Was genau ist dieser ominöse "Rauschabstand"? Ich lese das so oft habe aber nie hinterfragt was das genau ist. Wenn ich das Wort "Rauschabstand" zerlege in rauschen und Abstand gibt das auch keinen Sinn. Das funktioniert ja in der deutschen Sprache ziemlich oft, aber eben hier nicht.
"Rauschen" ist ein allgegenwärtiges Phänomen, vor allem in der Elektronik. Das kommt daher, dass bei den üblichen Temperaturen, in denen Elektronik zum Einsatz kommt, die Elektronen relativ "wild" im Draht und Halbleiter "herum zappeln". Das ergibt normalerweise ein statistisch gleichmäßig über das Frequenzspektrum verteiltes Rauschen, das sog. "weiße Rauschen", wobei der Pegel - gottseidank - sehr, sehr niedrig ist.
Diese Rauschen ist sehr gut zu hören, wenn man z.B. den Gain-Regler am Vorverstärker maximal aufdreht (mit oder ohne angeschlossenes Mikro, das aber nicht beschallt wird), dann hört man dieses Rauschen sehr vernehmlich, da es jetzt maximal verstärkt wird.
Auch in der Digitalfotografie kann man Rauschen sehr gut erkennen. Denn die Sensor-Chips rauschen natürlich auch, was man besonders gut erkennen kann bei Fotos, die bei wenig Licht aufgenommen wurden. Dann schaltet die Kamera die ISO-Empfindlichkeit herauf (vergleichbar dem Aufdrehen des Gain-Reglers am Preamp) und die Fotos werden irgendwann sehr körnig und ´griselig´, was nichts anderes ist als das Rauschsignal, das sich jetzt immer stärker der Bildinformation überlagert, je höher die Empfindlichkeit, desto mehr Rauschen. Wenig Licht bedeutet nun aber, dass das Nutzsignal klein ist. Um nun etwas erkennen zu können, wird das vom Sensor kommende Signal mehr oder weniger kräftig verstärkt, damit wird aber auch das Rauschen verstärkt und der Abstand vom Nutz- zum Störsignal (=Rauschen) wird immer geringer, je weniger Licht auf den Sensor fällt und je mehr verstärkt werden muss.
Der "Rauschabstand" ist also das Verhältnis des Störsignals zum Nutzsignal verallgemeinert gesagt.
Wenn viel Licht auf den Sensor fällt, also bei Fotos im Sonnenschein, dann ist nicht nur das Nutzsignal sehr hoch, es muss auch weniger verstärkt werden. Der "Rauschabstand" ist also jetzt sehr groß und die Fotos sind klar und ohne Körnigkeit.
Je niedriger die Temperatur, desto wenige "zappeln" die Elektronen im übrigen. Für bestimmte Zwecke wird daher die Elektronik herunter gekühlt um den Rauchabstand zu verbessern, z.B. bei der Astrofotografie werden die Sensoren stark gekühlt, denn naturgemäß fällt hier wenig Licht ein.
Im Audiobereich entsteht das Rauschen an praktisch allen Stellen: das Mikro rauscht, die Elektronik des Preamps (z.B. OP-Chips), aber auch die Wandler. Früher, zu Tonbandzeiten spielte das Aufnahmemedium Band ebenfalls ein große Rolle dabei, denn auch die Magnetpartikel im Band "rauschen" etwas - das "Bandrauschen".
Aber auch bei den AD-Wandlern gibt es "Rauschen", so z.B. das "Quantisierungsrauschen". Das kommt daher, dass beim Abtasten des Signals das kontinuierliche analoge Signal ja in diskrete Werte übertragen wird, die einen gewissen Abstand haben, abhängig von der bit-Auflösung. Nun liegen die Samples oft ein ganz, ganz, ganz klein wenig neben dem analogen Signal (jedenfalls bei 24-bit nur sehr, sehr wenig), aber immerhin etwas daneben. Dieser unvermeidliche Abtastfehler produziert auch ein Rauschen, bzw. ein dem Rauschen ähnliches Störgeräusch, das halt den Namen "Quantisierungsrauschen" bekommen hat.
Bei dem Konzept des Delta-Sigma-Wandlers mit Oversampling wird dieses Rauschsignal aber in den Frequenzbereich oberhalb den Nutzsignals verschoben und dann heraus gefiltert, es spielt im Nutzsignal insofern keine Rolle.
Entscheidend dafür, ob das Rauschen im Ergebnis hörbar wird, sind nun die technisch erreichten Rauschabstände der einzelnen Komponenten. Einen Anhaltspunkt bietet dabei der dB-Wert. Wenn das Rauschen ("Noise", aber auch die Verzerrungen, die ja ebenfalls ein Störgeräusch sind "THD - Total Harmonic Distortion") bei -90 dB und weniger liegen, dann bleiben sie im Ergebnis praktisch unhörbar. Gute Komponenten (Wandler/Preamps etc.) haben heutzutage Rauschabstände und THD-Werte, die locker bei -100 dB und mehr liegen, so dass Rauschen von daher keine Probleme machen sollte.
Entscheidende Fehler können aber woanders gemacht werden, z.B. bei der Mikrofonaufstellung. Wenn jemand z.B. die Mikrofone für eine Choraufnahme zu weit weg stellt und der Chor dann sehr leise singt, dann kommt schon zu wenig Nutzsignal am Mikro an und er muss die Verstärkung aufdrehen. Dann rauscht es und der Unbedarfte schimpft dann über schlechte Mikros, Vorverstärker usw.
Wenn du bei 10khz unterschiedliche Pegel nach Sampling unterschiedlicher Wellenformen bekommst, dann hat das zur Folge, das das Obertonspektrum eines Klanges sich verändert (wesentlich weil hörbar), bei der isolierten Frequenz kann ich das natürlich angleichen, aber als Oberton steht sie in Relation zu anderen Frequenzen. Darüber (10kHz) wird es noch schlechter, darunter erst besser wenn ich eben eine vernünftige Anzahl an "Stützstellen" für die Näherung (pro Halbwelle) habe.
Hier verstehe ich nicht so recht, was du meinst.
Durch die steile Filterung des Wandlers bei 44,1 kHz wird natürlich das Obertonspektrum verändert, genau genommen wurden alle Obertöne eliminiert und es ist nur noch die Grundschwingung von 10 kHz übrig geblieben. Dann werden selbstverständlich die ausgangsseitig am Mixer übrig gebliebenen Sinusschwingungen genau gleich klingen, jedenfalls, nachdem man sie gleich eingepegelt hat.
Das reine elektronische Verstärken eines Signales ändert dessen Spektrum aber nicht, das würde erst geschehen, wenn man eine Stufe übersteuert, wes bekanntlich mehr oder weniger heftige Harmonische erzeugt (Verzerrungen).
Das lauter Spielen eines Instruments, das mehr Obertöne erzeugt bzw. diese verstärkt darf damit nicht verwechselt werden.
Warum aber ist beim gefilterten Rechtecksignal das Restsignal lauter als beim Dreieck-Signal?
Da ich solchen Fragen gerne auf den Grund gehe, habe ich auch hier mal das Oszilloskop bemüht und dabei die FFT-Spektrumanalyse dazu geschaltet.
Hier die Ergebnisse:
Zunächst das Spektrum einer 10-kHz-Sinuns-Schwingung:
Es gibt nur einen "Zacken", weil das Signal nur die eine Frequenz von 10 kHz beinhaltet.
Hier das Rechtecksignal:
Und hier das Dreiecksignal:
Man sieht gut, wie beim Dreiecksignal die Harmonischen im Pegel viel stärker abfallen wie beim Rechtecksignal.
Der p-p-Wert (Scheitel-Scheitel-Signalwert - hier 4,04 Volt) sagt nichts über den gesamt-Energiegehalt des Signals aus, der setzt sich aus allen Signalkomponenten zusammen, was schon mal gehörte Lautstärkeunterschiede bei Signalen mit demselben p-p-Wert erklären kann.
Entscheidend für den höheren Pegel des (stark) gefilterten Rechtecksignals ist aber der Pegel der Grundschwingung selber (der ganz linke "Zacken"). Und diese hat beim Rechtecksignal einen höheren Pegel als beim Dreiecksignal, hier einmal nachgemessen:
Als Differenz werden hier immerhin 400 mV angezeigt, das sind 10% mehr als beim Dreiecksignal. Bei der 1. Harmonischen konnte ich sogar 1,36 V Differenz messen (ohne Abb.).
Da beim X32 nur die Grundschwingung übrig bleibt und beim Q502 die Obertöne umso stärker gedämpft werden, je höher sie liegen, muss das gefilterte Rechtecksignal bei beiden Mischern hörbar lauter sein.
Nochmal möchte ich betonen, dass ich bei angeglichenen Pegeln in keinem Fall einen Unterschied hören konnte zwischen den Signalen, auch nicht beiden ungefilterten Signalen (ich höre noch bis knapp 14 kHz).
neben dem, dass es nichts bringt mit höheren sampleraten aufzunehmen, gibt es eine nicht oft erwähnte gefahr. digital lassen sich leicht nichtharmonische verzerrungen mit erheblichem pegel im bereich von 22khz und darüber erzeugen (mit plugins in form von kompressor und diversen sättigungs-/verzerrungstools). das hört man natürlich erst mal nicht, weil das die meisten audiosysteme nicht an unser ohr bringen und wir es natürlich auch sowieso nicht wahrnehmen könnten weil über der hörschwelle. auch die bandbegrenzungsfilter bei 96khz in den wandlern sind in der regel unproblematisch, weil sie weich abfallen und hoch ansetzen.
wenn dann allerdings für das ausgabeformat nach dem mischen/mastern die samplerate heruntergerechnet wird, kommen wieder steile begrenzungsfilter ins spiel, die erhebliches aliasing (spiegeln von freqenzen über der grenzfrequenz in den hörbereich hinein) erzeugen können. die samplerate die bei den zuhörenden ankommt ist heute fast in jedem fall 44.1 oder 48khz.
aus oben erwähntem grund hat man aber mglw. nicht mitbekommen (ausser man nutzt einen spektrum analyzer in der DAW zur kontrolle), was man da angerichtet hat. auch das aliasing ist vllt. nicht sofort zu identifizieren, verschlechtert aber trotzdem den klang deutlich. im direkten vergleich merkt man es dann mglw.
Wenn der dem Wandler vorgeschaltete (digitale) Filter sauber ausgeführt wurde, dann sollte auch hier Aliasing keine Rolle spielen.
Aber zumindest theoretisch könnte es schon ein Problem mit solchen Ultraschallfrequenzen geben, vor allem, wenn sie einen hohen Pegel haben. Wenn ich ein Projekt mit 96 oder gar 192 kHz habe und der DA-Wandler entsprechend ausgibt, dann könnten an einem Hochtöner tatsächlich mal z.B. Frequenzen im 30-kHz-Bereich mit hohem Pegel anliegen (die nachgelagerten analogen Komponenten habe ja typischerweise hohe Grenzfrequenzen). Diese würden wir natürlich nicht hören und deshalb die Lautstärke nicht zurückdrehen oder schnell muten, die Folge wäre ein Zerschießen des Hochtöners!
Wenn also beim Abhören des Mixes plötzlich der Hund fluchtartig den Raum verlässt ist große Vorsicht angeraten.
P.S.
Vielen Dank für die vielen Zustimmungen und die ´leckeren´ Kekse!
An dieser Stelle bin ich aber auch voraussichtlich wieder raus aus der Diskussion. An diesem langen Wochenende gab es für mich viel freie Zeit und Faulenzen war angesagt, da hatte ich mal wieder mehr Zeit, hier im Forum zu schreiben, wobei mir dieses Thema hier über den Weg lief. In den nächsten Wochen bin ich wieder viel beschäftigt, u.a. mit einigen aufwändigeren Konzerten.
Da mich die Wandler-Technik sehr interessiert, habe ich mich mal sehr intensiv damit auseinander gesetzt und bringe hier gerne mit ein, was ich darüber weiß. Leider ist die Digitaltechnik wenig anschaulich und vieles ist grundsätzlich anders als in der "guten alten" analogen Audio-Welt. Das führt immer wieder zu Verwirrungen und Missverständnissen.
Aber keine Sorge, ich habe nicht nur am PC gesessen, sondern auch viel frische Luft und Sonne genossen. Gestern habe ich z.B. mit unserer kleinen Tochter einen Rad-Ausflug zur großen Klima-Kundgebung nach Keyenberg gemacht. War eine tolle Stimmung dort!
