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Informationen uber
digitale
Audiosignale, hier werden nur
analoge
Signale beschrieben
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Ein
Audiosignal
(auch
Tonsignal
) ist elektrisch gesehen ein
Wechselstrom
im Horbereich des Menschen (16 bis allgemein 20000
Hertz
) mit einer maximalen
Spannung
von etwa 1
Volt
.
Als
Bezugspegel
sind 0,775 Volt mit 0
dBV
definiert. Das Audiosignal ist also das
elektrische Signal
, das
akustische
Informationen uber eine Stromleitung transportiert.
Stereofonie
-
Kopfhorer
benotigen am Stecker nur drei Kontakte, da die
Masse
fur die linke und die rechte
Hormuschel
gemeinsam verwendet werden kann.
Die Verarbeitung von Audiosignalen und die Umwandlung zwischen
Schall
und Audiosignalen (
Mikrofonsignal
) sind Gegenstand der
Tontechnik
und der
Signalverarbeitung
.
Da viele
Frequenzwandler
(dynamisches
Mikrofon
,
Tonkopf
,
Tonabnehmer
) eine nur sehr geringe
Spannungsamplitude
haben, wird diese Spannung moglichst nahe an der Signalquelle mit
Verstarkern
im Pegel soweit angehoben, dass sie
storgerauscharm
weiterverarbeitet werden konnen.
Da traditionell ursprunglich Rohren und
Transistoren
in den Verstarkern verwendet wurden, muss darauf geachtet werden, dass es keine physikalische
Wechselspannung
ist, die vor den Verstarkern anliegt (wie zum Beispiel bei E-Gitarren-Tonabnehmern), da diese die Elektronik (zer-)storen wurde; ein zwischengeschalteter
Koppelkondensator
kann dieses Problem einfach vermeiden (Siehe
Emitterschaltung
). Eine Verstarkerschaltung mit einem
Operationsverstarker
wurde funktionieren, da dieser positive und negative Spannungen direkt verarbeiten kann.
Bei vielen Geraten der
Unterhaltungselektronik
wird die Bezeichnung Audiosignal auch zur Abgrenzung vom
Videosignal
verwendet was im Grunde bedeutet, dass die Signale der Bildfolge fur Schwarz/Weiß-Gerate einkanalig, fur Farbgerate dreikanalig getrennt fur die Farben Rot/Grun/Blau erfolgt.
Das bisher Gesagte trifft uberwiegend nur fur das
Analogsignal
in der Analog-Tontechnik zu.
Der
Frequenzbereich
von Audiosignalen ist oft an den menschlichen
Horbereich
angelehnt und reicht daher von etwa 20 Hz bis zu 20 kHz (
Niederfrequenz
). Um horbare Beeinflussungen des Signals nahe den beiden Grenzfrequenzen auszuschließen, werden fur besonders hohe Anspruche in der HiFi- und
Studiotechnik
sowie allgemeine Anwendungen (z. B. Tieraufnahmen,
Ultraschall
) Gerate und Speichermedien (z. B.
Super Audio Compact Disc
,
DVD-Audio
) mit wesentlich weiterem Frequenzbereich verwendet.
Bei digitalen Audiosignalen werden die Tonsignale als Zahlenwerte ubertragen 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.
Die Starke 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 unabhangig von der Lautstarke und wird vom
Datenubertragungsgerat
bestimmt.
Gemaß der
Psychoakustik
sind Tone der Sprache und Musik in den meisten Fallen komplexe Tone, also Schallsignale, die als Summe mit einer endlichen Zahl von sinusformigen
Teiltonen
beschrieben werden konnen. Man kann drei grobe Unterscheidungen treffen.
[1]
- Harmonische komplexe Tone
- Angenahert harmonische komplexe Tone
- Gering harmonische komplexe Tone
Eine Unterscheidung zwischen rein
harmonischen
und in-harmonischen komplexen Tonen ist anhand physikalischer Kriterien praktisch kaum oder nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit moglich. Im Allgemeinen werden als harmonisch komplexe Tone solche bezeichnet, welche periodisch sind und deren
Grundton
der hauptsachlich wahrgenommenen Tonhohe entspricht. Das zweite Kriterium kann durch
auditiven
Tonhohenvergleich mit
Sinustonen
verifiziert werden. Zu diesen komplexen Tonen zahlen fast alle physikalisch erzeugten Tone, Gesangsstimmen und Sprache.
Als angenahert harmonisch komplexe Tone werden solche bezeichnet, deren hohere Frequenzanteile in einem nicht genau ganzzahligen Bezug zur Grundfrequenz stehen und bereits einen nicht zu vernachlassigenden Anteil an
Inharmonizitat
aufweisen.
Als gering harmonische komplexe Tone werden Tonsignale bezeichnet, deren Teil-Tonfrequenzen erheblich vom harmonischen Muster abweichen. Dazu gehoren alle Klange, welche durch Anschlagen von Glocken, Staben oder Rohren oder membranartigen Korpern entstehen. Gebrauchliche Musikinstrumente dieser Art sind
Glockenspiel
,
Xylophon
,
Marimbaphon
, Pauken und
Trommeln
. Die Frequenzen der
Eigenschwingungen
von Glocken, Platten, Staben oder Membranen stehen nicht von vornherein in einer harmonischen Beziehung zueinander und mussen durch gezielte Bearbeitung und Formgebung erst in annahernd harmonisches Verhaltnis gebracht werden.
- ↑
Ernst Terhardt:
Akustische Kommunikation. Grundlagen mit Horbeispielen
. 1998,
ISBN 3-540-63408-8
(
eingeschrankte Vorschau
in der Google-Buchsuche).