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Sinneswahrnehmungen des Menschen
Tastsinn
Gleichgewicht
Geruch
Sehen Gehör
Sprache Aktion
Multimedia -“Kanäle“
des Menschen
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Techniken für Medien im Wandel
Text : Bücher, Zeitschriften => Videotext, Textverarbeitung
Bild : Malerei, Druck, Fotographie => digitale Bildverarbeitung
Sprache : Telefon, Diktiergeräte => ISDN, GSM, UMTS
Ton : Schalplatte,Tonband => CD, MD, MP3-Stick
Bewegung : Film, Video, Zeichentrick => DVD, Computeranimation
Multimediale Kommunikation
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Kontinuierliche Medien
Bewegung Audio- und Bewegtbild- Kodierung (MPEG1) (Moving Audiorate:von 32 ... 448 kBit/s wählbar 1,77 MBit/sPicture Experts konstante Datenrate: 1 856 000 Bit/sGroup)
Anmerkung: k in Verbindung mit Bit: 1 024k in Verbindung mit Byte: 1 024 ( 210 )k in Verbindung mit Hz: 1 000 (103 )M in Verbindung mit Bit: 1 048 576M in Verbindung mit Byte: 1 048 576 ( 220 )M in Verbindung mit Hz : 1 000 000 (106 )
M3: Multi-Media-Mogelfaktor
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Anmerkung: k in Verbindung mit Bit: 1 024k in Verbindung mit Byte: 1 024 ( 210 )k in Verbindung mit Hz: 1 000 (103 )M in Verbindung mit Bit: 1 048 576M in Verbindung mit Byte: 1 048 576 ( 220 )M in Verbindung mit Hz : 1 000 000 (106 )
M3: Multi-Media-Mogelfaktor
Kontinuierliche Medien
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1.3 Historie
1980: Medientechnik und Computertechnik separat
Aufnahme Übertragung Wiedergabe
Rechner 1 Rechner 2Netz
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Historie (5)
2000: Vollständige digitale Verarbeitung
Rechner 1 Rechner 2Netz
=> technische Voraussetzungen für multimediale Kommunikation lokal vorhanden
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2. Medientyp Audio
2.1. Physikalische GrundlagenHörbereich Sensitivität
2.2. Digitalisierung/ SamplingZeit-/ FrequenzbereichSample-Rate, NyquistAliasing
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Physikalische Grundlagen
SchallFrequenz Amplitude
Menschliche WahrnehmungHörbereichLautstärke (Fletcher-Munson)Besonderheiten
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Schall
Mechanische SchwingungDruckschwankung => SchalldruckWellenausbreitung, Reflexion, Laufzeit
ArtenReiner Ton => Sinus- SchwingungKlang/Musik => mehrere gleichmäßige ~ Geräusch => ungleichmäßige ~Sprache
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Schall
Mechanische SchwingungFrequenz => Druckschwankung => TonhöheAmplitude => Druck => Lautstärke
p
t
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Menschliche Wahrnehmung
Frequenz
Infraschall => 0 Hz bis 20 HzHörbereich => 20 Hz bis 20 kHz
Ultraschall => 20 kHz bis 1 GHzHyperschall ab 1 GHz
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Menschliche Wahrnehmung
Anatomie
Quelle: glasklar Mensch 3D /Vorlesung Hendrich Uni Hamburg
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Menschliche Wahrnehmung
Anatomie
Quelle: glasklar Mensch 3D /Vorlesung Hendrich Uni Hamburg
Haarzellen
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Menschliche Wahrnehmung
Amplitude => Lautstärke-Empfinden
Frequenzabhängig, 1 kHz als Normlogarithmische Abhängigkeit quadratischer Effektivwert=> Angabe in Dezibel (dB) p0 = Hörschwelle
1dB = 20 * log (p/p0) mit p = 1.1122...* p06dB = 20 * log 2 12dB = 20 * log 4
48dB = 20 * log 256 24dB = 20 * log 1696dB = 20 * log 65536 (6dB * 16Bit)
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Menschliche Wahrnehmung
Amplitude (Lautstärke)
Klangbeispiel Klangdruckgröße
Papiergeraschel 20 dB
Gesprochene Sprache 60 dB
Dichter Verkehr 80 dB
Rock Band 120 dB
Schmerzgrenze 130 dB
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Menschliche Wahrnehmung
Fetcher Munson DiagrammLinien gleichlauter Hörempfindung
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Menschliche Wahrnehmung
BesonderheitenAusblenden von Frequenzen (Maskieren)
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Menschliche Wahrnehmung
räumliche Wahrnehmung
Schlecht ortbar für > Kopfdurchmesser=> Höhen besser (300Hz)
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2.2 Digitalisierung/ Sampling
Physikalische GrundlagenHörbereich Sensitivität
Digitalisierung/ SamplingDigitale SignaleZeit-/ FrequenzbereichSample-Rate, NyquistAliasing
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Schall
Analoges SignalZeit => zu beliebigen ZeitpunktenAmplitude => definierter Wert ablesbar
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Schall
DiskretisierungZeit => nur diskrete ZeitpunkteAmplitude => beliebiger Wert
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Schall
DigitalisierungZeit => nur diskrete ZeitpunkteAmplitude => nur diskrete Amplitudenwerte
1 2 3 4 5 4 2 1 2 3 3 1 -1 -3 -4 -3 -1 1 3
DigitalisierungZeit => nur diskrete Zeitpunkte
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Audio Sampling
Anmerkung: M in Verbindung mit Hz : 1 000 000 (106 )M in Verbindung mit Byte: 1 048 576 ( 220 )M in Verbindung mit Bit: 1 048 576
k (teilw. K) in Verbindung mit Hz: 1 000 (103 ) k in Verbindung mit Byte: 1 024 ( 210 )k in Verbindung mit Bit: 1 024
M3: Multi-Media-Mogelfaktor
Qualität Sample Rate
Bits per Sample
Mono/ Stereo
Daten Rate (unkomprimiert)
Frequenz Band
Einheit kHz kByte/s (kByte/s) Hz
Telefon 8 8 Mono 8 ( 7,81...) 200-3.400
AM Radio 11,025 8 Mono 11,0 ( 10,77..) 50 - 5,000
FM Radio 22,050 16 Stereo 88,2 ( 86,13...) 20 - 15,000
CD 44,1 16 Stereo 176,4 ( 172,2...) 20-20.000
DAT 48 16 Stereo 192,0 ( 187,5 ) 20-20.000
DVD Audio 192 24 Stereo 1152,0 (1125 ) 20-20.000
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Sample-Rate, Nyquist
Sampling von AudiosignalenWie oft pro Sekunde?
Hörbereich: 20Hz bis 20kHz
Sample-Rate, Nyquist- Kriterium:
fs = 2fmax, z.B. CD: fs= 44kHz
(fmax: max. erkennbare f, fsSamplefrequenz)
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Aliasing
CD- Samplefrequenz fs = 44 kHzAudiosignal kann auch Frequenzen oberhalb der Hörschwelle enthalten. (z. B. Geigenoberton)
Oberton mit f=55kHz mit fs= 44 kHz => Abbildung auf f=11kHz
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Aliasing
Aliasing: hochfrequente Töne werden auf Sample-Daten niederer Frequenzen abgebildet
Ursache: Nyquist- Kriterium fs > fmax *2 verletzt
Folgen: a) hörbare Frequenzen fehlen, falls fs < fmax*2
b) nicht hörbare Frequenzen hörbar ft > fs=fmax*2
Samplefrequenz fs, max hörbare Frequenz fmax Tonfrequenz ft
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Aliasing
kontinuierliche Zeit t => diskrete Zeit: nT (T=1/ fs)
x(t) = cos(2π f1 t) => y(n) = cos(2 π f1 nT) n = 1,2,3...
Unterschiede um ganzzahlige Vielfache von fs verschwinden
f2 = f1 + N* fs N {0,1,2,3...}
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Aliasing
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Zusammenfassung Medientyp Audio
2.1. Physikalische GrundlagenHörbereich: 20Hz bis 20kHz, 0 bis 130dBSensitivität: frequenzabhängig, Maskierung
2.2. Digitalisierung/ SamplingZeit-/ Frequenzbereich: DiskretisierungSample-Rate, Nyquist: fmax= 2fs, CD:44kHz Aliasing: kont. Zeit => diskrete Zeit: Tiefpassfilter
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