Höhere Bittiefen wie 24 Bit oder 32 Bit können eine noch bessere Qualität und einen noch besseren Dynamikumfang bieten, erfordern aber auch mehr Speicherplatz und Rechenleistung.

Digitale Audiomanipulation

Einer der Vorteile von digitalem Audio ist die Möglichkeit, das Signal mithilfe von Softwareanwendungen zu manipulieren und zu verarbeiten. Dies kann das Bearbeiten, Mischen, Anwenden von Effekten und das Simulieren verschiedener Umgebungen umfassen. Diese Prozesse können jedoch auch die Qualität des digitalen Audios beeinträchtigen.

Beispielsweise kann das Anwenden bestimmter Effekte oder Änderungen auf das Audiosignal die Qualität verschlechtern oder Artefakte einführen. Es ist wichtig, die Einschränkungen und Möglichkeiten der verwendeten Software sowie die spezifischen Anforderungen des Audioprojekts zu verstehen.

Unabhängige Musikproduktion mit Digital Audio

Von klobigen Decks bis hin zu erschwinglicher Ausrüstung

Vorbei sind die Zeiten, in denen professionelle Musikaufnahmen bedeuteten, in klobige Decks und teures Equipment zu investieren. Mit dem Aufkommen von digitalem Audio können jetzt unabhängige Künstler auf der ganzen Welt jeden Tag in ihren Heimstudios Musik machen. Die Verfügbarkeit erschwinglicher Geräte hat die Musikindustrie drastisch verändert und sich positiv auf Musiker ausgewirkt, die jetzt ihre eigene Musik produzieren können, ohne pleite zu gehen.

Digitale Audioqualität verstehen

Digitales Audio ist eine Methode zum Aufzeichnen von Schallwellen als digitale Daten. Die Auflösung und Abtastrate von digitalem Audio wirken sich auf die Klangqualität aus. Hier ist eine kurze Geschichte, wie sich die digitale Audioqualität im Laufe der Jahre entwickelt hat:

• In den frühen Tagen des digitalen Audios waren die Abtastraten niedrig, was zu einer schlechten Klangqualität führte.
• Mit der Verbesserung der Technologie stiegen die Abtastraten, was zu einer besseren Klangqualität führte.
• Heutzutage ist die digitale Audioqualität unglaublich hoch, mit Abtastraten und Bittiefe, die die Schallwellen genau erfassen.

Aufnahme und Verarbeitung von digitalem Audio

Um digitales Audio aufzunehmen, verwenden Musiker eigenständige Keyboards, virtuelle Instrumente, Software-Synthesizer und FX-Plugins. Der Aufzeichnungsprozess umfasst die Umwandlung analoger Signale in digitale Daten unter Verwendung von Analog-Digital-Wandlern. Die digitalen Daten werden dann als Dateien auf einem Computer gespeichert. Die Größe der Dateien hängt von der Auflösung und Abtastrate der Aufnahme ab.

Latenz und Produktion

Latenz ist die Verzögerung zwischen der Eingabe eines Sounds und seiner Verarbeitung. In Musikproduktion, Latenz kann ein Problem beim Aufnehmen von Mehrspuren oder Stems sein. Um Latenz zu vermeiden, verlassen sich Musiker auf Audio-Interfaces und Prozessoren mit geringer Latenz. Digitale Datensignale werden durch eine Schaltung verarbeitet, die ein Wellenformbild des Tons erzeugt. Dieses Wellenformbild wird dann durch das Wiedergabegerät in Ton rekonstruiert.

Verzerrungen und Dynamikbereich

Digitales Audio hat einen hohen Dynamikbereich, was bedeutet, dass es den gesamten Klangbereich genau erfassen kann. Digitales Audio kann jedoch auch unter Verzerrungen wie Clipping und Quantisierungsverzerrung leiden. Clipping tritt auf, wenn das Eingangssignal den Headroom des digitalen Systems überschreitet, was zu Verzerrungen führt. Eine Quantisierungsverzerrung tritt auf, wenn das digitale System das Signal abrundet, um es in starre Segmente einzupassen, wodurch zu bestimmten Zeitpunkten Ungenauigkeiten entstehen.

Soziale Vertriebsplattformen

Mit dem Aufkommen sozialer Vertriebsplattformen können unabhängige Musiker nun ihre Musik an ein globales Publikum vertreiben, ohne dass ein Plattenlabel erforderlich ist. Diese Plattformen ermöglichen es Musikern, ihre Musik hochzuladen und mit ihren Anhängern zu teilen. Die Demokratisierung des Musikvertriebs hat eine wahre technische Revolution hervorgebracht, die Musikern die Freiheit gibt, ihre Musik zu kreieren und mit der Welt zu teilen.

Zusammenfassung

Da haben Sie also alles, was Sie über digitales Audio wissen müssen, auf den Punkt gebracht. Digitales Audio ist die Darstellung von Ton als diskrete numerische Werte und nicht als kontinuierliche physikalische Wellen. 

Digitales Audio hat die Art und Weise, wie wir Musik aufnehmen, speichern, manipulieren und hören, revolutioniert. Scheuen Sie sich also nicht, einzutauchen und die Vorteile dieser erstaunlichen Technologie zu genießen!

Ich bin Joost Nusselder, der Gründer von Neaera und Content-Marketer, Papa, und liebe es, neues Equipment auszuprobieren, wobei die Gitarre das Herzstück meiner Leidenschaft ist, und zusammen mit meinem Team erstelle ich seit 2020 ausführliche Blogartikel um treuen Lesern mit Aufnahme- und Gitarrentipps zu helfen.

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