Einführung

Der Einstieg in die Welt der professionellen Audio- und Musikproduktion ist heutzutage relativ einfach: Sie brauchen sich nur eine digitale Audio-Workstation (DAW) herunterzuladen und mit der Arbeit an Ihrem neuen Projekt zu beginnen. Oft erledigen diese DAWs den größten Teil der Arbeit selbst und schaffen die perfekte kreative Umgebung für Ihr Audioprojekt.

Wenn Sie sich jedoch eingehender mit den Möglichkeiten Ihrer Software befassen, werden Sie feststellen, dass es Audioeinstellungen gibt, die Sie anpassen können, um die Qualität Ihrer Inhalte zu verbessern. Eine dieser Einstellungen ist zweifelsohne die Abtastrate.

Zu wissen, welche Sampleraten es gibt und welche für Ihr Projekt am besten geeignet sind, ist ein grundlegender Aspekt der Audioproduktion, der die Qualität Ihrer Kreationen dramatisch verändern kann. Es gibt keine pauschale Antwort, wenn es um die Samplerate geht. Je nach Inhalt, den Sie zum Leben erwecken wollen, müssen Sie die geeigneten Einstellungen wählen, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

In diesem Artikel erkläre ich, was die Samplerate ist, warum sie so wichtig ist und welche Samplerate Sie verwenden sollten, je nachdem, ob Sie ein Musikproduzent, ein Tontechniker, der mit Videos arbeitet, oder ein Synchronsprecher sind.

Es wäre unmöglich, die Bedeutung der Abtastrate zu erklären, ohne einen Überblick über das menschliche Gehör und die Umwandlung von analogen in digitale Audiosignale zu geben. Daher beginne ich den Artikel mit einer kurzen Einführung in diese Themen.

Dies ist ein komplexes Thema und ziemlich technisch. Ich werde versuchen, es so einfach wie möglich zu halten. Ein grundlegendes Verständnis der Tonfrequenzen und der Ausbreitung des Schalls im Raum ist jedoch hilfreich. Dieser Artikel kann auch Anfängern helfen, das optimale Setup für ihre Aufnahmesessions zu wählen.

Lasst uns eintauchen!

Ein paar Dinge zum menschlichen Gehör

Bevor wir uns in die Feinheiten der Abtastraten vertiefen, möchte ich ein paar Dinge darüber klären, wie wir Klänge hören und interpretieren. Dies hilft uns zu verstehen, wie Klänge aufgenommen und wiedergegeben werden. Dies gibt Ihnen die Informationen, die Sie benötigen, um die Bedeutung der Abtastrate hervorzuheben.

Wenn eine Schallwelle in den Gehörgang eindringt und das Trommelfell erreicht, vibriert dieses und sendet die Schwingungen an drei winzige Knochen, die Malleus, Incus und Stapes genannt werden.

Das Innenohr wandelt die Schwingungen in elektrische Energie um, die dann vom Gehirn interpretiert wird. Jeder Ton schwingt mit einer bestimmten Sinusfrequenz und ist damit so einzigartig wie ein akustischer Fingerabdruck. Die Frequenz einer Schallwelle bestimmt ihre Tonhöhe.

Der Mensch nimmt die Frequenz von Schallwellen als Tonhöhe wahr. Wir können Töne zwischen 20 und 20.000 Hz hören und sind am empfindlichsten für Frequenzen zwischen 2.000 und 5.000 Hz. Wenn wir älter werden, verlieren wir die Fähigkeit, höhere Frequenzen zu hören. Einige Tiere, wie Delphine, können Frequenzen bis zu 100.000 Hz hören; andere, wie Wale, können Infraschalltöne bis zu 7 Hz hören.

Je länger die Wellenlänge des hörbaren Schalls ist, desto niedriger ist die Frequenz. So kann eine niederfrequente Welle mit einer Wellenlänge von bis zu 17 Metern 20 Hz entsprechen. Umgekehrt können die Wellen mit der höchsten Frequenz, bis zu 20.000 Hz, nur 1,7 Zentimeter groß sein.

Der für den Menschen hörbare Frequenzbereich ist begrenzt und klar definiert. Daher konzentrieren sich Audioaufnahme- und -wiedergabegeräte auf die Aufnahme von Klängen, die das menschliche Ohr hören kann. Alle aufgenommenen Klänge, die Sie hören, von Ihrer Lieblings-CD bis hin zu Feldaufnahmen in Dokumentarfilmen, werden mit Geräten hergestellt, die Klänge, die der Mensch hören kann, präzise aufnehmen und wiedergeben.

Die Technologie hat sich auf der Grundlage unserer Hörfähigkeiten und -bedürfnisse entwickelt. Es gibt einen breiten Frequenzbereich, den unsere Ohren und Gehirne nicht wahrnehmen können, da die Evolution entschieden hat, dass sie für unser Überleben nicht notwendig sind. Dennoch stehen uns heute Audio-Aufnahmegeräte zur Verfügung, mit denen wir Töne aufnehmen können, die selbst das am besten ausgebildete menschliche Ohr nicht erkennen würde.

Wie wir weiter unten sehen werden, können Frequenzen, die wir nicht hören können, dennoch die Frequenzen innerhalb unseres Hörbereichs beeinflussen. Daher ist es in gewisser Weise unerlässlich, sie bei der Audioaufnahme zu berücksichtigen. Ob die Aufnahme von Frequenzen außerhalb unseres Hörspektrums einen Einfluss auf die Audioqualität hat, ist hingegen noch umstritten.

Die Abtastrate kommt ins Spiel, wenn wir ein analoges (natürliches) Audiosignal in digitale Daten umwandeln, damit unsere elektronischen Geräte es verarbeiten und wiedergeben können.

Umwandlung von analogem in digitales Audio

Die Umwandlung einer Schallwelle von analog zu digital erfordert einen Recorder, der natürliche Klänge in Daten umwandeln kann. Daher ist der Übergang von analogen Wellenformen zu digitalen Informationen ein notwendiger Schritt, wenn Sie Audio auf Ihrem PC über eine digitale Audio-Workstation aufnehmen.

Bei der Aufnahme werden bestimmte Merkmale einer Schallwelle, wie z. B. ihr Dynamikbereich und ihre Frequenz, in digitale Informationen umgewandelt: etwas, das unser Computer verstehen und interpretieren kann. Um eine ursprüngliche Wellenform in ein digitales Signal umzuwandeln, müssen wir die Wellenform mathematisch beschreiben, indem wir eine große Anzahl von "Schnappschüssen" dieser Wellenform aufnehmen, bis wir ihre Amplitude vollständig beschreiben können.

Diese Schnappschüsse werden Abtastraten genannt und helfen uns, die Merkmale der Wellenform zu identifizieren, damit der Computer eine digitale Version der Schallwelle erstellen kann, die genau (oder fast) wie das Original klingt.

Die Umwandlung des analogen in ein digitales Audiosignal kann über ein Audio-Interface erfolgen, das Musikinstrumente mit dem PC und der DAW verbindet und das analoge Audiosignal in eine digitale Wellenform umwandelt.

Wie bei der Bildrate von Videos gilt: Je mehr Informationen man hat, desto besser. In diesem Fall gilt: Je höher die Abtastrate, desto mehr Informationen haben wir über einen bestimmten Frequenzinhalt, der dann perfekt in Informationsbits umgewandelt werden kann.

Nachdem wir nun wissen, wie wir mit unseren digitalen Audio-Workstations Töne aufnehmen und bearbeiten können, ist es an der Zeit, sich mit der Bedeutung der Abtastrate zu befassen und zu sehen, wie sie die Audioqualität beeinflusst.

Abtastrate: Eine Definition

Einfach ausgedrückt ist die Abtastrate die Anzahl der Abtastungen pro Sekunde, z. B. wird bei einer Abtastrate von 44,1 kHz die Wellenform 44100 Mal pro Sekunde aufgezeichnet.

Nach dem Nyquist-Shannon-Theorem sollte die Abtastrate mindestens das Zweifache der höchsten zu erfassenden Frequenz betragen, um ein Audiosignal korrekt wiederzugeben. Wie bitte?

Kurz gesagt, wenn man die Frequenz einer Schallwelle messen will, muss man zunächst ihren kompletten Zyklus identifizieren. Dieser besteht aus einer positiven und einer negativen Stufe. Beide Stufen müssen erfasst und abgetastet werden, wenn man die Frequenz präzise erfassen und wiedergeben will.

Mit der Standardabtastrate von 44,1 kHz können Sie perfekt Frequenzen aufnehmen, die etwas höher als 20.000 Hz sind, also die höchste Frequenz, die der Mensch hören kann. Das ist auch der Grund, warum 44,1 kHz immer noch als Standardqualität für CDs gilt. Alle Musik, die Sie auf CD hören, hat diese Standardabtastrate.

Warum dann 44,1 kHz und nicht 40 kHz? Weil bei der Umwandlung des Signals in ein digitales Signal Frequenzen, die oberhalb der für den Menschen hörbaren liegen, durch einen Tiefpassfilter herausgefiltert werden. Die zusätzlichen 4,1 kHz geben dem Tiefpassfilter genügend Spielraum, so dass der Hochfrequenzgehalt nicht beeinträchtigt wird.

Mit einer höheren Abtastrate von 96.000 Hz erhalten Sie einen Frequenzbereich von bis zu 48.000 Hz, der weit über dem menschlichen Hörspektrum liegt. Heutzutage ermöglichen hochwertige Musikaufnahmegeräte die Aufnahme mit einer noch höheren Abtastrate von 192.000 Hz, wodurch Audiofrequenzen von bis zu 96.000 Hz erfasst werden.

Warum haben wir die Möglichkeit, so hohe Frequenzen aufzunehmen, wenn wir sie gar nicht hören können? Viele Audioexperten und -ingenieure sind sich einig, dass Frequenzen oberhalb des hörbaren Spektrums dennoch Auswirkungen auf die Gesamtklangqualität einer Aufnahme haben können. Die subtilen Interferenzen dieser Überschalltöne können, wenn sie nicht korrekt erfasst werden, eine Verzerrung verursachen, die die Frequenzen störtinnerhalb des Spektrums von 20 Hz - 20.000 Hz.

Meiner Meinung nach ist die negative Auswirkung dieser Ultraschallfrequenzen auf die Gesamtklangqualität vernachlässigbar. Dennoch lohnt es sich, das häufigste Problem zu analysieren, auf das Sie bei der Aufnahme von Klängen stoßen können. Es wird Ihnen helfen zu entscheiden, ob eine Erhöhung der Abtastrate die Qualität Ihrer Aufnahmen verbessern würde.

Aliasing

Aliasing ist ein Phänomen, das immer dann auftritt, wenn das Audiomaterial von der verwendeten Abtastrate nicht richtig interpretiert wird. Für Sounddesigner und Toningenieure ist dies ein großes Problem. Aus diesem Grund entscheiden sich viele von ihnen für eine höhere Abtastrate, um das Problem zu vermeiden.

Wenn höhere Frequenzen zu hoch sind, um von der Abtastrate erfasst zu werden, können sie als niedrigere Frequenzen wiedergegeben werden, da jede Frequenz oberhalb der Nyquist-Frequenzgrenze (die bei einer Aufnahme mit 44,1 kHz bei 2.050 Hz liegt) rückwärts reflektiert und zu einem "Alias" niedrigerer Frequenzen wird.

Ein Beispiel soll dieses Phänomen verdeutlichen: Wenn Sie Audio mit einer Abtastrate von 44.100 Hz aufnehmen und während der Mischphase Effekte hinzufügen, die die höheren Frequenzen auf 26.000 Hz anheben, würden die zusätzlichen 3.950 Hz zurückprallen und ein Audiosignal von 18.100 Hz erzeugen, das die natürlichen Frequenzen stören würde.

Der beste Weg, dieses Problem zu vermeiden, ist die Verwendung höherer Abtastraten auf Ihrer digitalen Audioworkstation. Auf diese Weise stellen Sie sicher, dass Frequenzen über 20.000 Hz korrekt erfasst werden. Dann können Sie sie bei Bedarf verwenden.

Es gibt auch Tiefpassfilter, die Frequenzen oberhalb der Nyquist-Frequenzgrenze aussortieren und so das Auftreten von Aliasing verhindern. Schließlich ist auch das Upsampling durch spezielle Plug-ins eine sinnvolle Option. Die CPU-Belastung ist dann wesentlich höher als zuvor, aber das Auftreten von Aliasing ist weniger wahrscheinlich.

Die gebräuchlichsten Abtastraten

Je höher die Abtastrate ist, desto genauer ist die Darstellung der Schallwellen. Niedrigere Abtastraten bedeuten weniger Samples pro Sekunde. Mit weniger Audiodaten ist die Audiodarstellung bis zu einem gewissen Grad unscharf.

Die gebräuchlichsten Abtastraten sind 44,1 kHz und 48 kHz. 44,1 kHz ist die Standardabtastrate für Audio-CDs. In Filmen werden in der Regel 48 kHz verwendet. Obwohl beide Abtastraten das gesamte Frequenzspektrum des menschlichen Gehörs genau erfassen können, entscheiden sich Musikproduzenten und Tontechniker häufig für höhere Abtastraten, um hochauflösende Aufnahmen zu erstellen.

Beim Abmischen und Mastern von Musik zum Beispiel ist es wichtig, so viele Daten wie möglich zu haben und jede Frequenz zu erfassen, die die Techniker für den perfekten Klang nutzen können. Auch wenn diese Ultraschallfrequenzen nicht zu hören sind, interagieren sie doch und erzeugen Intermodulationsverzerrungen, die deutlich hörbar sind.

Hier sind die Optionen, wenn Sie hohe Abtastraten erforschen möchten:

• 88,2 kHz

  Wie bereits erwähnt, beeinflussen Frequenzen, die der Mensch nicht hören kann, dennoch die hörbaren Frequenzen. Diese Abtastrate ist eine hervorragende Option für das Mischen und Mastern von Musik, da sie bei der Umwandlung von digital zu analog weniger Aliasing (Klänge, die innerhalb der verwendeten Abtastrate nicht korrekt dargestellt werden können) erzeugt.

• 96 kHz

  Ähnlich wie 88,2 kHz ist die Aufnahme von Musik in 96 kHz ideal für das Abmischen und Mastern. Stellen Sie jedoch sicher, dass Ihr Computer damit umgehen kann, da jede Aufnahme mehr Verarbeitungsleistung und Speicherplatz benötigt.

• 192 kHz

  Moderne Audioschnittstellen in Studioqualität unterstützen Abtastraten von bis zu 192 KHz. Das ist das Vierfache der Standard-CD-Qualität, was etwas übertrieben erscheinen mag. Die Verwendung dieser Abtastrate kann jedoch hilfreich sein, wenn Sie planen, Ihre Aufnahmen deutlich zu verlangsamen, da sie selbst bei halber Geschwindigkeit eine hochauflösende Audioqualität beibehalten.

Auch hier kann der Unterschied zwischen den Abtastraten sehr subtil sein, obwohl viele Tontechniker der Meinung sind, dass es wichtig ist, so viele Informationen wie möglich von der Originalaufnahme zu erhalten, um einen wirklich authentischen Klang zu erhalten.

Dieser Ansatz ist auch dank des enormen technischen Fortschritts der letzten zehn Jahre möglich. Der Speicherplatz und die Verarbeitungsmöglichkeiten von Heimcomputern haben die Möglichkeiten, die wir mit ihnen nutzen können, drastisch erhöht. Warum also nicht das Beste aus dem machen, was uns zur Verfügung steht?

Der Haken an der Sache: Es besteht die Gefahr, dass Ihr PC überlastet wird und Ihre CPU unnötig belastet wird. Solange Sie also keinen deutlichen Unterschied in der Qualität Ihrer Aufnahmen hören, empfehle ich Ihnen, sich für die Standard-Sampleraten zu entscheiden, die seit Jahren verwendet werden und tadellose Ergebnisse liefern.

Welche Samplerate sollten Sie bei der Aufnahme verwenden?

Auf diese Frage gibt es zwei Antworten, eine einfache und eine kompliziertere. Beginnen wir mit der ersten.

Insgesamt ist die Aufnahme mit 44,1 kHz eine sichere Option, mit der Sie unabhängig von der Art des Audioprojekts, an dem Sie arbeiten, qualitativ hochwertige Aufnahmen erhalten. 44,1 kHz ist die gängigste Abtastrate für Musik-CDs. Sie erfasst das gesamte hörbare Frequenzspektrum präzise.

Diese Abtastrate ist ideal, da sie weder viel Speicherplatz noch mehr CPU-Leistung benötigt, aber dennoch den authentischen Klang liefert, den Sie für Ihre professionellen Aufnahmen benötigen.

Wenn Sie in der Filmindustrie arbeiten, ist die beste Abtastrate 48 kHz, da dies der Industriestandard ist. In Bezug auf die Audioqualität gibt es keinen Unterschied zwischen diesen beiden Abtastraten.

Jetzt kommt die kompliziertere Antwort: Indem Sie jedes Detail einer Aufnahme erfassen, stellen Sie sicher, dass der Ton mit dem Originalklang identisch ist. Wenn Sie ein Album aufnehmen, können die Tonfrequenzen moduliert und so weit angepasst werden, dass die Ultraschallfrequenzen die hörbaren Frequenzen subtil beeinflussen können.

Wenn Sie genügend Erfahrung haben und Ihre Ausrüstung es Ihnen erlaubt, ohne Probleme mit einer hohen Samplerate aufzunehmen, sollten Sie es versuchen. Die Frage, ob sich die Audioqualität mit höheren Sampleraten verbessert, ist immer noch umstritten. Vielleicht hören Sie keinen Unterschied, oder Sie stellen fest, dass Ihre Musik jetzt tiefer und reicher ist. Ich schlage vor, dass Sie alle Sampleraten ausprobieren und selbst hören, ob sich etwas ändert.

Wenn Sie vorhaben, Ihre Aufnahmen deutlich zu verlangsamen, sollten Sie auf jeden Fall höhere Sampling-Raten ausprobieren. Einige Tontechniker behaupten, den Unterschied zwischen Standard- und höheren Sampling-Raten zu hören. Aber selbst wenn das der Fall wäre, ist der Qualitätsunterschied so vernachlässigbar, dass 99,9 % der Hörer ihn nicht bemerken werden.

Einstellen der Samplerate in Ihrer DAW

Jede DAW ist anders, aber die DAWs, die die Möglichkeit bieten, die Samplerate zu ändern, tun dies auf ziemlich ähnliche Weise. Soweit ich weiß, kann man die Samplerate bei allen gängigen digitalen Audioworkstations ändern, z. B. bei Ableton, FL Studio, Studio One, Cubase, Pro Tools und Reaper. Sogar die kostenlose Software Audacity erlaubt die Änderung der Samplerate.

In den meisten Fällen können Sie die Samplerate Ihrer DAW in den Audioeinstellungen anpassen. Von dort aus können Sie die Samplerate manuell ändern und die aktualisierten Einstellungen speichern. Einige DAWs erkennen die optimale Samplerate automatisch, in der Regel 44,1 kHz oder 96 kHz.

Ich empfehle Ihnen, einige Tests durchzuführen, bevor Sie mit der Aufnahme beginnen. Die Erhöhung der Abtastrate verringert zweifellos die Latenz und das Risiko von Aliasing. Allerdings wird dadurch auch die CPU zusätzlich belastet. Außerdem werden die Dateien viel größer, was sich langfristig auf die Leistung Ihres Computers auswirken kann, da weniger Speicherplatz zur Verfügung steht.

Wenn Sie die Abtastrate senken wollen, achten Sie darauf, dass Sie nicht unter 44,1 kHz gehen, wie es das oben beschriebene Nyquist-Theorem vorsieht.

Was auch immer Sie tun, Sie müssen sicherstellen, dass alle hörbaren Frequenzen genau erfasst werden. Alles andere hat nur minimale Auswirkungen auf Ihr Audiomaterial oder kann in der Nachbearbeitung korrigiert werden.

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Abschließende Überlegungen

Wenn Sie ein Homerecording-Studio haben, ist die Wahl der Abtastrate eine der ersten Entscheidungen, die Sie vor der Aufnahme von Tönen treffen müssen.

Als Musiker schlage ich vor, mit der einfachsten und gebräuchlichsten Abtastrate zu beginnen: 44,1 kHz. Diese Abtastrate fängt das gesamte Spektrum des menschlichen Gehörs ein, belegt nicht viel Speicherplatz und überlastet Ihren Prozessor nicht. Andererseits macht es keinen Sinn, mit 192 kHz aufzunehmen und alle zwei Minuten den Laptop einfrieren zu lassen, oder?

Professionelle Aufnahmestudios können mit 96kHz oder sogar 192kHz aufnehmen und später auf 44,1kHz resampeln, um den Industriestandards zu entsprechen. Selbst Audio-Interfaces für Heimaufnahmen erlauben Sampleraten bis zu 192kHz. Außerdem bieten die meisten DAWs die Möglichkeit, die Samplerate vor der Aufnahme entsprechend anzupassen.

Im Zuge der technologischen Entwicklung könnten sich höhere Abtastraten durchsetzen. Allerdings bleibt die allgemeine Verbesserung der Audioqualität fraglich. Solange Sie nicht unter 44,1 kHz gehen, ist das absolut in Ordnung.

Wenn Sie gerade erst angefangen haben, mit Audio zu arbeiten, empfehle ich Ihnen, bei den gängigsten Sampleraten zu bleiben. Wenn Sie dann Fortschritte machen und mehr Vertrauen in Ihre Ausrüstung gewinnen, können Sie höhere Sampleraten ausprobieren. Sie werden sehen, ob deren Verwendung einen tatsächlichen, quantifizierbaren Einfluss auf die Audioqualität hat.

Wenn nicht, sparen Sie sich die Mühe und entscheiden Sie sich für 44,1 kHz. Wenn sich die Standards für die Audioqualität ändern, können Sie Ihr Audiomaterial in Zukunft immer noch upsampeln. Upsampling ist ein weitgehend automatisierter Prozess, der keine negativen Auswirkungen auf die Gesamtqualität Ihres Sounds hat.

Viel Glück!