Jedes Analog Signal im Universum hat max. 93Bit und 1,8 QHz!

S

sdvkaeälkjb848

Guest
Ich lese gerade einen Artikel auf Amazona über Oversampling und Aliasing und da wurde mithilfe von Planck errechnet, dass ein analoges Signal, also jedes analoge Signal auch Gammestrahlung etc., eine max. Bitauflösung von 93Bit hat und zeitlich in etwa mit max. 1,8 QHz aufgelöst ist (sofern die Zeit quantisiert ist).

Ferner ist wohl mathematisch beweisen, dass man mit doppelter Abtastfrequenz jedes Signal, mit eben der halben Abtastfrequenz, zu 100% rekonstruieren kann. Das Theorem war mir bekannt, nur nicht, dass es wirklich mathematisch bewiesen ist, also man gar nicht versuchen braucht dran zu rütteln.
 
1 Quennahertz [QHz] = 1,0×10^30 Hertz [Hz]

Edit: Korrektur
 
Zuletzt bearbeitet:
Ferner ist wohl mathematisch beweisen, dass man mit doppelter Abtastfrequenz jedes Signal, mit eben der halben Abtastfrequenz, zu 100% rekonstruieren kann. Das Theorem war mir bekannt, nur nicht, dass es wirklich mathematisch bewiesen ist, also man gar nicht versuchen braucht dran zu rütteln.
Das ist das sog. Abtasttheorem und die abzutastende Funktion muss bandlimitiert sein.
 
Ich lese gerade einen Artikel auf Amazona über Oversampling und Aliasing und da wurde mithilfe von Planck errechnet, dass ein analoges Signal, also jedes analoge Signal auch Gammestrahlung etc., eine max. Bitauflösung von 93Bit hat und zeitlich in etwa mit max. 1,8 QHz aufgelöst ist (sofern die Zeit quantisiert ist).

Ferner ist wohl mathematisch beweisen, dass man mit doppelter Abtastfrequenz jedes Signal, mit eben der halben Abtastfrequenz, zu 100% rekonstruieren kann. Das Theorem war mir bekannt, nur nicht, dass es wirklich mathematisch bewiesen ist, also man gar nicht versuchen braucht dran zu rütteln.
Na, da ist ja noch ein bisschen Luft nach oben bei der Emulation von analogem Equipment.
Bleibt uns das Thema noch eine Zeit erhalten...
 
Zuletzt bearbeitet:
Das Theorem war mir bekannt, nur nicht, dass es wirklich mathematisch bewiesen ist, also man gar nicht versuchen braucht dran zu rütteln.
Ich müsste genau nachschauen aber das ist bei vielen Dingen der Informationstechnik der fall gewesen. Das jedes akustische Ereignis im Endeffekt aus sinus wellen beruht (laienhaft ausgedrückt) wurde auch sehr früh bewiesen bevor man es praktisch benutzen könnte.

Soviel zum Thema übrigens das dieses doofe Mathe doch nicht so schlecht war ^^
 
Na, da ist ja noch ein bisschen Luft nach oben bei der Emulation von analogen Equipment.
Bleibt uns das Thema noch eine Zeit erhalten...
Emulation von Analogen Schaltungen ist wieder ein ganz anderes Thema, hier geht es ja erstmal darum, was man so braucht von der Auflösung und Abtastfrequenz.

Interessant fand ich auch diesen Abschnitt im Artikel. Es macht schom Sinn mit höherer Abtastrate zu sampeln, aber dann im Rechner kann es ruhig bei den üblichen 24Bit 44,1 kHz bleiben. Bei Plugins intern spielt dann Oversampling schon eine wichtige Rolle um bestimmte Effekte zu vermeiden. Wenn das Signal dann aber wieder raus kommt aus dem Pluing reichen wieder die 44.1 kHz so wie es scheint.
Sind höhere Samplerates in der Musikproduktion besser?

Und das bringt uns direkt zur Diskussion der höheren Samplerates. Viele Interfaces bieten Samplerates oberhalb der üblichen 44,1 kHz oder 48 kHz an. Üblich sind geradzahlige Vielfache der genannten Frequenzen also 88,2 kHz, 96 kHz, 176,4 kHz 192 kHz oder noch höhere. Bezogen auf unsere Hörfähigkeit sollten doch sogar 44,1 kHz ausreichen oder? Stimmt, aber das Filter, das dafür sorgt dass nur Frequenzen bis 22,05 kHz in den Wandler kommen um Aliasing zu vermeiden muss zwangsläufig analog realisiert werden. Und solch ein steilflankiges Filter ist in der analogen Domäne nicht so einfach zu realisieren. Werden nun jedoch höhere Samplerates genutzt, sind die Anforderungen an das analoge Filter auch nicht mehr so hoch, da der Cutoff-Punkt ja viel höher und das Filter weniger steil konzipiert werden kann.

Insofern sind höhere Samplerates besser, erkauft wird das aber mit entsprechend höherem Speicherplatz und Anforderungen an die Rechnerleistung. Und letztendlich muss das Endergebnis ja wieder auf die niedrigeren Samplerate gebracht werden – denn die Abspielgeräte der Konsumenten beherrschen selten höhere Samplerates. Da diese Antialiasingfilter zum Herunterrendern aber in der digitalen Domäne angewendet werden, ist das nicht so kritisch. Aber das ist noch nicht die ganze Wahrheit.
 
Theorem war mir bekannt, nur nicht, dass es wirklich mathematisch bewiesen ist, also man gar nicht versuchen braucht dran zu rütteln.
Vorsicht: Die Mathematik ist auch nichts anderes als eine Geisteswissenschaft. Dass etwas mathematisch bewiesen ist, bedeutet nicht zwangsläufig, dass es der Natur, die man mathematisch beschreiben möchte, auch tatsächlich entspricht.

Google sagt dazu:
"Ein mathematischer Beweis ist eine fehlerfreie und vollständige Herleitung einer mathematischen Aussage, bei der nur Axiome und bereits bewiesene Aussagen verwendet werden. Ein Axiom ist dabei eine Grundannahme, die ohne Beweis vorausgesetzt wird."

Das erkenntnistheoretische Problem liegt im letzten Satz dieses Zitats.

(Womit ich nicht verneinen möchte, dass 44,1 kHz Samplerate ausreichen, um Musik aufzunehmen und wiederzugeben. Es geht mir nur darum, dass die Gleichsetzung von mathematischem Beweis und unverrückbarer "Wahrheit" so nicht richtig ist.)
 
Das(s) jedes akustische Ereignis im Endeffekt au(f) sinus wellen beruht (laienhaft ausgedrückt) wurde auch sehr früh bewiesen bevor man es praktisch benutzen könnte.
Das "darauf beruhen" ist so nicht richtig. Man kann theoretisch die meisten akustischen Ereignis über eine Summe aus Sinuswellen beschreiben. Das bedeutet nicht unbedingt, dass die Ereignisse über viele Sinusschwingungen erzeugt würden. Beispiel die Sägezahn-artige Schwingung aus einer Trompete basiert tatsächlich darauf, dass es im Rohr zu unterschiedlichen Resonanzen (=Sinusschwingungen) kommt, die im summiert eine Sägezahn ergeben. Bei einer Geige hingegen erzeugen die Häkchen am Bogenhaar tatsächlich sägezahnförmige Mikrobewegungen der Saite.
 
Bei einer Geige hingegen erzeugen die Häkchen am Bogenhaar tatsächlich sägezahnförmige Mikrobewegungen der Saite.

Selbst die könnte man mit hinreichend hoher Frequenz der Partiale auch als Superposition von Sinusoiden darstellen. Ich würde aber weniger sagen "darauf beruhen" als "equivalent zu".
 
Ich lese gerade einen Artikel auf Amazona über Oversampling und Aliasing und da wurde mithilfe von Planck errechnet, dass ein analoges Signal, also jedes analoge Signal auch Gammestrahlung etc., eine max. Bitauflösung von 93Bit hat und zeitlich in etwa mit max. 1,8 QHz aufgelöst ist (sofern die Zeit quantisiert ist).

Ferner ist wohl mathematisch beweisen, dass man mit doppelter Abtastfrequenz jedes Signal, mit eben der halben Abtastfrequenz, zu 100% rekonstruieren kann. Das Theorem war mir bekannt, nur nicht, dass es wirklich mathematisch bewiesen ist, also man gar nicht versuchen braucht dran zu rütteln.
Doofe Frage, wie sampelt man eine 1,8 QHz Frequenz? Wenn das die Grenze ist, dann kann man ja schwerlich mit der doppelten Frequenz abtasten. Kann man also alles über 0,9 QHz digital nicht rekonstruieren?
 
Ja klar darstellen sowieso, das bestreite ich nicht. Es geht mir darum, was physisch tatsächlich passiert.
Interessanterweise ist bei Streichinstrumenten der erzeugte Ton einer reinen Sägezahnschwingung um so ähnlicher, je größer der Druck des Bogens ist und je näher am Steg gestrichen wird - ist mir vor Kurzem aufgefallen, als ich mal die seltene Gelegenheit hatte, ein Cello aufzunehmen. Mit weniger Druck und näher zum Griffbrett scheint die Saite also weniger "zackig" ausgelenkt zu werden.
 
Interessanterweise ist bei Streichinstrumenten der erzeugte Ton einer reinen Sägezahnschwingung um so ähnlicher, je größer der Druck des Bogens ist und je näher am Steg gestrichen wird - ist mir vor Kurzem aufgefallen, als ich mal die seltene Gelegenheit hatte, ein Cello aufzunehmen. Mit weniger Druck und näher zum Griffbrett scheint die Saite also weniger "zackig" ausgelenkt zu werden.
Weil sie dort weniger Spannung hat.
 
Ich lese gerade einen Artikel auf Amazona über Oversampling und Aliasing und da wurde mithilfe von Planck errechnet, dass ein analoges Signal, also jedes analoge Signal auch Gammestrahlung etc., eine max. Bitauflösung von 93Bit hat und zeitlich in etwa mit max. 1,8 QHz aufgelöst ist (sofern die Zeit quantisiert ist).

Ferner ist wohl mathematisch beweisen, dass man mit doppelter Abtastfrequenz jedes Signal, mit eben der halben Abtastfrequenz, zu 100% rekonstruieren kann. Das Theorem war mir bekannt, nur nicht, dass es wirklich mathematisch bewiesen ist, also man gar nicht versuchen braucht dran zu rütteln.
Mist, doch so wenig Auflösung. Jetzt kann ich keine Musik mehr machen, danke!
 
Vorsicht: Die Mathematik ist auch nichts anderes als eine Geisteswissenschaft. Dass etwas mathematisch bewiesen ist, bedeutet nicht zwangsläufig, dass es der Natur, die man mathematisch beschreiben möchte, auch tatsächlich entspricht.

Google sagt dazu:
"Ein mathematischer Beweis ist eine fehlerfreie und vollständige Herleitung einer mathematischen Aussage, bei der nur Axiome und bereits bewiesene Aussagen verwendet werden. Ein Axiom ist dabei eine Grundannahme, die ohne Beweis vorausgesetzt wird."

Das erkenntnistheoretische Problem liegt im letzten Satz dieses Zitats.

(Womit ich nicht verneinen möchte, dass 44,1 kHz Samplerate ausreichen, um Musik aufzunehmen und wiederzugeben. Es geht mir nur darum, dass die Gleichsetzung von mathematischem Beweis und unverrückbarer "Wahrheit" so nicht richtig ist.)
Ja ein paar Sachen nimmt man an, die man nicht beweißt wie:
Quelle: https://www.mathe-lerntipps.de/axiome-in-der-mathematik/
1) 0 ist eine natürliche Zahl (0 Element N)
2) Jeder Nachfolger einer nat. Zahl ist eine nat. Zahl (n Element N => n+1 Element N)
3) 0 ist nicht der Nachfolger einer nat. Zahl. (0!=n+1 für n Element N)
4) Sind die Nachfolger zweier nat. Zahlen gleich, so sind die Zahlen gleich (n+1=m+1 => n=m für n,m Element N)
5) Induktionsprinzip: S(0) und (S(n) => S(n+1)) dann S(n) für alle n Element N
 
Vorsicht: Die Mathematik ist auch nichts anderes als eine Geisteswissenschaft. Dass etwas mathematisch bewiesen ist, bedeutet nicht zwangsläufig, dass es der Natur, die man mathematisch beschreiben möchte, auch tatsächlich entspricht.
Das trifft auf alle Wissenschaften zu. Physik ist auch ‚nur‘ Mathe. Es gibt keine Möglichkeit, eine letzte Wahrheit zu wissen - immer braucht man den Geist dazu.
Das erkenntnistheoretische Problem liegt im letzten Satz dieses Zitats.
Nein. Das wurde schon immer so gemacht. So funktioniert die gesamte Erkenntnis und die Theorien dazu.
 
Das trifft auf alle Wissenschaften zu. Physik ist auch ‚nur‘ Mathe. Es gibt keine Möglichkeit, eine letzte Wahrheit zu wissen - immer braucht man den Geist dazu.

Nein. Das wurde schon immer so gemacht. So funktioniert die gesamte Erkenntnis und die Theorien dazu.
Physik bedient sich der Mathematik zur Beschreibung der Natur, sie ist aber keine Mathematik. Und die Mathematik kann an ihre Grenzen kommen, physikalische Phänomene zu beschreiben. Bestes Beispiel ist die Heisenbergsche Unschärferelation.
Daher ist etwas immer nur so lange richtig, bis das Gegenteil bewiesen wird, und somit gibt es auch nichts, das man nicht mehr hinterfragen müsste, nur weil die mathematische Beschreibung dazu in sich (also innerhalb des mathematischen Systems) richtig ist.
So sind die Newtonschen Gesetze der Mechanik mathematisch vollkommen klar. Man kann in unserem Alltag damit wunderbar rechnen, hängen aber, wie wir seit der Relativitätslehre wissen, vom Bezugssystem ab und gelten bei Lichtgeschwindigkeit zum Beispiel nicht mehr.
 
@Horn
Hast du auch nur den geringsten Zweifel am Abtasttheorem? Wenn ja, welche sind das?

Mathematische Beweise sind zudem was anderes als Physik, das ist zum großen Teil Annährung, wenn ich das richtig verstanden habe, die eben nicht perfekt, aber gut genug ist um damit zu arbeiten.
 
Doofe Frage, wie sampelt man eine 1,8 QHz Frequenz? Wenn das die Grenze ist, dann kann man ja schwerlich mit der doppelten Frequenz abtasten. Kann man also alles über 0,9 QHz digital nicht rekonstruieren?

Alle physikalischen Vorgänge würden doch auch dem Abtasttheorem unterliegen und damit könnte nichts über 0,9 QHz generiert werden.

Physik bedient sich der Mathematik zur Beschreibung der Natur, sie ist aber keine Mathematik. Und die Mathematik kann an ihre Grenzen kommen, physikalische Phänomene zu beschreiben. Bestes Beispiel ist die Heisenbergsche Unschärferelation.
Daher ist etwas immer nur so lange richtig, bis das Gegenteil bewiesen wird, und somit gibt es auch nichts, das man nicht mehr hinterfragen müsste, nur weil die mathematische Beschreibung dazu in sich (also innerhalb des mathematischen Systems) richtig ist.
So sind die Newtonschen Gesetze der Mechanik mathematisch vollkommen klar. Man kann in unserem Alltag damit wunderbar rechnen, hängen aber, wie wir seit der Relativitätslehre wissen, vom Bezugssystem ab und gelten bei Lichtgeschwindigkeit zum Beispiel nicht mehr.

Was aber auch zeigt: So eine Verbesserung / Erweiterung ist keine Beliebigkeit, sondern muss mindestens so gut sein wie das, was sich schon bewährt hat. Es hilft ja nichts, sich eine Mathematik zu überlegen, die das Abtasttheorem aushebelt, aber als lästigen Seiteneffekt weder die entstehenden Artefakte der Unterabtastung erklären kann noch beim Abzählen von Bauklötzen dienlich ist.
 
Physik bedient sich der Mathematik zur Beschreibung der Natur, sie ist aber keine Mathematik. Und die Mathematik kann an ihre Grenzen kommen, physikalische Phänomene zu beschreiben. Bestes Beispiel ist die Heisenbergsche Unschärferelation.
Daher ist etwas immer nur so lange richtig, bis das Gegenteil bewiesen wird, und somit gibt es auch nichts, das man nicht mehr hinterfragen müsste, nur weil die mathematische Beschreibung dazu in sich (also innerhalb des mathematischen Systems) richtig ist.
So sind die Newtonschen Gesetze der Mechanik mathematisch vollkommen klar. Man kann in unserem Alltag damit wunderbar rechnen, hängen aber, wie wir seit der Relativitätslehre wissen, vom Bezugssystem ab und gelten bei Lichtgeschwindigkeit zum Beispiel nicht mehr.
Das Gegenteil muss nicht bewiesen werden, ich muss die Aussage nur falsifizieren. Klingt ein wenig nach klugscheißen, ist aber ein himmelweiter Unterschied. Es ist Teil der wissenschaftlichen Methodik, ein Modell zu zerschlagen, ohne direkt mit einem besseren daher zu kommen. Das Aufzeigen, dass ein Modell falsch ist, ist ja schon Erkenntnisgewinn.
Jedoch werden, wie @Horn ja schon aufzeigt weiterhin fehlerhafte Modelle benutzt. Die Newtonschen Gesetze sind ein schönes Beispiel. Allein schon relativistisch funktionieren die nicht. Aber der Anteil, der durch die relativistischen Effekte dazukommt ist so klein, dass er vernachlässigt wird in vielen Bereichen. Nur so können Ergebnisse erzielt werden, da sonst der Rechenaufwand zu groß werden würde. Natürlich kann man da mittlerweile viel durch Computer machen. Aber gerade bei zeitlichen Verläufen hat man es hier schon wieder mit Näherungen zu tun, da ja nur iterativ gearbeitet werden kann. Vor allem bei nichtlinearen Systemen macht das Aussagen sehr schwierig, da selbst kleine Abweichungen das Systemverhalten grundlegend ändern können.
Dazu kommt, dass die Physik eine empirische Wissenschaft ist. Wir können demnach eigentlich keine Aussagen darüber machen, wie etwas funktionieren wird, wir können (und selbst das nur begrenzt) lediglich eine Aussage darüber treffen, wie etwas funktioniert hat.
Also ist das, was weithin als physikalische Wahrheit aufgezeigt wird nichts anderes als das Hoffen, dass wir Vergangenes richtig interpretieren und sich nichts Grundlegendes ändert.
Oder kurz, wie ein Physik-Prof es uns in einer meiner ersten Physik-Vorlesungen sagte: "Die Naturwissenschaft kennt keine Wahrheiten.
Die Mathematik dient in der Physik dazu, etwas auf eine Art zu beschreiben, mit der wir arbeiten können. Dabei dient die Mathematik als Sprache oder Ausdrucksform. Daher sind mathematische Beweise in der Physik sehr schwierig.
 
Nein. Aber wer weiß, wann jemand kommt und irgendeine neue Erkenntnis hat, die unseren bisherigen Kenntnisstand relativiert.
Ist sowas jemals vorkommen? Ich meine, das ist doch gerade der Grund warum es mathematische Beweise gibt, einmal bewiesen ist daran nicht mehr zu rütteln, oder etwa nicht? Ist ja nicht Physik, sondern reine Mathematik hier mit dem Abtasttheroem? Doppelte Abtastfrequenz reicht um wirklich jedes Signal zu 100% in der gewählten Frequenz zu rekunstruieren.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Beweis_(Mathematik)
Ein Beweis ist in der Mathematik die als fehlerfrei anerkannte Herleitung der Richtigkeit bzw. der Unrichtigkeit einer Aussage
 
Ist sowas jemals vorkommen? Ich meine, das ist doch gerade der Grund warum es mathematische Beweise gibt, einmal bewiesen ist daran nicht mehr zu rütteln, oder etwa nicht? Ist ja nicht Physik, sondern reine Mathematik hier mit dem Abtasttheroem? Doppelte Abtastfrequenz reicht um wirklich jedes Signal zu 100% in der gewählten Frequenz zu rekunstruieren.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Beweis_(Mathematik)
Mathematisch gibt es an dem Beweis nichts zu rütteln. Aber die Mathematik liefert nur die Beschreibung des Problems. Wenn die zugrundeliegenden physikalischen Beobachtungen nicht passen ist die Behauptung schon falsch und damit ist der mathematische Beweis auch nicht mehr anwendbar auf dieses Problem.
 


News

Zurück
Oben