fix 223015b chapter 1: marp fragment pattern for druckwelle + zurück zu analog

- split 'schall ist eine druckwelle' into two slides: * fragments
  then full reveal + vinyl line
- split 'zurück zu analog' into two slides: * fragments for dac
  chain then full reveal + conclusion
- apply duplicate-slide reveal pattern consistently
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2026-04-16 21:55:00 +02:00
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commit fde51856ce

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@@ -152,7 +152,7 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
- **Audio** — Song, Podcast, Sprachmemo → `.mp3` `.wav` `.flac` - **Audio** — Song, Podcast, Sprachmemo → `.mp3` `.wav` `.flac`
- **Video** — Reel, Film, Stream → `.mp4` `.mov` `.mkv` - **Video** — Reel, Film, Stream → `.mp4` `.mov` `.mkv`
**Alles davon: Am Ende nur Nullen und Einsen** **Am Ende alles nur Nullen und Einsen**
<!-- <!--
- Hilbert & López (Science 332, 2011): 60 Technologien untersucht, 19862007 - Hilbert & López (Science 332, 2011): 60 Technologien untersucht, 19862007
@@ -163,12 +163,15 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
--- ---
# Download: Was bedeuten 150 Mbit/s? # Bandbreite: Was bedeuten 150 Mbit/s?
**1 Byte = 8 Bit** **1 Byte = 8 Bit**
**→ MB/s = Mbit/s ÷ 8**
| Vertrag | MB/s | 1 GB Film | daraus folgt
**f(x) = y MB/s = x Mbit/s ÷ 8**
| Bandbreite | MB/s | 1 GB Film |
|---------|-----:|----------:| |---------|-----:|----------:|
| 16 Mbit/s (ADSL) | 2 MB/s | ~8 Min | | 16 Mbit/s (ADSL) | 2 MB/s | ~8 Min |
| 50 Mbit/s (ADSL) | 6,25 MB/s | ~2,7 Min | | 50 Mbit/s (ADSL) | 6,25 MB/s | ~2,7 Min |
@@ -186,7 +189,7 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
<!-- _class: lead --> <!-- _class: lead -->
# Wie viele Megabyte können bei einer 250 Mbit/s Leitung pro Minute herunterladen werden? # Wie viele Megabyte können bei einer Bandbreite von 250 Mbit/s pro Minute heruntergeladen werden?
* A) 1,8 GB * A) 1,8 GB
* B) 31,25 MB * B) 31,25 MB
@@ -205,7 +208,7 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
**ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line** **ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line**
| Vertrag | Download | Upload | | Bandbreite | Download | Upload |
|---------|----------:|-------:| |---------|----------:|-------:|
| 16 Mbit/s DSL | 16 Mbit/s | 1 Mbit/s | | 16 Mbit/s DSL | 16 Mbit/s | 1 Mbit/s |
| 50 Mbit/s DSL | 50 Mbit/s | 10 Mbit/s | | 50 Mbit/s DSL | 50 Mbit/s | 10 Mbit/s |
@@ -230,13 +233,13 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
--- ---
![bg fit right:40%](./assets/druckwelle.png)
# Schall ist eine Druckwelle # Schall ist eine Druckwelle
* Lautsprecher drückt Luft → Luftmoleküle schwingen * Lautsprecher drückt Luft → Luftmoleküle schwingen
* Die Welle breitet sich aus — kontinuierlich, ohne Stufen * Die Welle breitet sich aus — kontinuierlich, ohne Stufen
* Vakuum: keine Schallübertragung möglich (kein Medium) * Vakuum: Keine Schallübertragung möglich (kein Medium)
**Vinyl:** die Rille *ist* die Schallwelle — physische Kopie der Druckschwankung in Rillengeometrie
<!-- <!--
- Schall = Druckschwankungen in Luft, kein Lufttransport sondern Druckvariation - Schall = Druckschwankungen in Luft, kein Lufttransport sondern Druckvariation
@@ -247,16 +250,31 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
--- ---
![bg fit right:40%](./assets/druckwelle.png)
# Schall ist eine Druckwelle
- Lautsprecher drückt Luft → Luftmoleküle schwingen
- Die Welle breitet sich aus — kontinuierlich, ohne Stufen
- Vakuum: Keine Schallübertragung möglich (kein Medium)
**Vinyl:** Die Rille *ist* die Schallwelle — physische Kopie der Druckschwankung in Rillengeometrie
---
![bg fit right:30%](./assets/samplerate.webp)
# Abtastung (Sampling) # Abtastung (Sampling)
**Problem:** Eine kontinuierliche Welle lässt sich nicht direkt als Zahl speichern **Problem:** Eine kontinuierliche Welle lässt sich nicht direkt als Zahl speichern
**Lösung:** Wir messen sie in regelmäßigen Abständen **Lösung:** Wir messen sie in regelmäßigen Abständen
* 44.100 Messungen pro Sekunde = **Abtastrate** (Sample Rate) * 44.100 Messungen *pro Sekunde* = **Abtastrate** (Sample Rate)
* Einheit: Hz (Hertz) * Einheit: Hz (Hertz) = *pro Sekunde*
* Nyquist-Theorem: min. 2× höchste darzustellende Frequenz * Nyquist-Theorem: min. 2× höchste darzustellende Frequenz
→ 44.100 ÷ 2 = 22.050 Hz (Mensch hört ~2020.000 Hz) → 44.100 ÷ 2 = 22.050 Hz (Mensch hört ~2020 kHz)
<!-- <!--
- Nyquist-Shannon-Abtasttheorem (1928/1949): Harry Nyquist (Bell Labs), Claude Shannon (Bell Labs) - Nyquist-Shannon-Abtasttheorem (1928/1949): Harry Nyquist (Bell Labs), Claude Shannon (Bell Labs)
@@ -266,6 +284,8 @@ Hochschule der Medien Stuttgart
--- ---
![bg fit right:35%](./assets/samplerate.webp)
# Das digitale Ergebnis # Das digitale Ergebnis
Jede Messung = ein Zahlenwert Jede Messung = ein Zahlenwert
@@ -278,7 +298,7 @@ Jede Messung = ein Zahlenwert
| 16 Bit (CD) | 65.536 | ~96 dB | | 16 Bit (CD) | 65.536 | ~96 dB |
| 24 Bit (Studio) | 16.777.216 | ~144 dB | | 24 Bit (Studio) | 16.777.216 | ~144 dB |
**Ergebnis:** eine Datei aus Zahlen **Ergebnis:** Eine Datei aus Zahlen
<!-- <!--
- Dynamikumfang Formel: ~6 dB pro Bit - Dynamikumfang Formel: ~6 dB pro Bit
@@ -299,8 +319,6 @@ Beim Abspielen läuft der Prozess rückwärts:
* Membran → Luft schwingt * Membran → Luft schwingt
* Luft → Druckwelle → Ohr * Luft → Druckwelle → Ohr
**Was wir hören ist wieder analog**
<!-- <!--
- DAC = Digital-Analog-Converter (Deutsch: Digital-Analog-Wandler) - DAC = Digital-Analog-Converter (Deutsch: Digital-Analog-Wandler)
- Jedes Abspielgerät enthält einen DAC: Smartphone, Laptop, HiFi-Verstärker - Jedes Abspielgerät enthält einen DAC: Smartphone, Laptop, HiFi-Verstärker
@@ -310,6 +328,20 @@ Beim Abspielen läuft der Prozess rückwärts:
--- ---
# Zurück zu Analog
Beim Abspielen läuft der Prozess rückwärts:
- Zahlen → **DAC** (Digital-Analog-Converter)
- DAC → elektrische Spannung
- Spannung → Lautsprechermembran schwingt
- Membran → Luft schwingt
- Luft → Druckwelle → Ohr
**Was wir hören ist wieder analog**
---
<!-- _class: lead --> <!-- _class: lead -->
# Das Problem der Datengröße # Das Problem der Datengröße
@@ -329,10 +361,10 @@ Beim Abspielen läuft der Prozess rückwärts:
**Eine Minute Musik in CD-Qualität:** **Eine Minute Musik in CD-Qualität:**
44.100 Messungen/Sekunde **44.100 Messungen** (pro Sekunde)
× 16 Bit pro Messung × **16 Bit** (pro Messung)
× 2 Kanäle (Stereo) × **2 Kanäle** (Stereo)
× 60 Sekunden × **60 Sekunden**
= **10,6 MB pro Minute** = **10,6 MB pro Minute**
@@ -352,7 +384,7 @@ RECHNUNG:
--- ---
<!-- _class: erklaerung --> <!-- _class: erklaerung
# CD-Audio Vertiefung # CD-Audio Vertiefung
@@ -365,7 +397,7 @@ Kombination aus Nyquist-Limit (2× 20 kHz = 40 kHz Minimum) und Kompatibilität
96 dB Dynamikumfang übersteigt den des menschlichen Gehörs unter realen Hörbedingungen (~8090 dB). Kompromiss zwischen Qualität und Speicherbedarf auf der physischen Disc. 96 dB Dynamikumfang übersteigt den des menschlichen Gehörs unter realen Hörbedingungen (~8090 dB). Kompromiss zwischen Qualität und Speicherbedarf auf der physischen Disc.
--- ---
-->
![bg right:40%](./assets/IMG_3617.jpg) ![bg right:40%](./assets/IMG_3617.jpg)
# Das Problem skaliert # Das Problem skaliert
@@ -377,8 +409,8 @@ Kombination aus Nyquist-Limit (2× 20 kHz = 40 kHz Minimum) und Kompatibilität
| 10.000 Songs | ~420 GB | | 10.000 Songs | ~420 GB |
**Kontext 1990er:** **Kontext 1990er:**
- Festplatte: 100500 MB - Übliche Festplattengröße: 100500 MB
- 56 kbit/s Model → Einfache Songs laden Stunden - 56 kbit/s Modem → Einfache Songs laden Stunden
<!-- <!--
- Ein Album hätte eine komplette Festplatte gefüllt - Ein Album hätte eine komplette Festplatte gefüllt
@@ -395,14 +427,14 @@ Kombination aus Nyquist-Limit (2× 20 kHz = 40 kHz Minimum) und Kompatibilität
**Eine Minute 4K-Video (unkomprimiert):** **Eine Minute 4K-Video (unkomprimiert):**
3840 × 2160 Pixel **3840 × 2160 Pixel** (Auflösung pro Bild)
× 3 Byte pro Pixel (RGB) × **3 Byte** (pro Pixel RGB)
× 30 Bilder pro Sekunde × **30 Bilder** (pro Sekunde)
× 60 Sekunden × **60 Sekunden**
= **~45 GB pro Minute** = **~45 GB pro Minute**
Ein 2-Stunden-Film: über **5 Terabyte** Kinofilm in üblicher Länge (~120min) über **5 TB (Terabyte)**
<!-- <!--
- Netflix, YouTube, Streaming — nichts davon wäre ohne Kompression möglich - Netflix, YouTube, Streaming — nichts davon wäre ohne Kompression möglich
@@ -458,7 +490,16 @@ Ein 2-Stunden-Film: über **5 Terabyte**
<!-- _class: lead --> <!-- _class: lead -->
# Zwei Arten der Kompression # Zwei Arten der Datenkompression
---
<!-- _class: lead -->
# Zwei Arten von Datenkompressionsalgorithmen
---
<!-- <!--
Was ist überhaupt KOMPRESSION? Was ist überhaupt KOMPRESSION?
@@ -476,13 +517,47 @@ Was ist überhaupt KOMPRESSION?
**Prinzip:** Redundanz entfernen **Prinzip:** Redundanz entfernen
Beispiel Lauflängenkodierung (Run-Length-Encoding): <!--
- Run-Length Encoding (RLE): einfachste Form der verlustfreien Kompression
- Prinzip: Muster erkennen, kompakter darstellen
- Gut bei strukturierten Daten (Text, einfache Grafiken)
- Schlecht bei "chaotischen" Daten (Fotos, Audio) — dort kaum Wiederholungen
-->
---
# Verlustfreie Kompression (Lossless)
**Prinzip:** Redundanz entfernen
Beispiel **Lauflängenkodierung** (Run-Length-Encoding RLE):
``` ```
Original: AAAAABBBCCCCCCCC (16 Zeichen) Original: AAAAABBBCCCCCCCC (16 Zeichen)
Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen) Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen)
``` ```
→ 62% kleiner, 100% wiederherstellbar Komprimiert 62% kleiner und **100% wiederherstellbar**
<!--
- Run-Length Encoding (RLE): einfachste Form der verlustfreien Kompression
- Prinzip: Muster erkennen, kompakter darstellen
- Gut bei strukturierten Daten (Text, einfache Grafiken)
- Schlecht bei "chaotischen" Daten (Fotos, Audio) — dort kaum Wiederholungen
-->
---
# Verlustfreie Kompression (Lossless)
**Prinzip:** Redundanz entfernen
Beispiel **Lauflängenkodierung** (Run-Length-Encoding RLE):
```
Original: AAAAABBBCCCCCCCC (16 Zeichen)
Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen)
```
→ Komprimiert 62% kleiner und **100% wiederherstellbar**
**Anwendung:** **Anwendung:**
* ZIP-Archive, PNG-Bilder, FLAC-Audiodateien, RAW-Dateien, Programmcode * ZIP-Archive, PNG-Bilder, FLAC-Audiodateien, RAW-Dateien, Programmcode
@@ -498,20 +573,22 @@ Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen)
# Verlustbehaftete Kompression (Lossy) # Verlustbehaftete Kompression (Lossy)
**Prinzip:** Irrelevanz entfernen → Warum Daten speichern, die niemand wahrnimmt? **Prinzip:** Irrelevanz entfernen → *Wozu Daten speichern, die niemand wahrnimmt?*
--- ---
# Verlustbehaftete Kompression (Lossy) # Verlustbehaftete Kompression (Lossy)
**Prinzip:** Irrelevanz entfernen → Warum Daten speichern, die niemand wahrnimmt? **Prinzip:** Irrelevanz entfernen → *Wozu Daten speichern, die niemand wahrnimmt?*
**Originaldatei nicht wiederherstellbar (!)**
**Die Frage:** Was nimmt ein Mensch eigentlich (nicht oder sehr schlecht) wahr? **Die Frage:** Was nimmt ein Mensch eigentlich (nicht oder sehr schlecht) wahr?
* Das Ohr hört nicht alle Frequenzen (hohe und tiefe Töne) gleich gut * Das Ohr hört nicht alle Frequenzen (hohe und tiefe Töne) gleich gut
* Das Auge sieht nicht alle Farbnuancen gleich scharf
* Laute Töne überdecken leise Töne (Maskierung) * Laute Töne überdecken leise Töne (Maskierung)
* Luminanz (Helligkeit/Dunkelheit) besser erkennen als Chrominanz (Farbunterschiede) * Das Auge sieht nicht alle Farbnuancen gleich scharf
* Luminanz (Helligkeit/Dunkelheit) besser erkennen als Chrominanz (Farbunterschiede/Farbigkeit)
* und Vieles mehr * und Vieles mehr
<!-- <!--
@@ -535,7 +612,7 @@ Komprimiert: 5A3B8C (6 Zeichen)
| **Prinzip** | **Redundanz** entfernen | **Irrelevanz** entfernen | | **Prinzip** | **Redundanz** entfernen | **Irrelevanz** entfernen |
| **Reversibel** | Ja | Nein (Information unwiederbringlich verloren) | | **Reversibel** | Ja | Nein (Information unwiederbringlich verloren) |
| **Reduktion** | 3050% | 8099% | | **Reduktion** | 3050% | 8099% |
| **Formate** | ZIP, PNG, FLAC, GIF | JPEG, MP3, H.264/H.265 | | **Formate** | ZIP, PNG, FLAC, GIF, ... | JPEG, MP3, H.264/H.265, ... |
**Faustregel:** **Faustregel:**
- Medien für EndnutzerInnen (Ton, Bild, Film) → Lossy oft akzeptabel - Medien für EndnutzerInnen (Ton, Bild, Film) → Lossy oft akzeptabel