Digitalaudio – wie kommt die Musik in unser Handy?

Nun wird das Signal „abgetastet“. Dafür erstellt man quasi ein Raster, durch welches die Tonkurve verläuft. Jede Spalte des Rasters steht für eine Zeiteinheit. Für jede Zeiteinheit wird dann definiert, wo der Ton im Raster zu liegen kommt. Je kleiner das Raster, umso genauer wird das Signal, desto mehr Speicher benötigt es allerdings auch. Die Grösse des Rasters nennt man Abtastrate oder Samplingrate. Eine Audio-CD hat beispielsweise eine Abtastrate von 44.1 Kilohertz, pro Sekunde wird das Signal also 44100-mal abgetastet.

Die jeweiligen Werte des Signals zum Abtastzeitpunkt werden durch eine binärcodierte Zahl dargestellt, also durch eine definierte Abfolge von Nullen und Einsen („Bits“). Die 1 besagt dabei, dass ein elektrisches Signal ausgegeben wird, die 0, dass kein Signal gesendet wird. Die Anzahl Bits, die pro Wert verwendet werden kann, nennt man Bittiefe oder Samplingtiefe. Sie beträgt bei einer CD 16 Bit. Das heisst, es gibt 2¹⁶ (65536) mögliche Abstufungen, die erfasst werden können. Eine hohe Bittiefe führt also zu einer feineren Abbildung des Signals.

Das digitalisierte Signal kann nun aufgenommen, verändert oder kopiert werden. Bei einer CD ist die Soundqualität aufgrund des sehr feinen Audiorasters bereits sehr hoch. Jeder Punkt der Soundkurve ist relativ genau definiert, weshalb kaum Störgeräusche wie Rauschen auftreten. Tonstudios arbeiten bei Aufnahmen mit noch höheren Werten. Dies hat jedoch einen grösseren Speicherbedarf zur Folge.

Was ist MP3?

Digitale Audiodateien haben die Massenproduktion und Verbreitung von Musik revolutioniert. Wir brauchen längst keine physischen Kopien wie Schallplatten mehr, um Musik weiterzugeben. Stattdessen werden die digitalen Signale in Dateien wie MP3 komprimiert und können so problemlos verschickt und heruntergeladen werden.

MP3-Dateien kennen wir seit Mitte der 90er Jahre. MP3 steht für „Motion Picture Expert Group-1 Audio Layer 3“. Eine MP3-Datei ist eine Codierung einer Musik-Datei, die dabei bis zu 10-mal verkleinert wird, ohne wesentlich an Klangqualität einzubüssen. Diese Kompression wird mittels der Kompressionsrate in kbit pro Sekunde angegeben. Je höher der Wert der Kompressionsrate, desto besser ist die Qualität. Bei einer Rate von 196 kbit/s hören wir kaum einen Unterschied zur ursprünglichen Musikdatei.

Um die Datei zu verkleinern, lässt man bei der Kompression einfach bestimmte Töne weg. Natürlich muss darauf geachtet werden, dass diejenigen Töne weggelassen werden, die das menschliche Ohr ohnehin kaum hören kann. Bei Analysen der Musikdatei sucht man darum solche Töne, die von lauteren Tönen verdeckt werden.

Das MP3-Format kann nur Audiodateien enthalten. Es gibt allerdings auch ein MP4-Format, dass zusätzlich Bilder, Grafiken, Texte oder Videos beinhalten kann.

Wir wissen nun also, wie die Musik von den Instrumenten in analoge Medien übertragen und von analogen Medien in digitale Dateien umgewandelt wird. Aber wie kommt die Musik schliesslich von der MP3-Datei auf dem Handy in den Kopfhörer? Dafür schauen wir uns den Aufbau von Kopfhörern genauer an.

Die meisten Kopfhörer haben eine elektrodynamische Bauart. Sie bestehen aus einem Magneten, der ein konstantes elektromagnetisches Feld erzeugt, einer Spule aus Kupferdraht, die in dem Magnetfeld zu liegen kommt, und einer dünnen Membran. Spielst du nun eine digitale Audiodatei ab, werden die digitalen Signale (also die Einsen und Nullen) in elektrische Signale umgewandelt, fliessen durch die Drähte deines Kopfhörerkabels in das Magnetfeld hinein und versetzen die Spule in schwingende Bewegungen. Sie bewegt sich nun im Magnetfeld hin und her und erzeugt selbst ein Magnetfeld. Die Spule bewegt die Membran, die mit ihr verbunden ist. Die Bewegung der Membran versetzt wiederum die Luft in Bewegung – in anderen Worten: Es wird Schall erzeugt, den du hören kannst.