Analog und digital

Durch die Digitalisierung wird zwar Platz gewonnen, jedoch gibt es auch einen negativen Aspekt. Das grosse Problem ist, dass es mit Nullen und Einsen nur möglich ist, eine endliche Anzahl von Informationen abzuspeichern (vergleich Punktposition auf dem Blatt).
Dadurch geht sehr viel an Informationen der analogen Welt bei der Übersetzung ins digitale verloren. Beim Digitalisieren eines analogen Signals (wie zum Beispiel ein Foto oder Musik aus der realen Welt) gehen hier also immer Informationen verloren. Die analoge Welt hingegen besteht aus unendlich vielen Informationen.

Nun wird es Zeit, einige Beispiele aus dem Alltag zu nennen, welche Unterschiede zwischen den beiden Begriffen aufzeigen.

• Uhren können digital oder analog sein. Bei einer digitalen Uhr «hüpft» die Zeit, bei einer Analogen (am besten noch mit mechanischem Uhrwerk) «fliesst» die Zeit. Diese fliessende Zeit kann teilweise an vielen Bahnhofuhren beobachtet werden (Sekundenzeiger).
• Ein Freund sendet die Lösungen einer Hausaufgabe via Smartphone. Jedoch ist das Foto zu klein, um seine sehr kleine Handschrift komplett lesen zu können, auch beim Heranzoomen ist es fast nicht möglich, alles zu lesen. Das originale Dokument mit der Lösung wäre mit näherer Betrachtung lesbar gewesen. Durch die Digitalisierung gingen zu viele wichtige Infos verloren.

Analog und digital, zwei zentrale Begriffe in der Informatik, was bedeuten diese für das Speichern von Bildern, Musik oder ganz allgemein die Speicherung? Was ist der Unterschied und worum geht es hier in den Grundzügen?

Im Wesentlichen geht es darum, wie Informationen repräsentiert, also dargestellt – und gespeichert- werden. Der Computer arbeitet digital. Das bedeutet, dass er alle Informationen numerisch, also mit Hilfe von Zahlen (Nullen und Einsen) darstellt, «versteht», speichert und diese Daten dann auch wiedergegeben werden können.

Physikalisch betrachtet sind Töne nichts anderes als Schallwellen (oder oft auch eine Überlagerung von Wellen) die sich ausdehnen.
Die nebenstehende Abbildung zeigt die rote Wellenkurve (Sinus-Welle. Diese stellt einen bestimmten Ton in der analogen Welt dar. Zum Beispiel wenn Sie auf einem Klavier eine einzige Taste drücken, entsteht eine Schallwelle (eine Summe aus Sinuswellen, diese Welle sieht dann auf dem Bildschirm dargestellt nicht mehr so schön aus, wird für unser Ohr aber als schön wahrgenommen).
Diese Welle ist kontinuierlich, das heisst, dass es zwischen zwei Punkten auf der Welle immer unendlich viele Zwischenpunkte gibt und keine Lücken, denn zu jedem erdenklichen Zeitpunkt ist der Schall da. Die Welle besteht analog also aus unendlich vielen Punkten. Wenn wir diesen Ton nun digital abspeichern wollen, dann haben wir wiederum das Problem, dass wir nicht unendlich viele Punkte abspeichern können. Das Signal wird beim Digitalisieren also diskret, das heisst es gibt Sprünge, wie wir auf der rechten Seite der Abbildung erkennen können. Die senkrechten Stücke der Kurve gibt es eigentlich nicht, es ist das Wechseln zwischen zwei Signalstärken.
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Bei der analogen Darstellung können die Daten lückenlos wiedergegeben werden, da die Kurve kontinuierlich aus unendlich vielen Datenpunkten besteht.Bei der digitalen Darstellung hängt die Genauigkeit von der Abtastrate ab, d.h. wie klein die gewählten Timeslots sind, für welche eine Signalstärke gewählt wird. Der Ausdruck Sampling bezeichnet dann das Zusammensetzen dieser digital gespeicherten Tonaufnahmen.

Wird ein Ton (Musik, Podcast) digitalisiert und gespeichert, gibt es immer ein Abwägen zwischen Audioqualität und Dateigrösse.
Denn je kleiner die Audiodatei, desto schlechter klingt sie. Geläufig sind heute meist die zwei verschiedene Formate MP3 und WAV. WAV Dateien werden ohne jede Kompression abgespeichert, und somit auch keinerlei Verlust beim Exportieren zu haben. Dafür können sie ziemlich groß sein. Wird die Datei als MP3 abgespeichert, wird diese ca. 80% kleiner. Dies wird mit einer Reduktion der Audioqualität erreicht. Der Trick dabei ist, dass - zumindest in der Theorie - nur die Bestandteile aus der Audiodatei entfernt werden, die unhörbar sind. Für größere Datenraten (die immer noch viel kleiner als ein WAV sind) trifft das auch zu. Je kleiner die Dateien werden, desto mehr wird die Kompression hörbar.

Musik oder Klänge in digitaler Form können auf verschiedenen Speichermedien gespeichert werden (CD, USB-Stick, Cloud, SD-Karte, Auf dem Gerät - Computer, Tabelt oder Telefon.
Musik kann und konnte schon viel früher in analoger Form gespeichert werden. Vor allem die Schallplatten (auch Vinyls oder LPs genannt) setzten sich durch. Beim „Beschreiben“ der Platte wird der Ton vereinfacht gesagt direkt als Welle in die Rille der Platte geschrieben.
Viele Plattenliebhaber sind heute noch davon überzeigt, dass diese Schallplatten die Musik in der besseren Qualität abspielen, da sie wie gesagt das nicht verlustbehaftete analoge Originalsignal abspielen und nicht wie über die Streamingdienste (oder via MP3) eine digitale Version davon.
Neben den Schallplatten gab es in den 70er bis 90er Jahren oft auch die Tonkassetten, auch Kompaktkassetten genannt, welche ein elektromagnetisches Band zum Aufzeichnen und auch wiedergeben von Ton aufgerollt haben. Im Vergleich zur Schallplatte hatte die Kassette den Vorteil, dass Sie sehr bedienerfreundlich, robust und vor allem selbst bespielbar war. Diese Kompaktkassette ist hier genannt für alle Variationen von Speichermedien mit Magnetband.

Als Zusatz hier einen Beitrag zum Wiedergabeklang eine Schallplatte und einer CD.

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