Hier ist der zehnte Teil der Serie “Was ist Klang?” Eine Übersicht über alle Teile findet sich hier.
Neben dem Clipping hat der Prozess der Analog-Digital-Wandlung einen Einfluss auf die Audioqualität – und der kann sich durchaus nachteilig auswirken. Darüber hinaus kann die Verarbeitung von Audiodaten in digitaler Form die Qualität aufgrund von Rundungsfehlern in den numerischen digitalen Verarbeitungsalgorithmen (in den verwendeten Plugins z.B.) weiter verschlechtern.
Es gibt zwei Eigenschaften eines digitalen Audiosystems, die seine Wiedergabetreue bestimmen: Abtastrate und Abtastauflösung. Wenn beide Eigenschaften ausreichend gut sind, führt die digitale Aufnahme und Verarbeitung nur zu einer geringen oder gar keiner hörbaren Beeinträchtigung der Klangqualität.
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Was ist die Abtastrate (sampling rate)?
Die Häufigkeit, mit der das System den Ausschlag der analogen Kurve misst, ist die sampling frequency oder rate. Typische Werte sind 44,1 kHz (CD), 48 kHz (wird in der Filmwelt viel verwendet), 96 kHz, 192 kHz etc. Dabei bedeutet zum Beispiel 44,1 kHz, dass 44100 mal pro Sekunde der Ausschlag der Wellenform gemessen, also abgetastet wird. Eine besondere Rolle spielt hier die sogenannte Nyquist-Frequenz, ein Wert, der die minimale Abtastrate darstellt, mit der ein analoges Signal gemessen wird, damit bei der Wiedergabe des Signals die resultierende Kurve ohne Aliasing (also die inkorrekte Berechnung der Werte aufgrund fehlender Daten) wiedergegeben werden kann. Menschen können ungefähr zwischen 20 Hz und 20000 Hz hören, für die vollständige Wiedergabe solcher Signale wären also mindestens 40000 Hz Abtastrate nötig (damit kann ein vollständiger Zyklus einer Sinuswelle bei 20 kHz korrekt wiederhergestellt werden). Bei den 44,1 kHz wie bei einer CD liegt die Nyquist-Frequenz bei 22050 Hz, also außerhalb des hörbaren Bereiches – Ziel erreicht! (Bei der Audio-Bearbeitung können allerdings durch Effekte Verschiebungen auftreten, die dann ein Oversampling erfordern, also eine höhere Rate während der Berechnung als das resultierende Signal.)
Was ist die Abtastauflösung (bit depth)?
Die Abtastauflösung eines Systems ist die numerische Genauigkeit der einzelnen Samples. Je mehr numerische Werte für ein Sample möglich sind, desto höher ist die Abtastauflösung. Da Computer binär arbeiten, wird die Abtastauflösung in der Regel in “Bits” beschrieben. Ein 4‑Bit-Digitalsystem hat 16 mögliche numerische Werte für jede Probe. Ein 8‑Bit-System hat 256 mögliche Werte. Ein 16-Bit-System hat 65.536 mögliche Werte, und ein 24-Bit-System hat 16.777.216 mögliche Werte. Da diese Werte den “Feinheitsgrad” der Ausschlagmessungen (im Gegensatz zur Häufigkeit bei der Abtastrate), gilt hier: je mehr, desto besser, da näher am originalen analogen Signal.
Denn eine zu niedrige Abtastauflösung verschlechtert die Audioqualität durch die Einführung von “Quantisierungsrauschen”. Quantisierungsrauschen ist ein hörbares Artefakt, das durch die Rundungsfehler bei der Analog-Digital-Wandlung entsteht. Es äußert sich in der Regel in Form eines leisen Zischgeräuschs, das dem Geräusch ähnelt, das man in leisen Abschnitten auf analogen Bändern und Vinyl hört. Dieses Geräusch überdeckt subtile Details im Klang und macht ausreichend leise Töne unhörbar.
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