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Das Geheimnis des Supersamplings: Warum sind hohe Frequenzen für die digitale Konvertierung so wichtig?
Im Bereich der digitalen Signalverarbeitung verändert die Supersampling-Technologie still und leise unser Audio- und Videoerlebnis. Insbesondere bei der Anwendung von Digital-Analog-Wandlern (ADC) und Analog-Digital-Wandlern (DAC) verbessert diese Technologie nicht nur die Qualität digitaler Signale, sondern auch die Effizienz der Übertragung. In diesem sich schnell verändernden technologischen Umfeld ist es von entscheidender Bedeutung, die zugrunde liegenden Mechanismen zu verstehen, wie diese Technologie funktioniert.
Das Wesen der Supersampling-Technologie besteht darin, digitale Signale mit geringer Bittiefe in hochwertige digitale Signale mit einer extrem hohen Abtastrate umzuwandeln.
Herausforderungen der digitalen Konvertierung
Beim digitalen Konvertierungsprozess besteht eine grundlegende Herausforderung darin, die verschiedenen Eigenschaften analoger Signale richtig zu charakterisieren. Typischerweise werden bei der Digitalisierung eines analogen Signals sämtliche Störungen aus dem System und der Übertragung direkt in das digitale Signal übertragen, was mit der Zeit zu einer Verschlechterung der Klangqualität führt. Um dieses Problem zu lösen, mussten Ingenieure bessere digitale Methoden finden, beispielsweise Nyquist-Rate-ADCs. Diese Methode ist auf eine Abtastfrequenz ausgelegt, die mehr als das Doppelte der höchsten Frequenz des Signals beträgt, erfordert jedoch hochpräzise Komponenten und ist komplex.
Vorteile von Supersampling
Im Vergleich zur Nyquist-Methode besteht die Oversampling-Strategie darin, Ergebnisse mit geringerer Bittiefe bei einer höheren Abtastfrequenz zu erzielen. Ein solches Design kann mehrere Vorteile mit sich bringen, darunter:
Noise-Shaping-Technologie kann Rauschen in hochfrequente Bereiche über der Signalantwort verschieben und diesen Teil des Rauschens dann einfach mithilfe eines Tiefpassfilters herausfiltern.
Der Kompromiss zwischen Frequenz und Auflösung
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist der Kompromiss zwischen Frequenz und Auflösung. Durch den Einbau eines Drop-Filters nach dem Modulator lässt sich nicht nur das Rauschen im Signal filtern, sondern auch die Abtastrate reduzieren und so den darstellbaren Frequenzbereich und die Abtastauflösung erhöhen. Dieser Prozess ähnelt einer Zeitmittelungsoperation und ermöglicht die Integration des schnell abgetasteten Datenstroms.
Verbesserung und Veränderung
Eine sehr einflussreiche Verbesserung in der Geschichte der digitalen Konvertierung ist die Supersampling-Technologie in Kombination mit sekundärer Rückkopplung. Diese Technologie wurde erstmals 1952 von De Jager vorgeschlagen und 1962 von Enos und seinen Kollegen eingeführt. Das Team führt sie weiter aus.
Modulatoren höherer Ordnung und Multibit-Quantisierer
Für Benutzer formen Modulatoren höherer Ordnung nicht nur das Rauschen weiter, sondern reduzieren auch wirksam das Quantisierungsrauschen in der Basisbandfrequenz. Mit steigenden Abtastraten wird die Gamma-Formung immer wichtiger. Durch dieses Verfahren können wir bei der digitalen Konvertierung eine genauere Klangqualität erzielen.
Auch wenn es sich um eine Einheitsbit-Modulation handelt, weist ihre Pulsdichtemodulation (PDM) angemessen die Eigenschaften einer hohen Abtastfrequenz auf.
Zukunftsaussichten
Heutzutage ist die Supersampling-Technologie nicht nur im digitalen Audiobereich weit verbreitet, sondern dringt auch schnell in digitales Video und andere Bereiche vor. Durch leistungsstarke digitale Schaltkreise verbessert diese Technologie unser digitales Medienerlebnis weiter und ebnet den Weg für zukünftige neue Technologieanwendungen.
Können wir uns angesichts der Weiterentwicklung der Technologie vorstellen, dass es in Zukunft ein noch extremeres digitales Konvertierungserlebnis geben wird, das unsere Vorstellungskraft übersteigt und den Benutzern neue Sinnesfreuden bietet?
