Einführung in die Digitale Elektronische Klangsynthese

Die untere Zeile schließlich zeigt die Digitalisierung des Spannungsverlaufs:

• Die Spannungswerte werden dabei in regelmäßigen Zeitintervallen gemessen und der gemessene Wert (die Länge der senkrechten schwarzen Linien mit Punkt am Ende) als Zahl weitergeleitet.
• Die Taktgeschwindigkeit dieser Messung wird Abtast- oder Samplerate genannt. Für qualitativ hochwertige Audiosignale sind Sampleraten von 44100, 48000, 88200 oder 96000 Werten/Sekunde üblich, es werden allerdings für manche Zwecke auch noch höhere Samplingraten eingesetzt.
• Die Zahlenwerte werden als geordnete Zahlenfolge im Computer zur Weiterbearbeitung gespeichert. Hierbei ist der Index der Zahlen ein Maß für die verstreichende Zeit des analogen Signals aus der mittleren Zeile. Das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zahlen errechnet man, indem man den Kehrwert der Samplerate bildet. Bei einer Samplerate von 44100 Samplen/Sekunde ergibt sich also eine Zeitdifferenz von 1/44100 s = 0.022675737 ms zwischen aufeinanderfolgenden Zahlen.

• Die Samplerate bestimmt, welche maximale Frequenz durch die Abtastung noch darstellbar ist. Es gilt, dass die maximal darstellbare Frequenz bei der Hälfte der Abtastrate erreicht ist. Diese Frequenz nennt sich Nyquist-Frequenz. Bei einer Abtastrate von 44100 Werten/Sekunde ergibt sich also eine obere Grenzfrequenz von 22050 Hz. Wenn höhere Frequenzen abgetastet werden, ergibt sich aufgrund eines Aliasing genannten Phänomens eine niedrigere Frequenz, die an der oberen Grenzfrequenz (Samplerate/2) gespiegelt (und im Vorzeichen umgekehrt) auftaucht.
  

  Beispiel

  Wird ein Signal von 25000 Hz mit einer Samplerate von 48000 Hz abgetastet, so ergibt sich im Ergebnis eine Frequenz von -23000 Hz (Abtastrate/2=24000 Hz; 25000Hz = 24000+1000 Hz; gespiegelt ist das 24000-1000 Hz = 23000 Hz, mit negativem Vorzeichen also -23000 Hz ³).

• Ein anderer wichtiger Wert bei der Digitalisierung von Signalen ist die Genauigkeit der Zahlendarstellung. Die Genauigkeit wird in Bit (die Anzahl von 0-en und 1-en in binärer Zahlendarstellung). Üblich sind 16, 24 oder 32 bit. Das entspricht 2¹⁶, 2²⁴, oder 2³² verschiedenen Werten. Je höher diese Zahl ist, desto geringer ist das digitale Rauschen, das sich insbesondere bei sehr leisen Signalpegeln auf die Klangqualität auswirken kann.

adc-animation verdeutlicht die verschiedenen Schritte der Wandlung von Schallwellen in digitale Signale.