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Aliasing von

Audiosignalen

Im Audiobereich bedeutet Aliasing im Allgemeinen Abtastfehler bei der Digitalisierung analoger Signale. Aufgrund einer vorgegeben endlichen Abtastfrequenz (z.B. 44.1 kHz bei der CD) können analoge Signale nur bis zu einer bestimmten Frequenz aufgezeichnet (und wiedergegeben) werden. Das Abtasttheorem von Nyquist-Shannon besagt, dass nur Frequenzen kleiner der Hälfte der Abtastfrequenz digital darstellbar (und reproduzierbar) sind. Dies bedeutet, dass z.B. auf einer CD mit einer Abtastfrequenz von 44.1 kHz keine Töne >22.05 kHz zu hören sind. Was aber passiert, wenn doch höhere Frequenzen aufgenommen werden? Und warum sind Tiefpassfilter vor der Digitalisierung wichtig? Hier ein Frequenzdiagramm eines Sinussweeps über 10 Sekunden von 16 Hz bis ~16kHz (10 Oktaven, Frequenzverdopplung jede Sekunde). Die Abtastfrequenz ist mit 44.1 kHz mehr als doppelte des höchsten Tons. Anders sieht es aus und hört es sich an, wenn das Eingangssignal über die halbe Abtastfrequenz hinausgeht. In diesem Fall (wenn die Eingangsfrequenz sich der halben Abtastfrequenz nähert und darüber hinausgeht) treffen die einzelnen Samples (Abtastpunkte)
periodisch auf die (zu hohe) Eingangsfrequenz und bilden eine falsche Frequenz ab, was wie folgt aussieht (Sinussweep 16 Hz-16 kHz, Abtastfrequenz 16 kHz): Viel dramatischer sind allerdings Aliasing Artefakte bei obertonreichen Eingangssignalen. Ein Rechtecksignal besteht aus der Summe eines Sinussignals und seinen ungeradzahligen vielfachen was ohne Aliasing Fehler (also mit einem Eingangsfilter) wie folgt aussieht: Ohne ein Filter vor dem Digitalwandler wird das Signal von Beginn an verfälscht und im u.a. Beispiel spätestens nach 5 Sekunden (1 kHz) sind die Aliasing Störungen deutlich wahrnehmbar und können nur durch ein Filter vor der Aufnahme vermieden werden. Nachträglich ist eine Reparatur des Signals nicht mehr mäglich.