44.100 Hz - 44,100 Hz

Bei digitalem Audio sind 44.100  Hz (abwechselnd als 44,1 kHz dargestellt ) eine übliche Abtastfrequenz . Analoges Audio wird häufig durch Abtasten von 44.100 Mal pro Sekunde aufgenommen. Diese Samples werden dann verwendet, um das Audiosignal bei der Wiedergabe zu rekonstruieren .

Die 44,1 - kHz - Audio - Sampling - Rate ist weit verbreitet aufgrund der verwendeten Compact Disc (CD) Format, aus dem die Verwendung von Sony aus dem Jahr 1979.

Geschichte

Frühe digitale Audiodaten wurden auf U-matic -Videokassetten aufgezeichnet .

Die Abtastrate von 44,1 kHz entstand Ende der 1970er Jahre mit PCM-Adaptern , die digitales Audio auf Videokassetten aufzeichneten , insbesondere mit dem 1979 eingeführten Sony PCM-1600 , der in nachfolgenden Modellen dieser Serie übernommen wurde. Dies wurde dann zur Grundlage für Compact Disc Digital Audio (CD-DA), das 1980 im Red Book- Standard definiert wurde. Seine Verwendung wurde in den 90er-Jahren-Standards wie der DVD und in den 2000er-Jahren-Standards wie HDMI als Option fortgesetzt . Diese Abtastfrequenz wird üblicherweise für MP3- und andere Audiodateiformate für Verbraucher verwendet, die ursprünglich aus Material erstellt wurden, das von CDs gerippt wurde .

Ursprung

Die Auswahl der Abtastrate basierte hauptsächlich auf der Notwendigkeit, den hörbaren Frequenzbereich von 20–20.000 Hz (20 kHz) zu reproduzieren. Das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem besagt, dass eine Abtastrate von mehr als der doppelten maximalen Frequenz des aufzuzeichnenden Signals erforderlich ist, was zu einer erforderlichen Rate von mindestens 40 kHz führt. Die genaue Abtastrate von 44,1 kHz wurde von PCM-Adaptern geerbt. Dies war die kostengünstigste Möglichkeit, Daten vom Aufnahmestudio zum CD-Hersteller zu übertragen, als die CD-Spezifikation entwickelt wurde.

Die Rate wurde nach einer Debatte zwischen Herstellern, insbesondere Sony und Philips , und ihrer Implementierung durch Sony gewählt, was einen De-facto- Standard ergab . Die tatsächliche Wahl der Frequenz war Gegenstand einiger Debatten, wobei andere Alternativen, einschließlich 44,1 / 1,001 ≈ 44,056 kHz (entsprechend der NTSC-Farbfeldrate von 60 / 1,001 = 59,94 Hz) oder ungefähr 44 kHz, von Philips vorgeschlagen wurden. Letztendlich setzte sich Sony sowohl bei der Abtastrate (44,1 kHz) als auch bei der Bittiefe (16 Bit pro Abtastung statt 14 Bit pro Abtastung) durch. Die technischen Gründe für die gewählte Rate lauten wie folgt.

Menschliches Gehör und Signalverarbeitung

Das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem besagt, dass die Abtastfrequenz größer sein muss als die doppelte maximale Frequenz, die reproduziert werden soll. Da der menschliche Hörbereich ungefähr 20 Hz bis 20.000 Hz beträgt, musste die Abtastrate größer als 40 kHz sein.

Außerdem müssen die Signale vor dem Abtasten tiefpassgefiltert werden , um ein Aliasing zu vermeiden . Während ein ideales Tiefpassfilter Frequenzen unter 20 kHz perfekt durchlassen würde (ohne sie zu dämpfen) und Frequenzen über 20 kHz perfekt abschneiden würde, ist ein solches ideales Filter theoretisch und praktisch unmöglich zu implementieren, da es nicht kausal ist , also in der Praxis ein Übergangsband ist notwendig, wenn Frequenzen teilweise gedämpft werden. Je breiter dieses Übergangsband ist, desto einfacher und wirtschaftlicher ist es, einen Anti-Aliasing-Filter herzustellen . Die Abtastfrequenz von 44,1 kHz ermöglicht ein Übergangsband von 2,05 kHz.

Aufnahme auf Videogeräten

Frühes digitales Audio wurde auf vorhandenen analogen Videokassetten aufgezeichnet, da Videorecorder die einzigen verfügbaren Transporte mit ausreichender Kapazität waren, um bedeutende Längen von digitalem Audio zu speichern. Um die Wiederverwendung bei minimaler Modifikation der Videogeräte zu ermöglichen, liefen diese mit der gleichen Geschwindigkeit wie Video und verwendeten einen Großteil derselben Schaltung. 44,1 kHz wurde als die höchste nutzbare Rate angesehen, die sowohl mit PAL- als auch mit NTSC- Video kompatibel ist und die Codierung von nicht mehr als 3 Samples pro Videoleitung pro Audiokanal erfordert.

Die Abtastrate setzt sich wie folgt zusammen:

Aktive Linien / Feld Felder / Sekunde Proben / Linie Resultierende Abtastrate
NTSC 245 60 3 245 × 60 × 3 = 44.100 Hz
KUMPEL 294 50 3 294 × 50 × 3 = 44.100 Hz

NTSC hat 490 aktive Zeilen pro Frame von insgesamt 525 Zeilen. PAL hat 588 aktive Zeilen pro Frame von insgesamt 625 Zeilen.

Verwandte Preise

44.100 ist das Produkt der Quadrate der ersten vier Primzahlen ( ) und hat daher viele nützliche ganzzahlige Faktoren . Zufällig ist die Abtastrate von 44,1 kHz auch genau viermal so hoch wie die Netzfrequenz des alten deutschen TV-Standards mit 441 Zeilen , der eine Frequenz von 441 × 50 ÷ 2 = 11.025 Hz (441 Zeilen pro Bild, 50) hatte Felder pro Sekunde, 2 Felder pro Frame).

Es werden verschiedene Vielfache von 44,1 kHz verwendet - die niedrigeren Raten von 11,025 kHz und 22,05 kHz sind in WAV- Dateien enthalten und für Anwendungen mit geringer Bandbreite geeignet, während die höheren Raten von 88,2 kHz und 176,4 kHz beim Mastering und bei DVD-Audio verwendet werden - Die höheren Raten sind sowohl aus dem üblichen Grund nützlich, um eine zusätzliche Auflösung bereitzustellen (daher weniger empfindlich gegenüber Verzerrungen, die durch die Bearbeitung entstehen), als auch, um die Tiefpassfilterung zu vereinfachen, da ein viel größeres Übergangsband (zwischen Menschen hörbar bei 20 kHz) besteht und die Abtastrate) ist möglich. Die Raten von 88,2 kHz und 176,4 kHz werden hauptsächlich verwendet, wenn das endgültige Ziel eine CD ist.

Andere Preise

Einige andere Abtastraten wurden auch in frühen digitalen Audiodaten verwendet. Eine Abtastrate von 50 kHz, die Soundstream in den 1970er Jahren nach einem 37-kHz-Prototyp verwendete. In den frühen 1980er Jahren wurde im Rundfunk eine Abtastrate von 32 kHz verwendet (insbesondere in Großbritannien und Japan), da dies für FM-Stereosendungen mit einer Bandbreite von 15 kHz ausreicht . Einige digitale Audiodaten wurden für den Hausgebrauch in zwei inkompatiblen EIAJ- Formaten bereitgestellt , die 525 / 59,94 (44.056 Hz Abtastung) und 625/50 (44,1 kHz Abtastung) entsprachen.

Das Digital Audio Tape (DAT) -Format wurde 1987 mit 48-kHz-Sampling veröffentlicht. Diese Samplerate ist zur Standardrate für professionelles Audio geworden . Bis vor kurzem wurde die Abtastratenumwandlung zwischen 44.100 kHz und 48.000 kHz durch die hohe Verhältniszahl zwischen diesen Raten erschwert, da der kleinste gemeinsame Nenner von 44.100 und 48.000 147: 160 beträgt. Mit moderner Technologie wird diese Umwandlung jedoch schnell und effizient durchgeführt. Frühe Consumer-DAT-Geräte unterstützten 44,1 kHz nicht, und dieser Unterschied machte es schwierig, direkte digitale Kopien von 44,1-kHz-CDs mit 48-kHz-DAT-Geräten zu erstellen.

Status

Aufgrund der Beliebtheit von CDs gibt es eine große Anzahl von 44,1-kHz-Geräten, ebenso wie eine große Menge von Audio, das mit 44,1 kHz (oder einem Vielfachen davon) aufgenommen wurde. Einige neuere Standards verwenden jedoch 48 kHz zusätzlich zu oder anstelle von 44,1 kHz. In Videos sind 48 kHz heute der Standard, aber für Audio, das auf CDs ausgerichtet ist, werden immer noch 44,1 kHz (und Vielfache) verwendet.

Der HDMI- TV-Standard (2003) erlaubt sowohl 44,1 kHz als auch 48 kHz (und ein Vielfaches davon). Dies bietet Kompatibilität mit DVD-Playern, die CD-, VCD- und SVCD- Inhalte abspielen . Die DVD-Video- und Blu-ray Disc- Standards verwenden nur Vielfache von 48 kHz.

Die meisten PC- Soundkarten enthalten einen Digital-Analog-Wandler , der nativ mit 44,1 kHz oder 48 kHz betrieben werden kann. Einige ältere Prozessoren enthalten nur eine 44,1-kHz-Ausgabe, und einige billigere neuere Prozessoren enthalten nur eine 48-kHz-Ausgabe, sodass der PC eine digitale Abtastratenkonvertierung durchführen muss, um andere Abtastraten auszugeben. In ähnlicher Weise haben Karten Einschränkungen hinsichtlich der Abtastraten, die sie für die Aufzeichnung unterstützen.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise