Dynamikumfang

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Dynamikumfang (auch Dynamikbereich oder einfach nur Dynamik genannt) bezeichnet in allgemeinen technischen, physikalischen oder mathematischen Zusammenhängen den Quotienten aus Maximum und Minimum einer physikalischen Größe oder Funktion.

[Bearbeiten] Akustik

Die Dynamik in der Tontechnik (hier auch Lautstärke- oder Pegelumfang genannt) in einem Audio-System gibt das Verhältnis des lautesten und leisesten Schalldruckpegels oder technischen Pegels eines Tonsignals an. Dieser Wert wird meist in dB (Dezibel) angegeben.

Nach unten wird der Dynamikbereich durch das Grundrauschen des Audiosystems begrenzt, nach oben durch Erreichen der maximalen Aussteuerung des Systems. Bei Überschreiten dieser Obergrenze treten Verzerrungen des Tonsignals auf.

Wenn ein Audiosystem den großen Dynamikbereich einer natürlichen Signalquelle nicht verarbeiten oder wiedergeben kann, findet in der tontechnischen Praxis häufig eine Dynamikkompression statt, das heißt, eine gewollte Verkleinerung des Dynamikbereichs. Sie richtet sich nach dem Zweck des hergestellten Tonmaterials und den jeweiligen wirtschaftlich-technischen Möglichkeiten.

Wird als Minimalwert das Grundrauschen angenommen, so spricht man vom Signal-Rausch-Verhältnis.

[Bearbeiten] Typische System-Dynamikwerte

Ohr: 130 dB
großes Orchester: 70 dB
CD-System: 96 dB
Super Audio Compact Disc: 120 dB
UKW: 40–55 dB
HiFi-Anlage: 65–75 dB
Sprache: 50 dB

Bei digitalen Systemen kann die Dynamik wie folgt berechnet werden:

$L_p = 20\, \log_{10}\left(\frac{U_{max}}{U_{min}}\right) \mbox{dB} \,$ .

Erläuterung: Beim CD-System werden die Audiosignale mit 16 Bit quantisiert. Bei 2¹⁶ = 65536 entstehen also 65536 verschiedene Spannungsstufen, somit ist U_max = 65536 und U_min = 1. Also sind das $L_p = 20\, \log_{10}\left(\frac{65536}{1}\right) = 96{,}33 \ \mbox{dB} \,$ Dynamik.

[Bearbeiten] Computergrafik

Für digital vorliegende Bilder bezeichnet der Dynamikbereich den Quotienten aus größtem und kleinstem von 0 verschiedenem Helligkeitswert eines digitalen Bildes. In der Regel spricht man hier allerdings ebenfalls wie in der Fotografie von Kontrast und gibt diesen in Blenden an. Dadurch, dass in der Fotografie "eine Blende" einer Verdopplung der Lichtmenge entspricht, und bei der Quantisierung ein Bit einer Verdopplung der Lichtmenge entspricht, kann aus der Bittiefe direkt die darstellbaren Blenden abgelesen werden.

Der maximal darstellbare Kontrast hängt von der zur Quantisierung verwendeten Anzahl der Bits ab. Typische Grafikformate erreichen dadurch die folgenden Werte:

„Low Dynamic Range Image“, typisches Grafikformat JPEG (8 Bit): 48,16 dB oder 8 Blenden
„Medium Dynamic Range Image“, typische Grafikformate TIFF oder PNG (16 Bit): 96,33 dB oder 16 Blenden
High Dynamic Range Image, typisches Grafikformat OpenEXR (32 Bit): 192,66 dB oder 32 Blenden

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