imported>Volker Alexander K (→Tontechnik) |
imported>Pemu K (→Tontechnik) |
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== Natur und Technik == | == Natur und Technik == | ||
Der Dynamikbereich ist der Quotient der größten zur kleinsten Signalstärke natürlicher Ereignisse wie Druck (z. B. Schall) oder Strahlung (z. B. Licht) usw. | Der Dynamikbereich ist der Quotient der größten gemessenen zur kleinsten vom Rauschen unterscheidbaren Signalstärke natürlicher Ereignisse wie Druck (z. B. Schall) oder Strahlung (z. B. Licht) usw. | ||
Die Aufzeichnung, Übertragung oder Wiedergabe solcher Ereignisse kann dagegen oft nur einen Ausschnitt der tatsächlichen Ereignisse erfassen, weil die technischen Mittel nur einen kleineren Dynamikbereich erfassen: | Die Aufzeichnung, Übertragung oder Wiedergabe solcher Ereignisse kann dagegen oft nur einen Ausschnitt der tatsächlichen Ereignisse erfassen, weil die technischen Mittel nur einen kleineren Dynamikbereich erfassen: | ||
* Die untere Grenze des | * Die untere Grenze des messbaren Bereiches begründet sich u. a. im Grundrauschen, das die kleinsten Nutzsignale überlagert. | ||
* Die maximal | * Die maximal generierbare Signalgröße (Begrenzung) der verwendeten technischen Komponente begrenzt den Dynamikbereich nach oben. | ||
Es ergibt sich also oft ein kleinerer Dynamikbereich in der Technik gegenüber natürlichen Unterschieden. | Es ergibt sich also oft ein kleinerer Dynamikbereich in der Technik gegenüber natürlichen Unterschieden. | ||
== Tontechnik == | == Tontechnik == | ||
In der [[Tontechnik]] gibt der Dynamikumfang eines Audiosystems | In der [[Tontechnik]] gibt der Dynamikumfang eines Audiosystems die Größe des Bereichs an, in dem sich der Pegel des Tonsignals nutzbringend bewegen kann – sei es für Aufzeichnung, Sendung oder Wiedergabe. Es ist die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Signal, das ein System aufnehmen oder wiedergeben kann. Dieser Wert wird meistens in [[Dezibel]] (dB) angegeben. Eine 16-Bit-[[Samplingtiefe]] eines mit [[Puls-Code-Modulation|PCM]] kodierten Digital-Audiosignals ermöglicht zum Beispiel einen Dynamikumfang von etwa 96 dB. | ||
Nach unten wird der Dynamikbereich durch das [[Grundrauschen]] des Audiosystems begrenzt. Werden Signale unterhalb dieses Pegels ausgesteuert, würden sie vom Rauschen maskiert und dadurch unhörbar werden. Nach oben wird der Dynamikbereich durch Erreichen der maximalen [[Aussteuerung]] des Systems ohne hörbare [[Übersteuern (Signalverarbeitung)|Verzerrungen]] begrenzt. | Nach unten wird der Dynamikbereich durch das [[Grundrauschen]] des Audiosystems begrenzt. Werden Signale unterhalb dieses Pegels ausgesteuert, würden sie vom Rauschen maskiert und dadurch unhörbar werden. Nach oben wird der Dynamikbereich durch Erreichen der maximalen [[Aussteuerung]] des Systems ohne hörbare [[Übersteuern (Signalverarbeitung)|Verzerrungen]] begrenzt. | ||
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== Optik == | == Optik == | ||
=== Kontrastumfang === | === Kontrastumfang === | ||
Der Kontrastumfang als Verhältnis ''K<sub>m</sub> | Der Kontrastumfang als Verhältnis ''K''<sub>m</sub> aus Minimal- zu Maximal-[[Kontrast]] wird angegeben: | ||
* als Verhältnis; 1:K<sub>m</sub> ''[Beispiel: 1:1000]'' | * als Verhältnis; 1:''K''<sub>m</sub> ''[Beispiel: 1:1000]'' | ||
* als optische ''[[Dichte (Fotografie)|Dichte]]'' d (Density), dem dekadischen Logarithmus der Lichtleistung; log(K<sub>m</sub>) ''[Beispiel: d=3,0]'' | * als optische ''[[Dichte (Fotografie)|Dichte]]'' ''d'' (Density), dem dekadischen Logarithmus der Lichtleistung; log(''K''<sub>m</sub>) ''[Beispiel: ''d''=3,0]'' | ||
* in [[Dezibel]], dem 10-fachen dekadischen Logarithmus der Lichtleistung; | * in [[Dezibel]], dem 10-fachen dekadischen Logarithmus der Lichtleistung; 10·log(''K''<sub>m</sub>) ''[Beispiel: 30 dB]'' | ||
* in Dezibel, dem 10-fachen dekadischen Logarithmus der Leistung am Detektor; | * in Dezibel, dem 10-fachen dekadischen Logarithmus der Leistung am Detektor; 10·log(''P'' <sub>t</sub>) ''[Beispiel: 60 dB]'' | ||
* als [[Blendenstufe | * als [[Blendenstufe]]n, dem Logarithmus zur Basis 2; log<sub>2</sub>(''K''<sub>m</sub>) Blendenstufen ''[Beispiel: 10 Blendenstufen]'' | ||
* als Bits, ebenfalls als Logarithmus zur Basis 2; log<sub>2</sub>(K<sub>m</sub>) Bits ''[Beispiel: 10 bit]'' | * als [[Lichtwert]]e (EV), dem Logarithmus zur Basis 2; log<sub>2</sub>(''K''<sub>m</sub>) Stufen ''[Beispiel: Spanne 10 EV]'' | ||
* als Bits, ebenfalls als Logarithmus zur Basis 2; log<sub>2</sub>(''K''<sub>m</sub>) Bits ''[Beispiel: 10 bit]'' | |||
Bemerkungen: | Bemerkungen: | ||
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=== Dynamikbereiche von Bildern === | === Dynamikbereiche von Bildern === | ||
[[Datei:Dynamik im Bild.jpg| | [[Datei:Dynamik im Bild.jpg|mini|Darstellung Dynamikbereich vom Motiv zum Bild]] | ||
Sowohl bei bewegten Bildern in Film und Video als auch in der Fotografie bezeichnet der Dynamikbereich den Quotienten aus größtem und kleinstem von Rauschen bzw. Körnung unterscheidbaren Helligkeitswert. Der Quotient wird üblicherweise im 2er-Logarithmus als Blendenstufen angegeben. | Sowohl bei bewegten Bildern in Film und Video als auch in der Fotografie bezeichnet der Dynamikbereich den Quotienten aus größtem und kleinstem von Rauschen bzw. Körnung unterscheidbaren Helligkeitswert. Der Quotient wird üblicherweise im 2er-Logarithmus als Blendenstufen angegeben. | ||
Auch hier ist festzustellen, dass der Dynamikbereich des Motives (auch [[Motivkontrast]]) den der technischen Einrichtungen zur Aufnahme (Kamera, Sensor, Film) zur Übertragung sowie zur Wiedergabe (Leinwand, Bildschirm, Papier usw.) oft weit überschreitet. | Auch hier ist festzustellen, dass der Dynamikbereich des Motives (auch [[Motivkontrast]]) den der technischen Einrichtungen zur Aufnahme (Kamera, Sensor, Film) zur Übertragung sowie zur Wiedergabe (Leinwand, Bildschirm, Papier usw.) oft weit überschreitet. | ||
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! Medium !! Dynamikumfang, Angabe in Blendenstufen !! Dynamikumfang, Verhältnisangabe | |||
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| [[Bildsensor]] einer high-end-[[Digitale Kinokamera|Digital-Kinokamera]] || bis 17<ref>Die Angabe '17' bezieht sich auf den Hersteller [[Red Digital Cinema Camera Company|RED]]. Andrew Silvers: ''Camera Sensors: Four Components to Image Quality'', Lulu.com. ISBN 978-0-359-08654-2, 2018, S. 24.</ref><ref name="Eilertsen">Gabriel Eilertsen: ''The high dynamic range imaging pipeline'', Dissertation Nr. 1939, Linköping University, Division of Media and Information Technology, Department of Science and Technology, Nörrköping, 2018, Kapitel 1.1.3.</ref>{{FN|(a)}} || bis ca. 1:130000 | |||
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| [[Tagged Image File Format|TIFF-Datei]] || 16<ref name="Kindermann"> Klaus Kindermann, Reinhard Wagner: ''Faszination Fotografie - Meisterschule: Das Buch für Fotos, die begeistern'', Franzis, 2010, ISBN 978-3-645-60088-0, S. 323</ref>|| 1:65536 | |||
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| Bildsensor einer high-end-[[Digitalkamera]] || bis ca. 15<ref>Paul Carroll: ''[https://www.dxomark.com/nikon-d850-sensor-review-first-dslr-hit-100-points/ Nikon D850 Sensor Review: First DSLR to hit 100 points]'', DXOMark, 6. Oktober 2017, abgerufen am 3. Januar 2020.</ref> || bis ca. 1:30000 | |||
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| Menschliches [[Auge]] || ca. 13–14<ref>Jeanine Leech: ''Magic Light and the Dynamic Landscape: Take Advantage of Light and Weather'', Amherst Media, Inc., 2014, ISBN 978-1-60895-729-3, S. 118</ref><ref>[https://www.cambridgeincolour.com/tutorials/cameras-vs-human-eye.htm Cameras vs. the human eye], Cambridgeincolour.com, abgerufen am 4. Januar 2020.</ref><ref>Jack James: ''Digital Intermediates for Film and Video'', Focal Press, 2014, ISBN 978-0-240-80702-7, S. 111.</ref>{{FN|(b)}} || ca. 1:8000–1:16000 | |||
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| [[Schwarzweißfilm|Schwarzweißnegativfilm]] || bis ca. 12<ref name="Gulbins">Jürgen Gulbins, Rainer Gulbins: ''Die Aufnahme: Zeit, Blende, ISO und Brennweite beim Fotografieren gezielt einsetzen'', dpunkt.Verlag, ISBN 978-3-89864-749-6, S. 51</ref>|| bis ca. 1:4000 | |||
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| [[Negativfilm|Farbnegativfilm]] || bis ca. 11–12<ref>Lars Svanberg (Hrsg.), ''The EDCF Guide to Digital Cinema Production'', 2nd Edition, 2013, ISBN 978-0-240-80663-1, S. 18.</ref>|| bis ca. 1:2000–1:4000 | |||
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| [[Kompaktkamera]] || ca. 10–11<ref>c't digitale Fotografie, ''Edle Kompakte gegen Systemkameras'', Heft 06/2018, S. 60.</ref> || ca. 1:1000–1:2000 | |||
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| [[LC-Display]] || ca. 7,5–9<ref name="Eilertsen" /> || ca. 1:200–1:500 | |||
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| [[JPEG File Interchange Format|JPEG-Datei]] || 8<ref name="Kindermann" /><ref name="Gulbins" /> || 1:256 | |||
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| [[Diafilm]] || ca. 6–8<ref name="Gulbins" /><ref>Roger N. Clark: ''[https://clarkvision.com/articles/digital.sensor.performance.summary/#dynamic_range Digital Camera Reviews and Sensor Performance Summary]'', abgerufen am 3. Januar 2020.</ref> || ca. 1:64–1:250 | |||
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| [[Fotopapier]] || ca. 5{{FN|(c)}} || ca. 1:32 | |||
|} | |||
{{FNBox| | |||
{{FNZ|(a)|Etwa im Jahr 2010 hatte der Dynamikumfang des digitalen Kamerasensors ([[Digitale Kinokamera]] Arri Alexa, Dynamikumfang ca. 13,5 Blendenstufen) den des analogen Filmmaterials erreicht.<ref>Peter Badel: ''Die Visualisierung von Emotionen im binären Code – Überlegungen zur Ästhetik des Digitalen'', in: Klaus Rebensburg (Hrsg.), ''Web, Film, Medien, Computer – Wirklichkeit und Visionen der Informationsgesellschaft'', Tagungsreihe, Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften, Bd. 2010, 7.–9. Juli 2010, ISBN 978-3-7983-2310-0, S. 43</ref>}} | |||
{{FNZ|(b)|Die an anderen Orten<ref>Andreas Martin: ''[https://www.fotoworkshop-stuttgart.de/das-menschliche-auge-und-die-fotografie/ Die beste Kamera der Welt: Das menschliche Auge + Vergleich mit der Fotografie (Blende, Bildwinkel, Brennweite Fokus und Dynamikumfang)]'', 23. Mai 2017, abgerufen am 3. Januar 2020.</ref> genannte Angabe '20' berücksichtigt die Anpassung durch Pupillenveränderung.}} | |||
{{FNZ|(c)|Was den Kontrastumfang anbelangt, stellt das Fotopapier das schwächste Glied in der Kette des fotografischen Prozesses dar.<ref>Rainer Zerback: ''Autos fotografieren: Technik, Gestaltung, Praxis'', mitp, 2011, ISBN 978-3-8266-5564-7, S. 72.</ref>}} | |||
}} | |||
Hochkontrastbilder ([[High Dynamic Range Image|HDR-Bilder]]) können entweder durch Spezialkameras aufgenommen werden oder aus einer [[Belichtungsreihe]] von gewöhnlichen Bildern mit geringem Dynamikumfang erstellt werden (siehe [[HDRI-Erzeugung aus Belichtungsreihen]]). Hierbei werden die einzelnen Aufnahmen so miteinander kombiniert, dass der Motivkontrast vollständig erfasst und absolute Helligkeitswerte gespeichert werden. Um ein HDR-Bild auf einem Medium mit wesentlich niedrigerem Dynamikbereich (z. B. Papier) abbilden zu können, muss Dynamikkompression ([[Tone Mapping]]) angewandt werden. | |||
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== Einzelnachweise == | |||
<references/> | |||
== Literatur == | == Literatur == | ||
* Helmut Röder, Heinz Ruckriegel, Heinz Häberle: ''Elektronik 3 | * Helmut Röder, Heinz Ruckriegel, Heinz Häberle: ''Elektronik.'' Band 3: ''Nachrichtenelektronik.'' 5. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal 1980, ISBN 3-8085-3225-4. | ||
* Thomas Görne: ''Tontechnik.'' | * Thomas Görne: ''Tontechnik.'' Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München u. a. 2006, ISBN 3-446-40198-9. | ||
* Hubert Henle: ''Das Tonstudio Handbuch.'' 5. Auflage, GC Carstensen Verlag, München, 2001, ISBN 3-910098-19-3 | * Hubert Henle: ''Das Tonstudio Handbuch.'' 5. Auflage, GC Carstensen Verlag, München, 2001, ISBN 3-910098-19-3 | ||
* Gustav Büscher, | * Gustav Büscher, Alfred Wiegelmann: ''Kleines ABC der Elektroakustik'' (= ''Radio-Praktiker-Bücherei.'' Bd. 29/30a). 6., völlig neu bearbeitete und erweiterte Auflage. Franzis, München 1972, ISBN 3-7723-0296-3. | ||
[[Kategorie:Physikalische Größe]] | [[Kategorie:Physikalische Größe]] | ||
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Dynamikumfang, auch Dynamikbereich oder einfach nur Dynamik oder Kontrastumfang, bezeichnet in allgemeinen technischen, physikalischen oder mathematischen Zusammenhängen den Quotienten aus Maximum und Minimum einer physikalischen Größe oder Funktion. Üblicherweise werden zur Darstellung die Hilfsmaßeinheiten B (Bel) oder auch Np (Neper) verwendet.
Der Dynamikbereich ist der Quotient der größten gemessenen zur kleinsten vom Rauschen unterscheidbaren Signalstärke natürlicher Ereignisse wie Druck (z. B. Schall) oder Strahlung (z. B. Licht) usw.
Die Aufzeichnung, Übertragung oder Wiedergabe solcher Ereignisse kann dagegen oft nur einen Ausschnitt der tatsächlichen Ereignisse erfassen, weil die technischen Mittel nur einen kleineren Dynamikbereich erfassen:
Es ergibt sich also oft ein kleinerer Dynamikbereich in der Technik gegenüber natürlichen Unterschieden.
In der Tontechnik gibt der Dynamikumfang eines Audiosystems die Größe des Bereichs an, in dem sich der Pegel des Tonsignals nutzbringend bewegen kann – sei es für Aufzeichnung, Sendung oder Wiedergabe. Es ist die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Signal, das ein System aufnehmen oder wiedergeben kann. Dieser Wert wird meistens in Dezibel (dB) angegeben. Eine 16-Bit-Samplingtiefe eines mit PCM kodierten Digital-Audiosignals ermöglicht zum Beispiel einen Dynamikumfang von etwa 96 dB.
Nach unten wird der Dynamikbereich durch das Grundrauschen des Audiosystems begrenzt. Werden Signale unterhalb dieses Pegels ausgesteuert, würden sie vom Rauschen maskiert und dadurch unhörbar werden. Nach oben wird der Dynamikbereich durch Erreichen der maximalen Aussteuerung des Systems ohne hörbare Verzerrungen begrenzt.
Da Audiosysteme den großen Dynamikbereich aller natürlichen Signalquellen nicht verarbeiten können, findet in der tontechnischen Praxis häufig eine Dynamikkompression statt, das heißt eine gewollte Verkleinerung des Dynamikbereichs. Sie richtet sich nach dem gestalterisch-inhaltlichen Zweck des hergestellten Tonmaterials und dem gewünschten Zielmedium.
Der Kontrastumfang als Verhältnis Km aus Minimal- zu Maximal-Kontrast wird angegeben:
Bemerkungen:
Sowohl bei bewegten Bildern in Film und Video als auch in der Fotografie bezeichnet der Dynamikbereich den Quotienten aus größtem und kleinstem von Rauschen bzw. Körnung unterscheidbaren Helligkeitswert. Der Quotient wird üblicherweise im 2er-Logarithmus als Blendenstufen angegeben.
Auch hier ist festzustellen, dass der Dynamikbereich des Motives (auch Motivkontrast) den der technischen Einrichtungen zur Aufnahme (Kamera, Sensor, Film) zur Übertragung sowie zur Wiedergabe (Leinwand, Bildschirm, Papier usw.) oft weit überschreitet.
Medium | Dynamikumfang, Angabe in Blendenstufen | Dynamikumfang, Verhältnisangabe |
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Bildsensor einer high-end-Digital-Kinokamera | bis 17[1][2](a) | bis ca. 1:130000 |
TIFF-Datei | 16[3] | 1:65536 |
Bildsensor einer high-end-Digitalkamera | bis ca. 15[4] | bis ca. 1:30000 |
Menschliches Auge | ca. 13–14[5][6][7](b) | ca. 1:8000–1:16000 |
Schwarzweißnegativfilm | bis ca. 12[8] | bis ca. 1:4000 |
Farbnegativfilm | bis ca. 11–12[9] | bis ca. 1:2000–1:4000 |
Kompaktkamera | ca. 10–11[10] | ca. 1:1000–1:2000 |
LC-Display | ca. 7,5–9[2] | ca. 1:200–1:500 |
JPEG-Datei | 8[3][8] | 1:256 |
Diafilm | ca. 6–8[8][11] | ca. 1:64–1:250 |
Fotopapier | ca. 5(c) | ca. 1:32 |
Hochkontrastbilder (HDR-Bilder) können entweder durch Spezialkameras aufgenommen werden oder aus einer Belichtungsreihe von gewöhnlichen Bildern mit geringem Dynamikumfang erstellt werden (siehe HDRI-Erzeugung aus Belichtungsreihen). Hierbei werden die einzelnen Aufnahmen so miteinander kombiniert, dass der Motivkontrast vollständig erfasst und absolute Helligkeitswerte gespeichert werden. Um ein HDR-Bild auf einem Medium mit wesentlich niedrigerem Dynamikbereich (z. B. Papier) abbilden zu können, muss Dynamikkompression (Tone Mapping) angewandt werden.
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