HiFi Lexikon – Highend Audio Begriffe HiFi Stereo - HiFi Test - HiFi Magazin

Samplingrate / Samplingfrequenz / Abtastrate

Das Ergebnis des Digitalisierens sind sogenannte Samples - diskrete, digitalisierte „Entnahmeproben“ des analogen Ursprungssignals.  Aus diesen lassen sich mittels Digital-Analog-Wandlung die ursprünglichen analogen Signale wieder rekonstruieren. Diese Rekonstruktion unterliegt Einflüssen der Samplingfrequenz (Samplerate) und der „Auflösung“ der Samples, auch Bittiefe genannt.

Die Samplingfrequenz bei Audiosignalen, also die Häufigkeit von Samples pro Zeiteinheit (meistens pro Sekunde angegeben), ist vergleichbar mit der Bildfrequenz pro Sekunde einer Filmkamera. Die Pixelanzahl für jedes einzelne Bild wiederum könnte man der Bittiefe gleichsetzen: HD-Filme „sehen besser aus“ als Super-8-Filme. Je größer die Pixelanzahl des Sensors und je häufiger ein Bild aufgenommen wird, desto exakter lässt sich das „aufzunehmende Licht“, die Szenerie digital reproduzieren.

Das bekannte Nyquist-Theorem besagt, dass ein Audiosignal mindestens mit der doppelten Frequenz gleichmäßig abgetastet werden muss, um das Ursprungssignal hinreichend rekonstruieren zu können. Die Bandbreitenbegrenzung nimmt uns in praxi unser Gehör ab, das im Grunde nur Frequenzen zwischen maximal 20 Hz und 20.000 Hz bewusst wahrzunehmen vermag, wodurch in praxi eigentlich eine Samplingfrequenz von 40 kHz genügen sollte.

samplingrateDie für CD-Qualität übliche 44,1 kHz Samplingfrequenz/-rate rührt aus den 1970er-Jahren beziehungsweise aus Sonys „Puls Code Modulationsverfahren“ (PCM) zur Speicherung digitaler Signale auf Videobändern. Bei allen Frequenzen, die über 22,05 kHz liegen (Nyquist-Frequenz = halbe Abtastrate), kommt es zu Aliasing, es sein denn, man setzt vor der Aufnahme entsprechende Filter ein.

Später entwickelte Sony daraus mit Philips den Red-Book-Standard für Audio-CDs. Die um zusätzliche 4.000 Hz etwas breitere Frequenz als die doppelte für den Menschen hörbare hat ihren Ursprung in möglichst einfachen Filtern, die sogenannte Aliasingeffekte beim Digitalisieren aus dem Hörbereich des rekonstruierten analogen Signals entfernen sollen - je breiter dieser „Korridor“, desto einfacher die Filtertechnik.

Exakt 44,1 kHz wurden daraus, weil sich Samplingratenkonvertierer einfacher gestalten lassen (genutzt für Studiotechnik oder auch Datenträgerüberspielungen), wenn die Samplingfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Ausgangsfrequenz ist. Ausgangsfrequenz war hier die bei der Videodigitalisierung genutzte 60-Hz-Netzfrequenz bei 525 Linien für das zu digitalisierende TV-Signal. Die 60 Hz zu verändern, wäre sehr aufwändig gewesen, man behielt sie bei. Nicht zufällig erreicht man aber durch Multiplikation von 525 mit einem ganzzahlingen Faktor eine Frequenz höher 44.000 Hz, die ja erreicht werden soll, um die Filter für das Anti-Aliasing einfach zu halten: Die nächste größere Ganzzahl, die durch 525 teilbar ist, ist 44.100. Der Multiplikationsfaktor ist damit 84, wie gewünscht eine ganze Zahl.

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