DA-Wandler ohne Glättungsfilter

[pschelbert]

FG: bei 44.1kHz starken Abfall ca -1.3dB, immer noch zuviel Abfall bei 192kHz (Soll 20Hz-20kHz +-0.1dB)

Hallo,

ich hab immer noch ein wenig Probleme mit der Interpretation des F-Gangs bei DACs.
Bei den verlinkten Metrum Messschrieben, passt für mich die Impulsantwort zum F-Gang. Der frühe sanfte Abfall kommt ja (in der FFT) durch die zunehmend geringeren Amplituden hoher Frequenzen. Das korreliert gut mit der Impulsantwort (deren FFT ja dann den gezeigten F-Gang ergeben muss), die dann eben den steilen Anstieg oben "verrundet" (natürlich auch das untere Ende der abfallenden Flanke).
Soweit sind die Messungen des Metrum DACs für mich zusammenpassend (FFT der Impulsantwort ergibt den F-Gang - Korrelation entspricht der mathematischen Theorie).

Wenn ich dann die Impulsantworten von FIR-DACs ansehe und deren F-Gang, passt da für mich der mathematische Zusammenhang nicht.
Deren Impulsantwort mit deutichen Vor- und Nachschwingern und deutlich flacheren An- und Abstiegsflanken (als das Eingangssignal), müsste in einer FFT (also dem F-Gang) eigentlich deutlich fürher einen Abfall bei hohen Frequenzen zeigen und/oder eine Welligkeit - auf jedenfall müssten derart starke Veränderungen des Eingangssignals sich im F-Gang (also der FFT) deutlicher bemerkbar machen. Es sei denn, die FFT-Anteile der Vor- und Nachschwinger gleichen diesen fehlenden Anteil des eigentlichen Impulses wieder aus (der F-Gang erfasst ja ein ganzes Zeitintervall.... (...dann ist aber die Messmethode bzw. die Interpreatation des F-Gangs mehr als irreführend...).

Vielleicht kann mir das mal Einer der mehr von Messtechnik und FFT versteht, erklären...

Grüsse Joachim

Hallo Joachim

klar hängt der FG und die Impulsantwort zusammen.
der Frequenzgang hat eigentlich:
-Amplitude und Phase
oder
-Real und Imaginärteil

was dasselbe ist. Man muss also Real und Imag betrachten.

Nun man kann eben mit FIR Filter äusserst präzise und steile Filter erzeugen.
Die Phase kann man zudem unabhängig (mehr oder weniger) einstellen ohne den Amplitudengang zu ändern.

Das ist der riesige Vorteil.
Wenn du also Preringing weghaben willst, kein Problem kannst du haben, mit einem FIR das Minimalphasig ist.
Willst du ein linearphasige FIR, dann ist das Pre und Postringing eben symmetrisch.
Die Mathematik stimmt da gibt es keine Zweifel.

In Filterdesignprogrammen lässt sich da einiges einstellen. z.B. mit acourate (von Uli Brüggemann) kann man einstellen wie "phasig" man es haben will.

in "acourate" z.B.: TD-Functions/Phase Extraction

Die Phase ändert dann natürlich die Impulsantwort ohne dass der FG-Amplitudengang sich ändert!

Ist also wie ein Wunder, nicht wahr. Man kann den Fünfer und das Weggli (Schweiz) haben oder in Deutschland heisst es allenfalls die D-Mark bzw. den Euro und das Weissbier...

Peter

[uli.brueggemann]

Das ist dem Umstand geschuldet, dass der 10kHz mit 96kHz eine andere Umrechnung / Auflösung (500µs/div) braucht als mit 44.1 (20µS/div, entspr. Eingangsposting-Messung), um in etwa im gleichen Maßstab dargestellt zu werden.

Sorry, das versteh ich nun wiederum nicht. Du misst doch mit dem Oszi am Analogausgang des DACs einen 10kHz Sinus. Ob der Sinus vor dem Ausgang mit einer Abtastrate von 44.1 kHz oder 96 kHz oder ... erzeugt wurde, spielt doch keine Rolle für den Oszi.
??

Grüsse
Uli

[pschelbert]

Hallo

ja das obere Signal ist ca. 10kHz während das unter ca. 450Hz ist ausgelesen über usec/div.
Da hat Uli recht.

Peter

[Diskus_GL]

klar hängt der FG und die Impulsantwort zusammen.
der Frequenzgang hat eigentlich:
-Amplitude und Phase
oder
-Real und Imaginärteil

was dasselbe ist. Man muss also Real und Imag betrachten.

Hallo Peter,

Danke, für die Erklärung.
Das heisst, daß ich im F-Gang alleine eines DACs dessen Signalveränderung nicht immer erkennen kann - ja, das mich der F-gang sogar in die Irre führt!
Denn die Signalveränderungen des NOS-DACs erkenne ich ja im F-Gang (was ihn erstmal "schlechter" aussehen lässt) obwohl er deutlich geringere Signalveränderungen macht als ein FIR-DAC (dessen F-Gang vermeintlich "besser" aussieht).

Grüsse Joachim

PS.: Die zwei Messungen beim Metrum DAC mit Sinus bei -90db sind Signale bei sehr geringen Pegel - wo nur noch sehr wenige Bits verfügbar sind - also auch da wird das "Eingangssignal" recht gut reproduziert...

[pschelbert]

Hallo Joachim

der F-Gang sagt weder bei NOS-Dac noch bei FIR DAC Alles aus.
Was meinst Du mit Signalveränderungen? Sobald ein Singal bandbegrenzt wird treten Signalveränderungne immer auf, es geht ja Information verloren.
Nur soll die Information die verlorengeht eben nicht hörbar sein, das ist der Trick.

Immer F-Gang (Amplitude) und Phase beiziehen.

Im Zeitbereich kannst du das Signal locker ändern ohne den F-Gang (Amplitude) zu beeinflussen.

Peter

[Diskus_GL]

Immer F-Gang (Amplitude) und Phase beiziehen.

Hallo Peter,

Danke - zeigt es mir doch (einmal mehr), daß der F-Gang sogut wie unbrauchbar ist für eine Bewertung (besonders bei Komponeten mit Filtern - ich kenne das auch von Boxen und Frequenzweichen, wo allerdings der Phasengang oft mit dargestellt wird).
..und damit relativieren sich auch die -1,3db bei 20kHz des Metrum...

Grüsse Joachim

PS.: Signalveränderungen machen alle...klar, aber das perfide an den FIR-DACs ist ja, daß sie sowohl im Signalpegel als auch im zeitlichen Verlauf das Signal verändern - eben durch die Überlagerung des Pre- und Postringings (bei entsprechendem Signalverlauf). Diese Form der Signaländerung wirkt sich eben im Musiksignal vielfältger aus als die nur (geringe) Pegelmässige Veränderung durch einen NOS-DAC (die ja beim FIR-DAC auch da ist - Abflachung der Anstiegsflanken - aber eben nur durch die Messmethode/Darstellungsform im F-Gang nicht erkennbar ist). Diese Form der Signaländerungen sind auch für die Hörwahrnehmung viel kritischer.
Die reine pegelmässige Änderung eines NOS-DACs des Musiksignal ist eher wie ein Klangfilter, der aber die Transienten (bzw. die steilen, apprupten Signalflanken) des Musiksignals erhält... was ja auch gut zu den geschilderten Höreindrücken passt...

[RS.schanksaudio]

Danke - zeigt es mir doch (einmal mehr), daß der F-Gang sogut wie unbrauchbar ist für eine Bewertung (besonders bei Komponeten mit Filtern - ich kenne das auch von Boxen und Frequenzweichen, wo allerdings der Phasengang oft mit dargestellt wird).

Nein, das stimmt so nun auch nicht. Es ist nur eine Sicht auf das Objekt, aber keine vollständige, dass hatte Peter auch so gemeint. Wenn hier aber schon markante Dinge zu erkennen sind (wie ein Abfall zu höchsten Frequenzen im Hörbereich hin) dann kann man schon mal nachforschen, warum dies so ist. Ich persönlich tue mich mit der Hörbarkeit eines 20 kHz Tons sehr schwer und von Pegelabweichungen von -1 db in diesem Bereich erst recht.

Viele Grüße
Roland

[Fujak]

Hallo Peter und Uli,

ja das obere Signal ist ca. 10kHz während das unter ca. 450Hz ist ausgelesen über usec/div.
Da hat Uli recht.

man sollte in seiner Mittagspause keine komplexen Tätigkeiten wie einen File-Upload tätigen. Dann passiert in der Hektik, was mir passiert ist, nämlich die falsche Datei mit dem Kammerton "a" 440Hz eingesetzt. Nun habe ich die richtige Datei mit 10kHz und 24/96 Samplerate eingesetzt. Sorry für die Verwirrung.

Grüße
Fujak

[Diskus_GL]

Wenn hier aber schon markante Dinge zu erkennen sind (wie ein Abfall zu höchsten Frequenzen im Hörbereich hin) dann kann man schon mal nachforschen, warum dies so ist. Ich persönlich tue mich mit der Hörbarkeit eines 20 kHz Tons sehr schwer und von Pegelabweichungen von -1 db in diesem Bereich erst recht.

Hallo Roland,

nachforschen, warum dem so ist...deswegen ja meine Fragen und meine Schlussfolgerungen...

Dieser F-Gang hat eben nichts mit der "Hörbarkeit" von Tönen zu tun (weshalb Du ja auch die "Auswirkungen" nicht in Form von "zu wenig Höhen" o. ä. wahrnimmst - genauso wenig wie man eine einzelnen Sinuston von 20kHz "hört").
Das eine - die FFT-Transformierte Darstellung - hat mit dem Anderen - dem Wahrnehmen einzelner Sinusschwingungen - nichts zu tun.
Wie bereits geschrieben, auch der FIR-DAC hat einen "Höhenabfall" (sichtbar in Form der gegenüber dem Eingangssignal verringerten Anstiegs- und Abfallflanke). In der FFT wird das eben durch die Anteile der zeitlich vorher und nachher stattfindenden zusätzlichen "Signale" ausgeglichen (da die FFT ja eine "statistische Mittelung über einen Zeitraum macht).
Was das Gehör damit macht ist ja nochmal einen andere Geschichte - auch die tonale Erkennung (die ja z. B. nur so um die 630 Unterscheidungen bez. tonaler Unterschiede macht) muss ja aus dem Summensignal (dem Musiksignal) die einzelnen Anteile jeder Schallquelle separieren (um z. B. die jeweiligen erkannten Tonhöhen dem entsprechend separierten Instrument zuordnen zu können). Genau auf die Voraussetzungen für diese Separierung hat eben eine Signalveränderung wie sie durch einen FIR-DAC erfolgt eine grössere Auswirkung als die rein pegelmässige eines NOS-DACs (die man zudem noch sehr einfach z. B. durch eine digitale Pegelkorrektur ausgleichen kann - wobei fast jede Box hier deutlich grössere Pegeländerungen macht...).

Deshalb hören eben die meisten - wie Du und ich - keinen Höhenabfall eines NOS-DACs, dagegen aber dessen verbesserte Wiedergabe von Transienten, bessere Lokalisierung, Raumeindruck etc... (eben all das was bereits geschrieben wurde). Das passt wiederum recht gut zu den möglichen Auswirkungen auf die Separation des Gehörs, und nicht zu Auswirkungen von Veränderungen die die Tonalitäsempfindung beeinflussen.

Grüsse Joachim

PS.: "Hören" ist weit mehr als nur das Erkennen tonaler Unterschiede in den zwei an den Ohren ankommenden Summensignalverläufen...

[Buschel]

Hallo Joachim,

Signaltheorie ist nicht immer einfach verständlich. Wichtig zu verstehen ist z.B., dass das zeitdiskretre Signal von einer CD eben nicht treppenförmig ist. Es handelt sich eigentlich nur um eine Folge unendlich kurzer Pulse mit bestimmter Amplitude (sogenannte Diracpulse). Auf einem Oszi sähe das aus wie eine Folge von Nadeln unterschiedlicher Höhe, mit viel Null dazwischen. Dies, und nur dies ist bei einem PCM-Signal wirklich gespeichert.
Ein DAC macht daraus entweder Stufen (den Wert einer Nadel beibehalten bis zur nächsten Nadel), oder berechnet Zwischenwerte (Oversampling). Die Art der Zwischenwertberechnung bestimmt das Verhalten im Frequenz- und Phasenverhalten. Dabei gilt -- analog zur Heisenbergschen Unschärferelation: je steiler im Frequenzbereich, desto ausgedehnter im Zeitbereich -- und umgekehrt. Sprich: Je steiler ein Oversamplungfilter ist, desto mehr ringing. Je kürzer das Fitler im Zeitbereich (NOS), desto flacher die Wirkung im Frequenzbeeich (Aliasing, IMD). Das ringing kann dabei beliebig zwischen Pre- und Postringing verschoben werden -- auf Kosten des Phasenverhaltens (= Gruppenlaufzeit). Alles nur tradeoff.

Deswegen: NOS ist nicht ideal. Es ist nur eine spezielle, und auch einfache Wahl, der Implementierung, die spontan nach dem erwarteten und fälschlicherweise als zeitrichtig bewerteten Stufensignal aussieht.

NOS als richtig für die Wahrnehmung zu bezeichnen, ist meiner Meinung nach falsch. Es trifft aber vielleicht eher deinen Geschmack und deckt sich mit deinem vereinfachten Verständnis von Signaltheorie.

Gruß,
Andree

[RPWG]

Hallo Joachim,

Dieser F-Gang hat eben nichts mit der "Hörbarkeit" von Tönen zu tun (weshalb Du ja auch die "Auswirkungen" nicht in Form von "zu wenig Höhen" o. ä. wahrnimmst - genauso wenig wie man eine einzelnen Sinuston von 20kHz "hört").
Das eine - die FFT-Transformierte Darstellung - hat mit dem Anderen - dem Wahrnehmen einzelner Sinusschwingungen - nichts zu tun.

Das verstehe ich jetzt nicht. Das heißt, wenn ich irgendwo ein Notchfilter bei 1 kHz einbaue und auch in Betrag und Phase messen kann, hat das nichts damit zu tun, dass ich die 1 kHz plusminus x nicht mehr höre? Bei 20 kHz leuchtet mir das noch ein (obwohl eine Fledermaus das Gegenteil sicher bestätigen könnte), ich höre auch keine winzigen Pegelunterschiede bei 20 kHz, da ist aber auch die Voraussetzung eine andere, nämlich dass ich da sowieso nichts mehr höre ... korrigier mich wenn ich das missinterpretiere!

Gruß
Roman

[Truesound]

Ich habe hier nochmal ein Video was die Sache besser verständlich macht...
Den USB Wandler habe ich neulich gebraucht für 40 Euro gesehen...

Filterringing sieht gut aus auf den Messgeräten...Die "Impulse", mit denen man es in der Musik real zu tun hat, sind auch für die Bandbreite eines digitalen Systems langsam genug. Und auch das Gehör ist für noch schnellere Anstiegszeiten schlecht gerüstet. Solche steilen Flanken werden schon von der Luft gedämpft, und auch das schräge Auftreffen oder Abstrahlen von Membranen in Mikrofonen, Lautsprechern, und auch dem Trommelfell des Ohrs, sorgt dafür daß Impulse verschliffen werden. Es ist also schlicht kein für die Realität relevantes Problem.

D/A and A/D | Digital Show and Tell
https://www.youtube.com/watch?v=cIQ9IXSUzuM

Grüße Truesound

[Diskus_GL]

Das verstehe ich jetzt nicht. Das heißt, wenn ich irgendwo ein Notchfilter bei 1 kHz einbaue und auch in Betrag und Phase messen kann, hat das nichts damit zu tun, dass ich die 1 kHz plusminus x nicht mehr höre? Bei 20 kHz leuchtet mir das noch ein (obwohl eine Fledermaus das Gegenteil sicher bestätigen könnte), ich höre auch keine winzigen Pegelunterschiede bei 20 kHz, da ist aber auch die Voraussetzung eine andere, nämlich dass ich da sowieso nichts mehr höre ... korrigier mich wenn ich das missinterpretiere!

Hallo Roman,

Tonale Erkennung ist nur ein Teil der Hörwahrnehmung. Die Analogie der FFT-Darstellung (also der Darstellung eines zeitlichen Signalverlaufs als Summe von Sinusschwingungen) mit der Hörwahrnehmung funktioniert, weil das Gehör eine ähnliche Funktion hat - die spektrale Zerlegung (eine von mehreren, die an der Hörwahrnehmung beteiligt sind). Der Notchfilter, mit dem Du bei 1kHz das Signal veränderst, wirst Du bez. der tonalen Wahrnehmung hören... bei allen Schallquellen, die Dein Gehör aus den zwei an den Ohren ankommenden Signalverläufen separiert hat... und das funktioniert zwar wahrscheinlich mit der spektralen Zerlegung, aber eben nicht damit allein (die ist dafür nur ein Mittel zum Zweck..).
Ob das Timbre einer Geige einer Konzertaufnahme (oder das Kreisen des Beckenbesens) oder das Klavier oder die Stimme des Sängers durch deinen 1kHz Notch-Filter "anders" klingt, ist ja erst möglich, wenn dein Gehör "erkannt" hat, welcher der durch die spektrale Zerlegung erkannten "Töne" zur Geige, welche zum Klavier, welche zu den anderen Geigen, welche zur Sängerin usw. gehören (...dann kann es auch "erkennen" wo in Bezug zueinander die Geigen, das Klavier, die Sänger etc. im Raum sind).
Für diese (Schallquellen-)Separierung (die offenbar auch eine Erkennung und manches mehr beinhaltet) ist mehr Analyse der beiden an den Ohren ankommenden Signalverläufe nötig, als sie nur spektral in ihre Tonhöhen zu zerlegen...
Die Höreindrücke, über die wir hier in Bezug auf Unterschiede von DACs reden, sind m. M. n. weit von der tonalen Einordnung des Gehörs entfernt...

@Andre: Warum so kompliziert mit Signaltheorie... das Stereo-Signal ist doch rel. einfach... Ich gehe die "Ursachenforschung" lieber von der anderen Seite an - vom Gehör... Das ist zwar auch nicht einfach, aber da entstehen die Höreindrücke, auf die es ankommt und über die wir hier letztendlich diskutieren....

...ich fürchte wir entfernen uns (schon wieder) vom Thema.... auch wenn hier fast alles immer wieder aufs "Hören" zurückfällt...

Grüsse Joachim

[Tinitus]

Hallo,

@Fujak Danke für die Messungen, die zeigen, dass eine neuseeländische Schwalbe noch keinen Sommer macht oder anlässlich des 400 Todestages Shakespeares Much ado about nothing

@Sven Danke für den Link zum Video bei weitem der Beitrag mit dem für meine Wenigkeit größten sittlichen Nährwert in diesem Thread

Wobei die Grundlagendiskussion, die durch die neuseeländische Schwalbe ausgelöst wurde durchaus interessant war.

Gruß

Uwe

[RPWG]

Hallo Joachim,

...ich fürchte wir entfernen uns (schon wieder) vom Thema.... auch wenn hier fast alles immer wieder aufs "Hören" zurückfällt...

Ich habe deine von mir zitierte Passage so verstanden, als könne man deiner Meinung nach von einem in Betrag und Phase charakterisierten System nicht auf dessen gehörmäßig wahrnehmbare Beeinflussung schließen, daher auch mein Holzhammer-Gegenbeispiel mit dem Notchfilter. Ob das irgendwelche Instrumente sind, oder Rauschen, ist doch wurscht . Man nimmt die Pegeländerung jedenfalls wahr, es sei denn die Sensitivität des Gehörs ist im betreffenden Bereich so gering, dass es auch nicht mehr ausmacht. Dass das Gehör nicht nur auf Pegeländerungen basiert, will ich damit gar nicht in Frage stellen.

Das Filter-Ringing ist nichts weiter als ein Effekt der Bandbreitenbegrenzung, was Truesounds verlinkter Beitrag (und sein nachträglich erweiterter Post) nochmals zeigt und damit schließt sich der Kreis auch wieder zum Thema, messe ich nämlich den sogenannten "FIR-DAC" mit linearphasigem FIR-Interpolationsfilter+analogem Trivialfilter und transfomiere die Impulsantwort in Betrag und Phase über der "Audio-Bandbreite", dann kommt da nach Abzug der Exzessphase im Idealfall gar keine Phasenverzerrung mehr raus, sondern eine Nullphase. Gleiches gilt für den Betragsfrequenzgang. Da weiß ich absolut nichts "perfides" dran zu finden...

Grüße
Roman