Abtastfrequenz

Abtastfrequenz, f_s, bezeichnet in der Signalverarbeitung die Anzahl der Abtastwerte pro Zeiteinheit, die bei der Digitalisierung eines kontinuierlichen Signals aufgenommen werden. Sie wird in Hertz (Hz) angegeben. Die Abtastung wandelt ein analoges Signal in eine Folge diskreter Werte.

Nach dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem muss die Abtastfrequenz mindestens doppelt so groß sein wie die höchste im Signal enthaltene Frequenzkomponente f_max, um eine wiederherstellbare Rekonstruktion zu ermöglichen. In der Praxis wird oft etwas höher abgetastet, um Filterung und Nichtidealitäten zu berücksichtigen.

Der Abtastzeitraum T_s ist der Kehrwert von f_s: T_s = 1/f_s. Er bestimmt die zeitliche Auflösung der diskreten Darstellung. Niedrige Abtastrate führt zu grober Zeitauflösung und möglichen Aliasing.

Typische Werte: Audio-CDs verwenden 44,1 kHz, professionelle Audiosysteme 48 kHz, 96 kHz oder 192 kHz, einige Anwendungen im Telekommunikationsbereich 8 kHz oder 16 kHz. Die Wahl hängt vom gewünschten Frequenzumfang und von Speicher- bzw. Verarbeitungsanforderungen ab.

Vor dem Abtasten wird in der Regel ein Antialiasing-Filter eingesetzt, ein Tiefpass, der Frequenzen über f_s/2 dämpft. Nach der Abtastung können weitere Stufen wie Quantisierung und Codierung folgen.

Zusammenfassend bestimmt die Abtastfrequenz die maximale zu erfassende Frequenz, die zeitliche Auflösung und den benötigten Datenumfang. Sie ist eine zentrale Größe in der digitalen Signalverarbeitung und unterscheidet sich vom Abtastwert.