32 bit DA-Wandler

[Michael Burman]

Mit dem Unterschied, dass 32 Bit DA-Wandler den HiFi-Leuten leichter anzudrehen sind als 32 Bit AD-Wandler den Recording-Leuten.

 

[Fantus]

Mit dem Unterschied, dass 32 Bit DA-Wandler den HiFi-Leuten leichter anzudrehen sind als 32 Bit AD-Wandler den Recording-Leuten.

tja, wenn ich mir den ganzen Hifi Voodoo so anschaue, frage ich mich, ob die wissen, wie das überhaupt aufgenommen wurde. Die Micro Kabel waren bestimmt nicht aus grünen Kryptonit

 

[Michael Burman]

Ich kann es mir aber trotzdem durchaus vorstellen, dass man "bald" (sprich in einigen Jahren) sowohl im Consumer- als auch im Profi-Bereich keine 24 Bit AD & DA Wandler mehr findet, sondern nur noch 32 Bit Wandler verbaut werden. Und zwar einfach deswegen, weil es geht. Im Low-Budget-Bereich natürlich erst sobald sie dafür günstig genug geworden sind und die Hardware-Hersteller gerade erst damit anfangen ihre neuen Modelle zu entwickeln, wo sie bereits diese neuen 32 Bit Wandler bei ihrem Hardware-Design berücksichtigten können. Das erste Low-Budget-32-Bit-Interface kommt natürlich von Behringer!

 

[zulu]

Was ich nur nicht verstehe, ist der letzte Satz... Ich dachte immer digitale Signale bestehen aus Waagerechten Strichen zwischen den Samples. Wie sonst käme ich denn auch auf die Idee, dass es Stufen sein könnten? Oder wie meinst du es zwei Punkte mit geraden Strichen zu verbinden?

blau: analoges Signal sowie das rekonstruierte Signal
grün: in fixen, gleichbleibenden Abständen (!) wird abgetastet, die Anzahl der Bits entscheiden nur wie genau (auf der y-Achse) der Punkt den momentanen Wert des analogen Signals trifft => ungenauer heißt einfach nur mehr Rauschen

So zeigen es manche Audioeditoren (fälschlicherweise) an:
rot: Samples mit geraden Linien verbunden
lila: "zero order hold", also der letzte Samplewert wird bis zum nächsten gehalten

Ohne entsprechende Rekonstruktionsfilter sind beide Ansätze schlecht bis unbrauchbar. Das betrifft nicht nur den Frequenzgang, der schon weit vor 20 kHz abfällt, sondern auch nichtlineare Verzerrungen.

Das Argument für 24 Bit Recording war, glaube ich, dass man so nicht nur mehr Dynamik, sondern auch mehr Headroom zur Verfügung hat... Wenn das Eingangssignal allerdings z.B. SNR von 84 dB hat, so bleiben bei 16 Bit Aufnahme immer noch 12 dB für Headroom. Es kommt halt darauf an, welche Dynamik das aufzunehmende Signal hat, bzw. wo dort der Rauschpegel liegt. Und die Sache mit dem Orchester wurde auch noch nicht geklärt. Ich hatte mal gelesen, dass da bis zu 120 dB kommen können. Wenn es Mikrofone gibt, die das alles auch erfassen können, dann wären 24 Bit Wandler schon sinnvoll. Bzw. effektiv 21 Bit: 20 Bit für die eigentliche Dynamik des Orchesters (120 dB) plus 1 Bit (= weitere 6 dB) für Headroom, falls es doch in einem der Peaks bis zu 126 dB sein sollten ). Ich selber mache allerdings keine Orchester-Aufnahmen, sondern benutze fertige Samples, und da reichen mir für meine Zwecke auch 16 Bit Samples. Wenn sie aber ursprünglich mit höherer Auflösung bzw. Bittiefe aufgenommen wurden - um so besser! Was aber z.B. gar nicht geht, sind Samples im MP3-Format.

Ja, der Headroom hängt aber von der Performance des Wandlers ab. Wenn dieser effektiv 20 Bits schafft ist es egal ob 24, 32 oder 64 drauf steht.

Dynamik in einem Konzertsaal liegt im Bereich von ungefähr max. 80 dB. Sicher kann es laut werden (110 dB SPL), aber das "Grundrauschen" (30 dB SPL) ist nicht zu vernachlässigen. (Quelle: Handbook of Recording Engineering - John Eargle)

Sicher ist ein 24 Bit Wandler zur Aufnahme sinnvoll. So hat man mehr Spielraum und Sicherheit sowohl nach oben als auch nach unten.

Melody, zulu: ich habe es extra betont, das kann manchmal mehr, manchmal weniger ausfallen. Und ja, es ist Verzerrung - aber so gesehen sind alle Obertöne an sich Verzerungen bzw. tragen dazu bei. Das macht ja die Tonfarbe eines Instruments überhaupt aus.

Die Rolle der Obertöne braucht man wohl nicht diskutieren, jeder der ein akustisches Instrument spielt, kann es nachvollziehen. Das Beispiel mit Bässen habe ich nur zur Erklärung genommen - verzerrt oder nicht, man hört es, das ist der Punkt. Anderes Beispiel, nimm mal einer Bandaufnahme oder auch nur einem Bass alles weg jenseits von 18 KHz (für die Mehrheit bereits Ultraschall) und schau wie sich der Sound verändert - Ultraschall oder nicht, man hört es in der gefühlten "Fülle" und Färbung, Details werden verwischt etc. Hat nichts mit Audiophilen zu tun, kannst selber mit einer Gitarre oder Bass und einem EQ nachvollziehen. Oder sample mal eine CD runter auf 30 KHz und hör es dir an. Oder vergleiche deine eigene Aufnahmen mit 44.1/16 und 96/24...

Ja, man hört die Obertöne im Bereich der hörbaren Frequenzen.

Wenn du auf einer Orgel den höchsten Ton spielst, dann entspricht das ca. 3.5 kHz. Bei einer Violine ist der Grundton viel niedriger, aber die Obertöne reichen hier bis ca. 16 kHz.
Darüberhinaus mag zwar noch ein bisschen Energie in noch höheren Obertönen sein, aber diese werden alleine schon aufgrund der geringen Lautstärke maskiert. Das ist noch ohne Berücksichtigung der Hörgrenze von ca. 20 kHz (eher niedriger bei Erwachsenen) bzw. der steigenden Unempfindlichkeit mit höheren Frequenzen.

Was das "abschneiden" von Frequenzen betrifft: Beim Resamplen auf 30 (eher 32) kHz wurde sehr wahrscheinlich ein linearphasiger Filter verwendet. Da dieser unter 16 kHz abschneiden muss, ist das Pre-Ringing klar im hörbaren Bereich.
Bei 18 kHz wird es schon schwieriger aber nicht unmöglich den Filter zu hören.

Was den Vergleich betrifft: probier es doch selbst eine 96/24 Datei ordentlich auf 44.1/16 zu resamplen, dann wieder auf 96/24 und die Datei dann mit dem Original zu vergleichen (am besten mit ABX Software).

 

[Michael Burman]

aber das "Grundrauschen" (30 dB SPL) ist nicht zu vernachlässigen.

Na das Grundrauschen gehört doch zur Atmosphäre eines Konzertsaals und muss natürlich in seinem vollen Dynamikumfang mit aufgenommen werden!
(Ich selber kann zwar gerne darauf verzichten, aber ich versuche hier möglichst objektiv zu bleiben. )

 

[Stage73]

Wobei dann die Frage ist ob du als Amateuer denn passendes Drumherumqueipment und KnowHow hast, oder das eher die Grenze ist Du kannst auch bei 16 Bit genauso niedrig aussteuern, wie du es jetzt mit 24 Bit tust.

nein, kann man nicht. Ein 16bit AD-Wandler muss lauter angesteuert werden damit man die Aufloesung ausnutzt. Beim 24 AD-Wandler ist die Auflösung schon so hoch, dass andre Faktoren eine Rolle spielen. Wurde ausfuehrlicher von Michael Burman angesprochen.

Die Quantisierungsfragen und auch Dithering sind ja immer nette Themen fuer Menschen die Theorie'chen lieben und Musik machen mit korrekte Sinuswellen. Hier gibt es ein wirklich wunderbaren Artikel von SoundOnSound mit praktischen Problemen und Audiofiles. http://www.soundonsound.com/sos/feb08/articles/digitalaudio.htm

 

[_xxx_]

Naja, das Quellmaterial zum Rückwandeln muss ja irgendwo herkommen, daher muss man beides betrachten...

 

[Stage73]

theoretisch ja, und wenn man klassische Musik hoert, vielleicht. Sonst ist der Dynamikbereich von fast jedem populären Song ja so reduziert worden, dass ab da 16-Bit völlig reicht. Ich wette ein Bountyriegel darauf, dass 99.9% der Menschheit der Unterschied zwischen 16 und 24 Bit nicht wahrnimmt. Man koennte aus Spass mal die gleichen Patches auf einem Nordlead 2 und 2x abspielen um zu schauen ob jemand den Unterschied hoert.

Es gab auch einen interessanten Artikel in SoundOnSound ueber das Einschleifen von Outboard in DAW-Setups wo auch die Frage "tut das Umwandeln und Zurueckwandeln dann kein Weh??" komplett abgewimmelt wurde (und man redet da nicht ueber das einschliefen von billigen Rackgeraetchen...)

 

[Michael Burman]

Naja, das Quellmaterial zum Rückwandeln muss ja irgendwo herkommen, daher muss man beides betrachten...

Wie bereits am Anfang des Threads gleich in meinem zweiten Beitrag erwähnt, kann das "Quellmaterial" auch direkt im Rechner generiert werden, und zwar mit höherer Dynamik als 192 dB. Einfach Synth-Klänge mit 32 Bit Floating Point berechnen. Dann hast du über 1500 dB Dynamik. Außerdem kann man mehrere Aufnahmen so summieren / mixen, dass der Dynamikumfang größer wird als der jeder einzelnen Aufnahme. In der Praxis macht man allerdings eher das Gegenteil davon: Alle Bestandteile des Mixes werden hoch gezogen und komprimiert, damit im stark komprimierten Mix ja nichts lautstärkemäßig untergeht. Trotzdem kann man AD-Wandler hier gerne mitbesprechen.

 

[Michael Burman]

und die Rechteckform müsste feiner werden.

So wie ich es vermutet habe:

5 kHz Rechteck bei -7 dB im Rechner generiert.

5 kHz Rechteck bei 44,1 kHz; 16 bit:


5 kHz Rechteck bei 96 kHz; 32 bit floating:


5 kHz Rechteck bei 192 kHz; 32 bit floating:


5 kHz Rechteck bei 22,05 kHz; 16 bit:


5 kHz Rechteck bei 16 kHz; 16 bit:


Die Ergebnisse hören sich auch alle unterschiedlich an. Bei 16 kHz Samplerate erklingt/dominiert z.B. 1 kHz Ton, obwohl 5 kHz berechnet! Ich habe nochmal 1 kHz generiert, und es klingt genauso, nur mit weniger Obertönen, sprich ein sauberer 1 kHz Ton.

Hier 1 kHz Rechteck bei 16 kHz; 16 bit auch wieder grafisch:


Die Theorie mag also vielleicht bei Sinustönen funktionieren. Mit Rechteck wird es aber z.B., wie man sieht, schon problematischer. Und Musik ist eine Mischung aus verschiedensten Wellenformen. Ich beginne an die Welten zwischen 44,1 kHz und 192 kHz zu glauben!...

 

[Fantus]

Ich habe gerade versucht das nachzuvollziehen, 44,2 und 96 hört sch bei mir identisch an, 196khz kann ich nicht testen, mangels geeignete Hardware.

Die Bittiefe sollte bei einem Rechteck sowieso egal sein

Wenn du da einen Unterschied hörst, sind das eventuell Artefakte in der Ausgabe, wie hast du denn das genau gemacht?

 

[Michael Burman]

Die Bittiefe sollte bei einem Rechteck sowieso egal sein

Ja, die Bittiefe ist hier nicht so wichtig.

Wenn du da einen Unterschied hörst, sind das eventuell Artefakte in der Ausgabe, wie hast du denn das genau gemacht?

Ich habe Wellenformen rein digital generiert. DA-Wandeln kann mein Interface auch mit max. 96 kHz. Allerdings habe ich bestimmt über den Windows-Treiber abgehört... Du auch? Evtl. macht Windows irgendwas komisches damit. Entweder bei mir oder bei dir. Z.B. alles auf 48 kHz umrechnen oder so etwas?

Aber probier bitte auch mal mit 16 kHz Samplerate und mach sowohl 5 kHz als auch 1 kHz Rechteck. Bei mir hört sich bei 16 kHz Samplerate ein 5 kHz Rechteck nach 1 kHz an, und auch die Software zeigt beim Analysieren 1 kHz statt 5 kHz als Ergebnis...

 

[_xxx_]

Michael, mit Quellmaterial habe ich mich auf "live" Aufnahmen bezogen und zwar mit höherer Abtastrate. Das hast ja oben dann wunderber selber nachvollzogen, setz nur statt Rechteck eine Gitarrenaufnahme oder Geige ein und dann wird es klar was ich gemeint habe mit der Anmerkung "Welten".

Die Verwirrung hier kommt davon, weil von verschiedenen Themen geredet wird - die einen reden vom CD-üblichen bandlimitirten Bereich bis 20KHz und die anderen von echten Instrumenten-Aufnahmen, die eben nicht bandlimitiert sind. Das sieht man wunderbar im verlinkten Video oben, wo die zeigen dass die sample-position egal ist, da das Quellsignal bis 20 KHz limitiert ist. Das stimmt dann aber nicht mehr wenn das Quellmaterial z.B. 96 KHz ist, dann ist das Band bei 48 KHz begrenzt und dann zerrt das ganze viel weniger und klingt somit voller und "luftiger".

Wir können zwar keine Obertöne jenseits von 20 KHz einzeln hören, jedoch wenn sich genügend davon überlagern, erzeugen die wieder Frequenzen im hörbaren Bereich und das merkt man. Das geht in beide Richtungen, das wollte ich mit dem Beispiel Monitorboxen veranschaulichen.

Da wo 1KHz dominiert hast ein schönes Beispiel von Aliasing, wegen zu niedriger Abtastrate. Ist im Prinzip auch als Verzerrung zu bezeichnen. Dasselbe passiert bereits mit Frequenzen jenseits von 15-16 KHz bei 44,1kHz Abtastrate.

 

[Michael Burman]

Da wo 1KHz dominiert hast ein schönes Beispiel von Aliasing, wegen zu niedriger Abtastrate.

Ja, inzwischen nachvollzogen: Der von mir verwendete Software-Generator hat wohl überhaupt nicht gefiltert, sondern Aliasing-mäßig gespiegelt. Sehe jetzt auch keine Einstellungen dazu. Naja, was ich jetzt gemacht habe: 192 kHz Datei in 16 kHz inkl. Filterung umgerechnet (internes Resampling). Und schon ist der 5 kHz Ton wieder da! Aber! Es ist kein Rechteck! Es ist nur eine Handvoll Sinuswellen, die sich überlagern. Wenn ich nach 192 kHz zurück rechne, rekonstruiert sich das Rechteck auch nicht mehr wieder. Ist ja klar, weil alle Teilschwingungen oberhalb von 7 kHz "abgeschnitten" wurden. Bei höheren Raten, also z.B. 96 kHz und 192 kHz war vom 5 kHz Rechteck noch was zu sehen, weil da viel mehr Sinus-Teilschwingungen möglich waren.

Fazit: Um einen Sinus abzubilden reicht wohl die doppelte Abtastrate. Für ein Rechteck nicht! Nur so als krasses Gegenbeispiel zum Sinus.

D.h. wenn wir jetzt 44,1 kHz Abtastrate nehmen, kann dort ein 5 kHz Rechteck auch nicht genügend abgebildet werden. Ein Rechteck kann nach diesem Sampling-Prinzip eigentlich erst mit unendlicher Abtastrate exakt abgebildet werden, aber für uns erst mal relevant: je höher die Abtastrate, um so genauer.

D.h. dort, wo bei Musikinstrumenten, ob echt oder synthetisch, die erzeugten Wellenformen auch nur teilweise in Richtung Rechteck tendieren, wird bei niedrigeren Abtastraten, und dazu zählen auch 44,1 kHz und 96 kHz, statt Rechtecken Sinuswellen wiedergegeben.

Was ist aber mit Lautsprechern, Kopfhörermembranen und unserem Gehör?

ADAM X-Art kann angeblich bis 50 kHz. D.h. Rechteck mit 100 kHz Abtastrate müsste er theoretisch wiedergeben können.
Was ist aber mit unserem Gehör?! Sind wir überhaupt in der Lage Rechteck als Rechteck wahrzunehmen? Oder kann es für unsere Ohren / unser Gehör sogar schädlich sein, so starke Impulse zu empfangen?!

 

[Fantus]

nein, das Ohr arbeiten auch analytisch . der Ton wird mechanisch ( die Schnecke) in einzelne Frequenzanteile aufgespalten und einzelnd von den Nervenzellen "aufgenommen"

Also aus einem Rechteck wird dort auch nur ein Sinus mit ungraden Obertönen

 

[Michael Burman]

Also aus einem Rechteck wird dort auch nur ein Sinus mit ungraden Obertönen

Können wir nun Sinus nur bis max. 20 kHz hören, oder nehmen wir mit unserem Gehör auch höherfrequente Schwingungen irgendwie wahr? Wenn bei 20 kHz Schluss ist, dann müsste eine 44,1 kHz Auflösung eigentlich reichen, auch für Rechteck...

Und was ist mit der Schädlichkeit von Impulsen, die in der Natur evtl. so gar nicht vorkommen, von Menschen aber evtl. generiert werden könnten? Atombombe gab es so, glaube ich, auch nicht direkt naturgegeben.

 

[Stekepego]

Also für das Rechteck ist die Erklärung im Video von Reflex mMn eigentlich echt gut.
Da ja das Rechteck theoretisch aus unendlich vielen/hochfrequenten Sinuswellen besteht, kann eben die Rechteckkurve auch nur bis zu einer bestimmten Zahl an Sinuswellen angenähert werden, die durch eine höhere Abtastfrequenz immer höher wird, also die Annäherung immer genauer.

Rechteck ist eben hier ein Extremfall, weil die Frequenzen ja wirklich sehr, sehr groß bzw. unendlich groß werden. In der (analogen) Musik gibt es ja solche derart hohen Frequenzen meines Wissens nach nicht. Bzw. können die Geräusche alle durch relativ niedrigfrequente Sinuswellen angenähert werden, heißt, es reichen auch niedrigere Abtastraten, um das Signal originalgetreu wiederzugeben.

Wahrnehmen kann man meines Wissens nach auch wirklich nur bis 20kHz, höherfrequente könnte man wie xxx gesagt hat wohl durch Überlagerung wahrnehmen, deren Frequenz dann wieder im hörbaren Bereich liegt.

(Alles hier ohne Gewähr, Signale und System bekomm ich erst dieses Wintersemester )

Edit: Wenn ich mich recht erinnere, sitzt vor der Abtastung sowieso ein Tiefpass, damit höhere Frequenzen als die höchste, die abgetastet werden soll, erst gar nicht abgetastet werden.

 

[Fantus]

als mir ist kein Hinweis, bzw. Doppelblindtest bekannt, der das bestätigen würde, das wir höheres hören könnte.

Du meinst, ob ein starker hochfrequenter Ton, den wir nicht wahrnehmen können, schaden kann? Gute Frage, aber mit genug Energie geht alles kaputt, denke ich mal

Ih frage mich gerade, ab ein Tinitus nicht Artefakte mit hohen Tönen verursachen kann, die man hören kann

 

[Michael Burman]

Du meinst, ob ein starker hochfrequenter Ton, den wir nicht wahrnehmen können, schaden kann?

Das wäre auch eine Frage. Ich meinte oben allerdings generell Impulse.
Impulse gesampelt oder digital generiert mit begrenzten Sample-Raten ergeben Sinus-Teilschwingungen; Lautsprecher / Membranen haben wohl auch ihre Grenzen, was "Impulstreue" angeht. Was würde aber passieren, wenn man echte Impulse (also nicht durch Sinus geglättet bzw. mit Sinus-Teilschwingungen fast unendlich fein abgebildet) auf die Ohren geben würde?... Ok, zwischen Schallquelle und Ohr ist meist noch etwas Luft dazwischen. Unter einem Kopfhörer ist es aber eine ziemlich kurze Luftstrecke, und bei einem In-Ear-Hörer eigentlich so gut wie keine mehr.

 

[Telefunky]

wir können keine Signalformen anhand von Amplitudenverläufen ihrer Grundwelle unterscheiden
weder Rechteck, noch Sinus, Dreieck oder sonstwas
(wir zerlegen auch nicht in Sinuswellen, das ist die rein mathematische Konstruktion eines bestimmten Modells)

die 'Analyse' des Gehörsystems basiert auf Hörerfahrung, zu der Oberwellen herangezogen werden
ein reiner Sinus hat (so gut wie) keine, ein Rechteck ungeradzahlige, Sägezahn geradzahlige etc
dh ein 12khz Rechteck kann bei hochwertiger Wiedergabe nicht vom Sinus unterschieden werden
(hochwertig deswegen, weil die steilen Flanken Artefakte im Wiedergabesystem erzeugen)

in dem Sinn ist auch die Frequenzangabe der Adam Boxen mit 'bis 50 khz' nicht sonderlich aussagefähig
darin ist keine Angabe über die Güte der Wiedergabe enthalten
man sollte digitale Systeme/Modelle grundsätzlich kritisch betrachten
die Mathematik ist in dem Bereich äusserst tückisch
das Vertrauen in Fliesskomma-Werten aufgrund der möglichen (hohen) absoluten Präzision ist trügerisch
(es sollte immer der Kontext der Berechung berücksichtigt werden)
im Rechnerzugriff habe ich 4 verschiedene DSP Modelle: X86, ARM, Sharc und M56k
die mathematischen Modelle sind chip-spezifisch implementiert und als Folge weicht auch die Audioverarbeitung ab
es gibt dort kein richtig oder falsch... nur unterschiedliche Modelle...

eine hochwertige rein analoge Aufnahme dürfte auch heute noch beeindrucken
... nur hat sie kaum die Möglichkeit, die heimische Bandmaschine zu verlassen - insofern stirbt auch die Hörerfahrung aus

cheers, Tom