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Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Grundlagen der Tontechnik, Literatur- und Linktips

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tillebolle
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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon tillebolle » 07.12.2014, 12:43

alex hat geschrieben:Dass es für diese "Missbildung" einen Namen gibt, finde ich regelrecht beruhigend.

Das stimmt, wenn die Krankheit einen Namen hat wirkt sie gleich weniger bedrohlich.

Meines Erachtens gibt es auf dem Weg zum Expertentum 3 Phasen:
1. Man hat ein ungesundes Halb- oder Viertelwissen, ist aber der Ansicht, eine Materie bereits umfassend durchdrungen zu haben und schämt sich nicht, dieses Halbwissen mit dem Brustton der Überzeugung zum Besten zu geben.
2. Man weiß immerhin so viel um zu erkennen, dass das Problem komplexer ist als man selbst zu durchdringen in der Lage ist. Man kann sich an Diskussionen beteiligen, ist aber zurückhaltend in der Formulierung von "letzten Wahrheiten".
3. Man hat ein umfassendes Verständnis der Materie und ausreichend Erfahrung, um ein Problem zu durchdringen. Man ist sich aber darüber im Klaren, dass auch dieses Expertentum nicht immer vor Fehleinschätzungen bewahrt.

Oder wie einer meiner Professoren im 1. Semester es formulierte:
Wenn Sie Abitur haben meinen Sie, sie wüssten alles. Wenn Sie ihr Diplom haben wissen Sie, dass Sie nichts wissen. Und wenn Sie ihren Doktortitel haben wissen Sie, dass die anderen auch nichts wissen.


Viele Grüße
tillebolle
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alex
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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon alex » 07.12.2014, 13:10

So ein Professor wäre mir wahrscheinlich sympathisch gewesen, nur gab es von denen zu meiner Zeit viel zu wenige.

Wilhelm Busch machte 1874 auf eine ähnliche Entwicklung sich diesen Reim:

    Früher, da ich unerfahren
    und bescheidner war als heute,
    hatten meine höchste Achtung
    andre Leute.
    Später traf ich auf der Weide
    außer mir noch meh're Kälber,
    und nun schätz ich, sozusagen,
    erst mich selber.

tillebolle hat geschrieben:
Wenn Sie Abitur haben meinen Sie, sie wüssten alles.

Zu diesem Stadium fällt mir ein, wie vor Jahrzehnten ein Tonkollege mich während einer Fachtagung zu peinlichem Prusten brachte, indem er während des langatmigen Geschwafels eines Podiumsredners leise mir ins Ohr kommentierte: "Der weiß nix, und nicht mal das."

Grüße, alex
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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon Arno » 07.12.2014, 18:58

Hallo Rainer,

RainerG hat geschrieben:Wir wollen ein Frequenband von 19 kHz ... 20 kHz übertragen - also eine Bandbreite von "nur" 1 kHz!. Dann brauchen wir keine Fs die = oder > 40 kHz ist, sondern nur (!) = oder > 2 kHz !!.


Funktioniert das, indem man das Nutzsignal vorher heruntermischt? Anders kann ich es nicht nachvollziehen.

Arno
Moment, Moment! Haben Sie das gehört? Was für ein seltsamer Ton!

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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon Tonzauber » 07.12.2014, 19:52

Nein

vereinfacht:
wenn Du 19-20khz übertragen willst, und weißt, dass Du wirklich nur diese Bandbreite übertragen willst, dann kannst Du ja bei der A/D Wandlung (wichtig damit die Eindeutigkeit beim Abtasten gegeben ist) und D/A Wandlung (wichtig damit die "fehlerhaften Darstellungen" entfernt werden) alles abschneiden was unterhalb von 19 und überhalb von 20 kHz ist - die ganzen Seitenbänder die bei der D/A Wandlung durch die "nicht-Eindeutigkeit" entstehen, werden ja weggefiltert.
Würdest Du aber so ein "bandbegrenztes" Digitalsignal durch einen D/A Wandler schicken, der die entsprechenden Filter nicht aufweist, so würde grober Müll rauskommen.
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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon tillebolle » 07.12.2014, 21:25

Oder anders formuliert: Die AD-Wandlung "spiegelt" ja alles, was "links und rechts" vom Vielfachen der Abtastfrequenz liegt in's Basisband:
Bild
Wenn Du also vor der A/D-Wandlung mit einem Bandpass alles andere als das gewünschte Band herausfilterst, kannst Du Dir das Heruntermischen sparen.

Viele Grüße
tillebolle
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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon Tomte » 08.12.2014, 14:41

Wen das Thema noch mehr interessiert: Unterabtastung ist hier das Stichwort.

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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon Arno » 09.12.2014, 05:33

Ach, natürlich!
So weit hatte ich gar nicht gedacht. Danke!
Moment, Moment! Haben Sie das gehört? Was für ein seltsamer Ton!

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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon tonstudio96 » 12.02.2015, 00:58

tillebolle hat geschrieben:Hochinteressant!
Stellen wir uns ein sinusförmiges Eingangssignal mit der halben Abtastfrequenz vor, das exakt so mit der Abtastung synchronisiert ist, dass die Abtastung jeweils im Nulldurchgang geschieht, dann würde tatsächlich nix abgetastet und das Signal wäre nicht eindeutig rekonstruierbar.

Nicht, dass der Fall in der Praxis irgendwie relevant wäre, aber trotzdem dürfte dieser laut Nyquist/Shannon nicht auftreten.

Wo liegt da der Gedankenfehler?

tillebolle


Das wird immer wieder gebracht und ist auch richt, aber Shannon besagt ja, dass die Frequenz grösser sein muss, als Faktor 2 und nicht "gleich". Ob man allerdings Signale von 22kHz mit 44,1 gut rekonstruieren kann, muss klar verneint werden, weil es keinen idealen Filter gibt, der exakt rechteckig oberhaben 22,01 trennt. DAS ist das Dilemma. Ich habe auf meiner HP einige Grafiken, die das verdeutlichen und aufzeigen, dass die Phase der HF um so schlechter reproduzierbar ist, je mehr man sich Nyqusit nähert.

Von daher gilt der Grundsatz, dass man 10mal höher abtasten muss, als man messen will, damit man mit real aufbaubaren Filtern klarkommt. Das wird mit den aktuellen 192kHz aber auch weitgehend getan. Zudem sind lineare Verzerrungen im Band 5kHz aufwärts meistens kaum authentisch unterscheidbar, wenn man nicht einen AB-Vergleich hat.

Und um Wasser auf die Mühlen der Analogfreunde zu giessen: In der Tat kommt man auch mit 192kHz bei optimierten AA-Filtern vorne und hinten nicht an das theoretische Signal heran, das man hätte, wenn man voll analog übertragen würde. Praktisch muss aber festgestellt werden, dass die Analogkette sehr rasch auch eigene (andere!) Veränderungen ins Signal bringt (zum Teil sogar nur schwer beherrschbare) und diese x-mal mehr Abweichung vom idealen Signal erzeugen, als das zwischenzeitliche Sampeln und Wiederwandeln durch eine AD-X-DA -Kette.

Mit einem standardisierten Elipsefilter ausreichender Polzahl und dem tatsächlichen Oversampling, das aktuelle Musik-ADCs vollführen, bekommt man ein Signal auf mindestens 100dB SFDR hin und das gilt auch für die Wiederwandlung. Ordentliche Analogvorstufen und Treiber vorausgesetzt ist das allemal ausreichend, um CD-Qualität auszusteuern.

Die Analogfreunde müssen sich nämlich früher oder später fragen lassen, wo ihr analoges Material hingespeichert wird, bzw von wo das kommen soll, was über die HIFI-Anlage abgespielt werden soll. Irgendwo hängt da ja meistens die CD drin, wenn nicht das mp3 :-)

Und dann sind da ja noch die Monitore und das, was sie aus dem ehemals authentischen Signal machen. Wer da je gemessen hat, weiss, dass sein Mischpult nicht der Limiter in der Signalkette ist.

Wo die Digitaltechnik ein Problem sein kann, ist die Latenz, z.B. durch die Prozessoren und die Übertragungswege, z:b auch hin zu Digitalmonitoren. Die produzieren ziemliche Latenzen, nicht aber wegen langsamer CPUs, sondern einfach der Notwendigkeit, eine gewisse Zeitperiode einer Welle abtasten / "sehen" zu müssen, um arbeiten zu können. Dies mit Analogtechnik zu vergleichen, ist aber oft nicht ganz fair, weil man in DSPs Filter bauen kann, die man analog niemals hinbekommt.

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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon hafi69 » 13.02.2015, 12:49

Ich habe auf meiner HP einige Grafiken, die das verdeutlichen und aufzeigen, dass die Phase der HF um so schlechter reproduzierbar ist, je mehr man sich Nyqusit nähert.


Link?
Generell können Frequenzen bis 20khz auf jeden System "sauber" wiedergegeben werden. Alles darüber hat keinerlei Bedeutung.

Von daher gilt der Grundsatz, dass man 10mal höher abtasten muss, als man messen will, damit man mit real aufbaubaren Filtern klarkommt.

Von woher? Das erschließt sich mir überhaupt nicht.

In der Tat kommt man auch mit 192kHz bei optimierten AA-Filtern vorne und hinten nicht an das theoretische Signal heran, das man hätte, wenn man voll analog übertragen würde.


Wie Du ja schnell hinten anfügst: Das ist Unsinn. Es gibt kein Möglichkeit der analogen Speicherung, die an die Eckdaten digitaler Technik heranreicht.
Um nur an 16/44 heranzureichen muss immenser Aufwand getrieben werden.

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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon tonstudio96 » 13.02.2015, 22:09

Hier sind zwei links:

http://www.96khz.org/oldpages/compariso ... d96khz.htm
http://www.96khz.org/oldpages/compariso ... 384khz.htm

Zu der Güte der Rekonstruktion von 20kHz bei 44kHz: Ich habe mich sehr lange und umfassend mit DDS-Techniken befasst und das Thema Schwebungen untersucht. Sieh Dir mal die Stützstellen an, wie die in diesem FAll aussehen. Nur mit einem wirklich extrem (ideal) steilen Filter wird daraus ein oberwellenfreier Sinus. Mit realen Filtern gelingt nur eine Rekonstruktion mit Anteilen der Mischprodukte, die sich aus ft X fs ergaben. Und da sind eben auch welche im Bereich unterhalb der gesampelten Frequenz enthalten. Bei ft=20 und fs = 40 wäre es super, aber bei 20 und 44,1 eben nicht. Du bekommst z.B. je nach Filter eine Phasenverschiebung und einen transientes Verhalten, bis der Filter eingeschwungen ist. Daher die Methodik der Überabtastung und des Headrooms zwischen der Grenzfrequenz des AA-Filters und der Abtastfrequenz.

Die Faustregel Faktor 10 kommt aus der Messtechnik, wo man die zu beobachtenden Frequenzen wirklich genau braucht.

Bei DDS (und ein idealer digitaler Sinus über ein Filter ausgegeben wäre ja nichts anders) geht man von 40% der Abtastfrequenz aus, die genügend gut darstellrbar sind - ein entsprechendes Filter mit vorausgesetzt. Man kann das hindrehen, wenn man bezogen auf die Zielfrequenz die Phasen vorkompensiert - auch mit NL-Vorverzerrung ist einiges zu erreichen. Bei Audio geht es aber nicht wirklich, weil man nicht eine Frequenz bevorzugen kann, weil man sie im Regelfall nicht kennt und ein Gemisch vorliegt.

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Re: Grenzen der digitalen Audiotechnik (adt-audio)

Beitragvon Wolfus » 03.03.2015, 09:01

Genau aus dem Grund läuft ja mittlerweile praktisch jeder Audio AD oder DA Wandler mit massivem Oversampling. Damit wird das Antialiasing Filter digital realisiert, mit wesentlich geringeren Einschränkungen zum Phasengang oder zur Steilheit als es mit Analogfiltern jemals sinnvoll machbar wäre. Das immer noch notwendige Analogfilter im Setup ist nur für extrem hohe Frequenzen auszulegen und entsprechend problemlos.

Ethan Winer lädt auf seiner Webseite jeden ein, zu erraten welche von mehreren .wav-Dateien wie viele Generationen DA und AD Wandlung hinter sich haben.

http://ethanwiner.com/loop-back.htm
'Though nothing shows, someone knows. I wish that one was me. (Procol Harum, Quite Rightly So)


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