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A/D-Wandler

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Team Wissensdurst
A/D-Wandler
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Grundlagen zum Thema A/D-Wandler

Sensoren können analoge Signale erfassen. Um die analogen Signale weiter mit Computern verarbeiten, speichern oder übertragen zu können, ist die Umwandlung in digitale Signale notwendig. Hierzu kommen sogenannte Analog-Digital-Wandler zum Einsatz. Ein A/D-Wandler muss sowohl das zeitkontinuierliche Eingangssignal in ein zeitdiskretes Signal umwandeln (Abtastung), also auch den kontinuierlichen Wertebereich auf diskrete Werte abbilden (Quantisierung). Hierfür nutzt der A/D-Wandler eine bestimmte Frequenz, die sogenannte Abtastfrequenz, mit der er das analoge Eingangssignal abtastet. Die Einheit der Abtastfrequenz ist Hz (d. h. 1/s). Bei jeder Abtastung bildet der A/D-Wandler den aktuellen Signalwert auf einen binär darstellbaren Wert ab. Um das analoge Signal später wieder möglichst gut aus dem digitalen Signal rekonstruieren zu können, ist die Abtastfrequenz von entscheidender Bedeutung. Wird das Signal zu selten abgetastet, wird das analoge Signal sehr fehlerhaft wiederhergestellt.

Transkript A/D-Wandler

Die Stimme des Menschen ist ein analoges Signal. Gespeichert oder bearbeitet wird sie heute allerdings digital. Auch übertragen wird sie digital. Zum Beispiel durch das Telefonnetz oder über das Fernsehnetz. Aber wie wird eigentlich aus analog digital? Der erste Schritt läuft über Sensoren. Sensoren sind technische Bauteile, die bestimmte Eigenschaften eines Signals abtasten können. So ist ein Mikrofon ein Sensor für die menschliche Stimme. Mit einer Membran werden hier die Luftschwingungen gemessen. Sensoren erfassen die analogen Signale. Anschließend kommen sogenannte „Analog-Digital-Wandler“ zum Einsatz. So einen gibt es auch in unserem Computer. Was macht so ein A/D-Wandler? Schauen wir uns mal das analoge Signal an, das das Mikrofon erstellt, wenn Sven „Hallo“ sagt. Das analoge Signal wird nun vom A/D-Wandler in regelmäßigen Abständen mit einer bestimmten Häufigkeit gemessen oder abgetastet. Mit der Abtastrate. Das nennt man „Sampling“. Zu jedem Abtastzeitpunkt wird der Spannungswert des Signals in einen Digitalwert umgewandelt. Diese „Quantisierung“ ist Teil der Digitalisierung von analogen Signalen. Die Einheit der Abtastrate ist Hertz. Ein Hertz bedeutet eine Abtastung pro Sekunde. Das ist aber sehr wenig. So klingt das „Hallo“, wenn es mit 700 Hertz abgetastet wird. Nicht so toll. Um eine bessere Qualität zu erreichen, sollte die Abtastrate bei Audiosignalen mindestens doppelt so groß sein wie die höchste im Signal vorkommende Frequenz. Sprachsignale enthalten Frequenzen bis vier Kilohertz. Musiksignale bis 20 Kilohertz. Der Ton, der auf einer Audio-CD gespeichert ist, wird daher mit 44100 Hertz, also 44,1 Kilohertz, abgetastet.

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