3. Digitalsignale

Nach der Wandlung in einen digitalen Datenstrom aus Nullen und Einsen, verschwindet die kontinuierliche und unendlich hohe Auflösung der analogen Signale, sie werden diskret.

Auf der X-Achse bedeutet dies, dass nur an vorher definierten Zeitpunkten, den Abtastpunkten, ein entsprechender Funktionswert existiert. Dazwischen bleibt die Wellenform unbestimmt, kann jedoch über Interpolation künstlich berechnet werden. Diese Eigenschaft digitaler Signale nennte sich zeitdiskret.

Selbes Spiel gilt auch für die Y-Achse, die ebenfalls nur endlich genau Werte speichern kann. Zu diesem Zweck wird die gemessene Spannung am Abtastpunkt gerundet und wertediskret gemacht. Das resultierende Signal besteht somit nur aus einzelnen, von einander getrennten Punkten (oder je nach Darstellungsform auch Striche) und nicht mehr aus einer durchgehenden Linie.

Zwischen den einzelnen Abtastzeitpunkten (blaue Striche) ist das diskrete Signal nicht definiert.
Zwischen den einzelnen Abtastzeitpunkten (blaue Striche) ist das diskrete Signal nicht definiert.
    Dank intelligenter Algorithmen bildet sich aus den Abtastpunkten das ursprünglich Analogsignal
Dank intelligenter Algorithmen bildet sich aus den Abtastpunkten das ursprünglich Analogsignal

Digitalisierung

Digitalisieren wir für eine Audio CD, werden pro Sekunde 44.100 Werte gespeichert.

In einer Sekunde wird 44.100 mal Abgetastet um CD-Qualität zu erreichen
In einer Sekunde wird 44.100 mal Abgetastet um CD-Qualität zu erreichen

Die Schnittpunkte aus Abstastgitter und kontinuierlichem Input ergeben ein zeitdiskretes Signal. Noch ist der Pegel an jedem Punkt unendlich genau.

    Die blauen Punkte bilden das zeitdiskret Signal
Die blauen Punkte bilden das zeitdiskret Signal

Eine Audio CD kann mit 16 Bit allerdings nur 65.536 verschiedene Spannungszustände abspeichern. Daher unterteilen wir die Y-Achse gleichmäßig in die verfügbaren Spannungsstufen auf.

    Die Y-Achse mit dem Pegel wird in viele kleine Spannungsstufen unterteilt
Die Y-Achse mit dem Pegel wird in viele kleine Spannungsstufen unterteilt

Liegen die ermittelten Werte nicht auf einer dieser Stufen, werden sie zur nächstgelegenen Verschoben. Dieser Vorgang wird auch als Quantisierung bezeichnet und macht das zeitdiskrete Signal zusätzlich wertediskret.

    Die Spannugspunkte wurden auf die Spannungsstufen quantisiert.
Die Spannugspunkte wurden auf die Spannungsstufen quantisiert.

Wie im Beispiel sichtbar, hat sich die Form der Kurve durch die Quantisierung leicht verändert. Wir sprechen hier von Quantisierungsfehler durch die Rundung. Je mehr Bit ein System besitzt, desto geringer sind die Fehler. Bei 24 Bit liegt die Abweichung bereits unter 9·10-6 dB.