Klänge schreiben? (Digitaltechnik)

[Dash]

Hallo Forum-Gemeinde!

Ich habe eine etwas "abstrakte" Frage. Und bitte verbessert mich, sofern ich irgendwas falsch verstehe - ich bin kein Profi.

Bisher bin ich der Auffassung, dass digitale Signale auf 0 & 1 bestehen. Eine 0 wäre zB "Aus" und die 1 "Ein". Bei 24 Bit haben wir die Möglichkeit von 167.772.16 Zeichen. Okay. Dies bedeutet, dass ein digitaler Klang in diesen Zeichen 'wiedergegeben' wird. Geschrieben zB in 000 000 ... 001. Seh ich das soweit richtig?

Jetzt stelle ich mir eine kleine Frage:

Gibt es irgendeine Möglichkeit "Klänge" zu schreiben. Sprich, ich gebe eine dieser Berechnungen ein und es entsteht ein Klang bzw ich programmiere ein Gerät, dass mir diesen Klang gibt? Hat zB ein normaler Sinuston eine Art binärische Formel? Oder andersrum: Kann ich den Binärcode eines Klanges irgendwie lesen?

Eigentlich war es das schon! Mich interessiert das sehr und ich würde mich extrem freuen, wenn mir jemand Antwortet Eine schöne Restwoche noch!

 

[GFi]

Hallo Dash,

Binärzahlen sind ja nichts anderes als Werte - halt nur ein anderes Zahlensystem.

Ein normales Sinus Ton ist eine Schwingung dessen Amplitude sich mit Parameter t für Zeit im Verlauf als Einzelwerte darstellen lässt. Das kannst Du unter der Berücksichtigung einiger anderen Faktoren wie z.B. die Abtastrate oder dem Auflösungstiefe (Bits) sowohl schreiben als auch lesen.

Mir fällt jetzt spontan keine freie Software ein, mit der man Audiodateien als Signalverlauf sichtbar machen kann. Aber letztendlich könntest Du dir damit einen solchen Sinus Ton einmal ansehen und das ganze vermutlich besser verstehen.

Hilft das schon weiter, oder soll ich ins Detail gehen?

Viele Grüße

Guido

 

[Dash]

Hallo GFi!

Vielen Dank für die schnelle Antwort!
Ich fasse nochmal für mich zusammen, wie ich deine Beschreibung als "Laie" verstehe. Ein Sinuston ist also die Schwingung der Amplitude - die Amplitude ist die Wechselspannung und steht für die Lautheit, die sich in einem Zeitwert (also t) befindet?

Die Abtastrate sind die Hertz soviel ich es weiss. Nun wie entspricht die Auflösung der Bits, die ich als Wortbreite kenne, zu der Abtastrate? Darf ich das ganze so verstehen, dass eine Berechnung von einem Sinuston aus all diesen Werten (Amplitude, Zeit, Hertz, Bit) besteht?

Mein Ziel, auf lang oder kurz, wäre natürlich so einen gewöhnlichen Sinuston wirklich schreiben zu können. Sprich diese Werte einzufügen und daraufhin einen Klang bekommen. Dieser Klang muss auf keinen Weg umständlich sein, muss nicht gut klingen - es kann auch gerne für den Menschen unhörbar sein, was sogar noch interessanter wäre. Hauptsache er ist da und lässt sich in der Digitalwelt schreiben und lesen.

Ich habe lange darüber nachgedacht und hielt dies für unmöglich, habe mich aber dann längere Zeit mit dem Thema beschäftigt und würde nun sehr gerne dieses Gebiet erforschen. Natürlich hat die ganze Geschichte einen Hintergedanken: Ich plane für die Schule eine Facharbeit und das wäre zumal sehr interessant für mich persönlich, zusätzlich glaube ich, dass es für meine Lehrkräfte sehr interessant sein könnte. Viel Arbeit und Zeit investiere ich dafür sehr gerne. Ich könnte jetzt auch ein Kugelflächenmikrofon selbst bauen, finde das aber nicht mehr ganz so interessant.

 

[rontha]

Hallo GFi!

Vielen Dank für die schnelle Antwort!
Ich fasse nochmal für mich zusammen, wie ich deine Beschreibung als "Laie" verstehe. Ein Sinuston ist also die Schwingung der Amplitude - die Amplitude ist die Wechselspannung und steht für die Lautheit, die sich in einem Zeitwert (also t) befindet?

Die Abtastrate sind die Hertz soviel ich es weiss. Nun wie entspricht die Auflösung der Bits, die ich als Wortbreite kenne, zu der Abtastrate? Darf ich das ganze so verstehen, dass eine Berechnung von einem Sinuston aus all diesen Werten (Amplitude, Zeit, Hertz, Bit) besteht?

Mein Ziel, auf lang oder kurz, wäre natürlich so einen gewöhnlichen Sinuston wirklich schreiben zu können. Sprich diese Werte einzufügen und daraufhin einen Klang bekommen. Dieser Klang muss auf keinen Weg umständlich sein, muss nicht gut klingen - es kann auch gerne für den Menschen unhörbar sein, was sogar noch interessanter wäre. Hauptsache er ist da und lässt sich in der Digitalwelt schreiben und lesen.

Hallo,
ohne jetzt mal genau auf die Frage einzugehen, möchte darauf hinweisen, dass du alles aber auch wirklich alles quer durcheinander wirfst. Wenn du das Thema wirklich im ganzen verstehen willst, musst du viel weiter unten anfangen bevor du auch nur ein "PIEP" "schreiben" kannst. Gerade die Mathematik die dahinter steht, wie man eine Schwingung analysiert ist nicht gerade einfach.

Darf ich fragen, wofür diese Facharbeit ist? Also Gymansium oder Uni und in welchem Fach. Das Thema ist an sich durch aus interessant aber vlt ein wenig zu Umfrangreich.

Gruß Rontha

 

[Dash]

Hallo Rontha!

Klar darfst du das wissen. Es ist für die Uni gezielt im Bereich Audiotechnik und allem was dazu gehört. Ich bin noch ziemlich am Anfang und habe noch ein paar Monate Zeit die Sache zu machen. Meine Dozenten ich recht breit gefächert und werden mich auch unterstützen, sofern sie das Thema für gut befinden. Viel tiefer in die Materie gehen ist sofern für mich kein Problem, dass ist mit einer der Gründe, weshalb ich das tun möchte. Es ist einer der wenigen Themen die mir einfallen, wo ich mir vorstellen kann, mit großer Leidenschaft zu arbeiten.

 

[rontha]

okay, dann versuche ich mal deine fragen zu beantworten.

Also die Amplitude einer Sinusfunktion ist der größtmögliche Wert, den diese annehmen kann. Macht man die Sinusfunktion abhänig von der Zeit t, so kann man jedem beliebigen t einen Wert zuordnen. Dieser wird auch Momentanwert oder Augenblickswert zum Zeitpunkt t genannt. Es gibt unendlich viele Momentantwerte und auch zwischen zwei Momentantwerten liegen unendlich viele Momentanwerte. Es ist natürlich nicht möglich unendlich viele Momentanwerte zu speichern, da irgendwann ja der Speicherplatz ausgeht. Hier kommt die Abtastrate ins Spiel. Sie gibt an, wieviele Momentanwerte innerhalb von einer Sekunde abgerufen werden. Die Einheit ist dann 1/s oder auch Hertz.
Jetzt noch zur Auflösung. Genau wie auf der Zeitachse haben wir auch auf der "Lautstärkenachse" unendlich viele mögliche Werte. Die Auflösung von z.b. 24 Bit gibt nun an, dass man sich auf 2^24 verschiedene Abstufungen geeinigt hat.

Solltest du noch ein paar konkrete Fragen haben, versuche ich sie dir zu beantworten. Aber wie gesagt, dass Thema kann schnell sehr komplex werden. Überleg dir also genau, über was du schreiben möchtest.

Gruß Rontha

 

[GFi]

Versuchen wir es ein mal bildlich was z:B. das "lesen" eines Klanges angeht.

Gegeben ist:

Der Ton - ein Sinus, 3 KHz, maximale Amplitude
Abtastrate - 44,1 KHz
Abtasttiefe - 8 Bit entspricht 2^8 = 256 mögliche Werte (0 - 255)

Die Abtastrate ist die Geschwindigkeit mit der die einzelnen Werte der Amplitude des "Klanges" gelesen werden bzw. abgetastet werden. Bei 44,1KHz entspricht das 1/44100 = 0,000002268 s oder besser, 2,268 µs - das sind die Abstände in denen die Frequenz abgetastet wird.

Nun haben wir den Ton - den Sinus mit 3 KHz, also eine Periodendauer von 333,33~ µs
Diesen wollen wir nun abtasten / samplen. Dafür legen wir uns mal gedanklich ein Gitter auf diesen Ton mit unserer Abtastrate auf der X Achse, welches der Zeit entspricht und der Abtasttiefe auf die Y Achse, was dem Wert entspricht. Wir beschränken uns einmal auf 20 Samples, also 20 Abtastungen des Klanges, dann ergibt sich daraus folgendes Bild:

Jeder der roten Punkte entspricht der Momentaufnahme des Klanges bei der gewählten Abtastrate. Das geht natürlich auch anders herum, also schreibend. So ist z.B. dieses Bild in Excel entstanden und einfach mit der SIN() Funktion erstellt worden. Das kann man jetzt noch beliebig weiterführen und z.B. mehrere Töne übereinanderlagern oder andere Kurven mit anderen Funktionen erzeugen. Beim lesen von echten Klängen kommt dann unter anderem die Fast Fourier Transformation zum Einsatz.

Das ist ein ziemlich breites Thema auf das ich jetzt nicht näher eingehen möchte. Aber ich denke, dass Bild wird Dir vielleicht schon ein wenig weiterhelfen Dein durcheinander was Du vorher geschrieben hast etwas zu sortieren.

Viele Grüße

Guido