Audiosignal

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Ein Audiosignal (auch Tonsignal) ist ein elektrisches Signal, das akustische Informationen transportiert. Bei vielen Geräten der Unterhaltungselektronik wird die Bezeichnung Audiosignal auch zur Abgrenzung vom Videosignal verwendet.

Die Verarbeitung von Audiosignalen und die Umwandlung zwischen Schall und Audiosignalen (Mikrofonsignal) sind Gegenstand der Tontechnik und der Signalverarbeitung.

Frequenzbereich[Bearbeiten]

Der Frequenzbereich von Audiosignalen ist oft an den menschlichen Hörbereich angelehnt und reicht daher von etwa 20 Hz bis zu 20 kHz (Niederfrequenz). Um hörbare Beeinflussungen des Signals nahe der beiden Grenzfrequenzen auszuschließen, werden für besonders hohe Ansprüche in der HiFi- und Studiotechnik sowie allgemeine Anwendungen (z.B. Tieraufnahmen, Ultraschall) Geräte und Speichermedien (z. B. Super Audio CD, DVD-Audio) mit wesentlich weiterem Frequenzbereich verwendet.

Beispiele[Bearbeiten]

  • Signale von Musikkassetten: typisch 50 Hz bis 12 kHz
  • Signale von professionellen Tonbändern: 15 Hz bis 18 kHz
  • Theoretische Bandbreite der Compact Disk: 0 Hz bis 22,05 kHz
  • Theoretische Bandbreite der SACD: 0 Hz bis 48 kHz
  • Signal einfacher Bühnenmikrofone: 35 Hz bis 15 kHz
  • Signal guter Studiokondensatormikrofone: 5 Hz bis 22 kHz
  • nutzbarer Bereich von Studio-Messmikrofonen 3 Hz bis 45 kHz
  • Bandbreite von guten Hifi-Verstärkern: 10 Hz - 30 kHz
  • Bandbreite von guten Studio-Verstärkern: 5 Hz - 40 kHz
  • Bandbreite von Ultraschallmikrofonen: typisch 1 kHz - 150 kHz

Bei digitalen Audiosignalen werden die Tonsignale als Zahlenwerte übertragen und verarbeitet, wobei die Abtastrate bestimmt, wie viele solche Zahlenwerte je Sekunde erfasst und verarbeitet werden. Digitale Audiosignale besitzen je nach Audioformat und Kanalzahl z. T. Bandbreiten bis an die 10 MHz.

Signalstärke[Bearbeiten]

Die Stärke eines Audiosignals wird im Allgemeinen als Pegel bezeichnet. Bei analogen Audiosignalen entspricht der Signalpegel direkt der Amplitude der elektrischen Spannung, welcher wiederum proportional zum Schalldruck bzw. zur Schallschnelle ist.

Bei digitalen Audiosignalen ist der technische Signalpegel unabhängig von der Lautstärke und wird vom Datenübertragungsgerät bestimmt.

Tonsignaltypen[Bearbeiten]

Gemäß der Psychoakustik sind Töne der Sprache und Musik in den meisten Fällen komplexe Töne, also Schallsignale die als Summe mit einer endlichen Zahl von sinusförmigen Teiltönen beschrieben werden können. Man kann drei grobe Unterscheidungen treffen.[1]

  • Harmonische komplexe Töne
  • Angenähert harmonische komplexe Töne
  • Gering harmonische komplexe Töne

Harmonische komplexe Töne[Bearbeiten]

Eine Unterscheidung zwischen rein harmonischen und in-harmonischen komplexen Tönen ist anhand physikalischer Kriterien praktisch kaum oder nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit möglich. Im Allgemeinen werden als harmonisch komplexe Töne solche bezeichnet, welche periodisch sind und deren Grundton der hauptsächlich wahrgenommenen Tonhöhe entspricht. Das zweite Kriterium kann durch auditiven Tonhöhenvergleich mit Sinustönen verifiziert werden. Zu diesen komplexen Tönen zählen fast alle physikalisch erzeugten Töne, Gesangsstimmen und Sprache.

Angenähert harmonische komplexe Töne[Bearbeiten]

Als angenähert harmonisch komplexe Töne werde solche bezeichnet, deren höhere Frequenzanteile in einem nicht genau ganzzahligen Bezug zur Grundfrequenz stehen und bereits einen nicht zu vernachlässigenden Anteil an Inharmonizität aufweisen.

Gering harmonische komplexe Töne[Bearbeiten]

Als gering harmonische komplexe Töne werden Tonsignale bezeichnet, deren Teiltonfrequenzen erheblich vom harmonischen Muster abweichen. Dazu gehören alle Klänge, welche durch Anschlagen von Glocken, Stäben oder Röhren oder membraneartigen Körpern entstehen. Gebräuchliche Musikinstrumente dieser Art sind Glockenspiel, Xylophon, Marimbaphon, Pauken und Trommeln. Die Frequenzen der Eigenschwingungen von Glocken, Platten, Stäben oder Membranen stehen nicht von vornherein in einer harmonischen Beziehung zueinander und müssen durch gezielte Bearbeitung und Formgebung erst in annähernd harmonisches Verhältnis gebracht werden.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Akustische Kommunikation: Grundlagen mit Hörbeispielen, Ernst Terhardt, 1998 ISBN 3540634088, Online

Siehe auch[Bearbeiten]