Die Abtastung (englisch Sampling) ist der erste Schritt jeder Analog-Digital-Wandlung: Ein zeitlich kontinuierliches Signal wird in regelmäßigen Zeitabständen gemessen und in eine Folge einzelner Abtastwerte überführt. Man spricht von Zeitdiskretisierung — die Wertdiskretisierung folgt erst im nächsten Schritt, der Quantisierung.
Die AD-Wandlungs-Kette
Ein Analog-Digital-Wandler arbeitet typischerweise in vier Stufen: Zuerst begrenzt ein Anti-Aliasing-Tiefpass die Bandbreite des Signals (siehe Aliasing). Danach übernimmt eine Sample-and-Hold-Schaltung den Momentanwert und hält ihn konstant, während der Wandler ihn digitalisiert. Anschließend wird der Wert quantisiert und schließlich als Bitfolge codiert — genau diese Kette bildet die Puls-Code-Modulation (PCM) ab.
Abtastrate und Abtastintervall
Die Abtastrate (Abtastfrequenz) gibt an, wie viele Abtastwerte pro Sekunde genommen werden; der Kehrwert ist das Abtastintervall. Je höher die Rate, desto genauer lässt sich das Originalsignal rekonstruieren — aber desto mehr Daten entstehen. Wann eine Rate ausreicht, legt das Abtasttheorem fest. Die Audio-CD arbeitet mit 44,1 kHz, weil der hörbare Bereich bis 20 kHz reicht und die doppelte Frequenz plus Reserve nötig ist.
Praxis-Tipps
- Vor der Abtastung immer bandbegrenzen (Tiefpass), sonst entsteht Aliasing.
- Oversampling (Abtasten mit Vielfachen der Mindestrate) erleichtert die Filterung und senkt das Rauschen.
- Die Abtastrate bestimmt die zeitliche Auflösung, die Quantisierung die Amplitudenauflösung.
Verwandte Grundlagen: Abtasttheorem, Aliasing, Quantisierung, Puls-Code-Modulation.