Digitalisierte Musik

Musik ist ein analoges Signal und wird durch ein Medium übertragen. Zur Verarbeitung am Computer muss es zuerst aufgezeichnet und danach digitalisiert werden.

Das wohl bekannteste Gerät zur Aufnahme von Musik ist das Mikrofon. Beim Mikrofon werden die analogen Audiowellen durch eine Membran aufgefangen und dann, je nach Art des Mikrofons, in einen Stromimpuls umgesetzt. Beim elektrodynamischen Mikrofon beispielsweise ist an der Membran eine Spule befestigt, die sich frei schwebend in einem Magnetfeld befindet. Beginnt die Membran zu schwingen, so wird in der Spule durch Induktion Strom erzeugt [#!muslex!#]. Das resultierende Signal ist jetzt zwar eine elektrische Größe, allerdings noch immer analog. Bevor man diskrete Größen erhält, muss daher das Signal durch einen A/D-Wandler laufen. Die Amplitude des Audiosignals wird im A/D-Wandler zu festgelegten Zeitpunkten periodisch gemessen und der Messwert als digitale Zahl ausgegeben. Dieser Vorgang heißt "`sampling"'. Wie oft das Signal abgetastet wird besagt die SR, die in Abtastungen pro Sekunde (Hz) (z.B. 44100 Hz) gemessen wird. Die SR ist normalerweise ein Vielfaches der Spitzenfrequenz des abgetasteten analogen Signales. Das erhaltene digitalisierte Audiosignal wird allgemein als PCM bezeichnet. Wie auf digitalen Maschinen üblich, wird der Zahlenbereich des A/D-Wandlers durch ein Vielfaches der Zahl 2 vorgegeben und ist ganzzahlig [#!whatis!#]. Der durch den A/D-Wandler ausgegebene Wert ist eine 16-bit Zahl und wird durch den Zahlenbereich

$$[-32768,32767]$$

abgedeckt. Abbildung  zeigt ein typisches PCM-Audiosignal der Länge 5 Sekunden. Zum besseren Verständnis wird nachfolgend immer eine kontinuierliche SR von 44100 Hz angenommen.

Figure: PCM Audiosignal

Musik kann auf Festspeichermedien (z.B. Festplatten) in vielen verschiedenen Formaten vorliegen (WAV, AU, MP3,...). Wie in Kapitel  ausgeführt, ist diese Arbeit allerdings Dateiformat unabhängig. Auf die unterschiedlichen Audiodateiformate wird im Rahmen dieser Arbeit daher nicht eingegangen.

Es gibt noch ein anderes Repräsentationsformat von Musik, das völlig anders als ein PCM Signal aufgebaut ist. Das MIDI Dateiformat enthält keine analoge Klangkurve, wie sie durch Mikrofonaufnahmen entsteht, sondern ist eine Gerätebeschreibung. Bei diesem speziellen Format wird festgelegten Instrumenten mitgeteilt, welche Note sie zu welchem Zeitpunkt wie lange spielen sollen. Nachdem bei einem normalen Musikstück mehr als ein Instrument erklingt, besteht eine MIDI-Datei aus mehreren Spuren für unterschiedliche Instrumente. Eine Abbildung von Gesang ist nicht möglich. Diese Beschreibung entspricht intern viel mehr einem Text, respektive einer Partitur, als einem Klang.