Digitale Wandlung: Wie aus analog digital wird

Analoge Signale sind kontinuierlich und können zwischen einem Mindest- und einem Höchstwert stufenlos jeden beliebigen Wert einnehmen. Dabei repräsentiert beispielsweise auf einer Schallplatte die Form der Rillen analog die Form der Schallwellen eines Musikstücks. Beim Abtasten durch die Tonabnehmernadel wird diese Rillenform – meist mit Magneten – in einen kontinuierlichen elektrischen Spannungsverlauf umgewandelt. Diese schwingende Spannung wird dann im Lautsprecher wiederum analog in Schwingungen der Lautsprechermembran umgesetzt, die ihrerseits die Luft in Schwingungen versetzt und so Schall erzeugt. Ein Nachteil analoger Signale ist ihre hohe Störempfindlichkeit: Störendes Rauschen überdeckt das Nutzsignal umso stärker, je größer die Übertragungsstrecke dieser analogen Signale ist und je häufiger sie kopiert werden.

Digitale Signale bestehen aus Zahlenwerten. Ihr Vorteil: Sie sind viel weniger rauschanfällig als Analogsignale. So kann man sie ohne Qualitätsverlust beliebig häufig kopieren und über große Strecken übertragen. Außerdem braucht man Digitalsignale, um Musik und Sprache am Rechner zu archivieren und zu bearbeiten.

Zum Digitalisieren eines analogen Audiosignals, zum Beispiel von einem Mikrofon oder einem Plattenspieler, wird es in festen Zeitabständen abgetastet. Die Werte, die diesen Zeitpunkten zugeordnet sind, werden dann in ein Werteraster eingepasst. Die Klang­qualität der so gewonnenen Audiodatei hängt dabei zum einen von der zeitlichen Auflösung ab, mit der das Analogsignal abgetastet wird. Diese Ab­tast­rate oder Sampling-Frequenz wird in Kilohertz (kHz) angegeben. Zum anderen ist wichtig, wie fein das Werteraster ist, in das die Amplitude des Analogsignals übertragen wird. Diese sogenannte Wortbreite wird in Bit gemessen. Je höher beide Werte sind, desto besser klingt das Ergebnis. Eine Audio-CD speichert Audiodaten mit einer Abtastrate von 44,1 Kilohertz und einer Wortbreite von 16 Bit. Es stehen also für jede Sekunde Spielzeit 44 100 Amplitudenwerte bereit, die jeweils einen von 65 536 (zwei hoch 16) Werten einnehmen können. In der professionellen Studiotechnik wird mit höheren Wortbreiten und Abtast­raten gearbeitet.

Im Internet und auf tragbaren Musikspielern werden Audiodateien meist in komprimierter Form gespeichert (siehe Glossar). In der Regel kommen verlustbehaftete Kompressionsverfahren zum Einsatz. Wichtig für die Klangqualität ist hierbei auch die Datenrate. Je höher sie gewählt wird, desto mehr Speicher braucht die Datei und desto besser klingt es. Die meisten Hörer können ab einer Datenrate von 192 Kilobit pro Sekunde MP3-­Dateien nicht mehr von einer Audio-CD unterschieden. AAC- und WMA-Dateien brauchen bei gleicher Qualität weniger Speicherplatz als MP3.