Klangunterschiede bei digitalen Transportern

[Ralf Koschnicke]

Hallo Uli,

ja dann haben wir doch den Schwachpunkt des ganzen Upsamplings und die Erklärung dafür, warum so oft Resampler mit mehreren Qualitätsstufen in "höherer Qualität" gar nicht so besonders klingen. In dem Thread "Warum sind -135dB hörbar?" habe ich ja ein verhältnismäßig simples Experiment mit der Addition von nur 10 Signalen gleichen Pegels geschildert. Schon dabei machen sich die Rundungsfehler bemerkbar. Nun werden für jedes Sample dann schon mal meherere Tausend Additionen durchgeführt und dann noch mit zum Teil sehr niedrigen Werten.

Also auf der einen Seite brauche ich einen möglichst langen Filter und auf der anderen Seite brauche ich dann aber sehr hohe Rechengenauigkeit. Die Balance zwischen Beidem liefert wohl den mehr oder weniger idealen Kompromiss. Ein auf dem Papier toller Upsampler mit vielen Stützstellen macht das Signal dann wohl sehr leicht eher schlechter als besser, wenn die Rechengenauigkeit nicht passt. Oder? ... ich weiß, Du benutzt 64 bzw. 128 Bit.

Grüße
Ralf

[axxxxx]

Danke Uli!

Jetzt habe ich es begriffen.

D.h. aber auch, daß das nackte Signal, trotz der "Lücken", möglicherweise näher an der Wahrheit dran sein kann, sich aber möglicherweise nicht "besser" anhört, weil die Wahrheit manchmal (zu) hart klingt.

Um es mal metaphorisch auszudrücken.

Gruß,
Kai

[play-mate]

Hallo Uli,

Also abgesehen davon, dass das interpolierte Upsampling vorerst eine Massnahme für niedrigeren Jitter ist, so ist es auch so, dass die "originale" 44.1 kHz Datei nur eine recht grobe Approximierung des (analogen) Musikstücks ist.

Daher kann man mit einer gewissen Berechtigung auch versuchen dem kantigen und unvollständigen Nyquist-Shannon Abtasttheorem der CD, die fehlenden Samples zurück zu geben.

Es ist zwar rein Mathematisch/Analytisch ein Verbrechen diese fehlenden Punkte einzusetzen, aber in der Praxis entscheidet der Aufwand & die Genauigkeit des sinc-Filters über den möglichen Erfolg. Es wird davon immer wieder davon ausgegangen dass der 44.1 kHz Standard in Praxis einfach perfekt ist...

Wenn das die Ausgangsposition der Diskussion ist, hat es nichts mit aktiven Hören zu tun ... oder ?

Gruß Leif

[uli.brueggemann]

Hallo Uli,
ja dann haben wir doch den Schwachpunkt des ganzen Upsamplings und die Erklärung dafür, warum so oft Resampler mit mehreren Qualitätsstufen in "höherer Qualität" gar nicht so besonders klingen. In dem Thread "Warum sind -135dB hörbar?" habe ich ja ein verhältnismäßig simples Experiment mit der Addition von nur 10 Signalen gleichen Pegels geschildert. Schon dabei machen sich die Rundungsfehler bemerkbar. Nun werden für jedes Sample dann schon mal meherere Tausend Additionen durchgeführt und dann noch mit zum Teil sehr niedrigen Werten.

Also auf der einen Seite brauche ich einen möglichst langen Filter und auf der anderen Seite brauche ich dann aber sehr hohe Rechengenauigkeit. Die Balance zwischen Beidem liefert wohl den mehr oder weniger idealen Kompromiss. Ein auf dem Papier toller Upsampler mit vielen Stützstellen macht das Signal dann wohl sehr leicht eher schlechter als besser, wenn die Rechengenauigkeit nicht passt. Oder? ... ich weiß, Du benutzt 64 bzw. 128 Bit

Hallo Ralf,

klar, das geht alles in die Rechnung mit ein. Ich rechne bei Acourate mit 64 bit float. Viele Audioprogramme nur mit 32 bit (ich weiss Leif, cPlay ist da hervorragend).

Ein interessanter Auszug aus dem hervorragenden Online-Buch Digital Signal Processing auf http://www.dspguide.com:

The speed of the convolution also dictates the precision of the calculation. This is because the round-off error in the output signal depends on the total number of calculations, which is directly proportional to the computation time. If the output signal is calculated faster, it will also be calculated more precisely. For instance, imagine convolving a signal with a 1000 point filter kernel, with single precision floating point. Using standard convolution, the typical round-off noise can be expected to be about 1 part in 20,000 (from the guidelines in Chapter 4). In comparison, FFT convolution can be expected to be an order of magnitude faster, and an order of magnitude more precise (i.e., 1 part in 200,000).

Grüsse, Uli

[veloplex]

Hallo,

ich habe nicht viel Ahnung von Aufnahmetechnik.
Die heutigen Aufnahmen werden doch alle digitalisiert. Ich vermute, das geschieht mit einer relativ hohen samplingfrequenz (192kHz?). Anschließen wird das Ganze dann ins CD-Format runtergerechnet. Gibt es für diesen Vorgang einen Standart und könnte man, wenn man diesen STandart/Rechenmethode kennt, nicht einfach zurückrechnen?

Nach den bisherigen Betrachtungen meine ich verstanden zu haben, dass möglichst lange Filter für die Genauigkeit des upsamplings vorteilhaft aber sehr rechenintensiv sind. Ist das das Umwandeln und Speichern der Musikdaten mit der entsprechnden Samplingfrequenz nicht prinzipiell im Vorteil?

Gruß Christoph

Edit: Mit "Ist das das Umwandeln und Speichern der Musikdaten mit der entsprechnden Samplingfrequenz nicht prinzipiell im Vorteil? " ist das upsampling einer 44100 Musikdatei auf z.B. 96000 und dem Anschließenden Speichern, anstatt dieses Upsamplinh während der Musikwiedergabe vorzunehmen.

[Rudolf]

Auch von mir ein herzliches Dankeschön an unsere Diskutanten. Das alles ist sehr interessant und - zumindest für Halblaien wie mich - tiefgehend!

Ich bin außerdem froh, dass Kai mir als ähnlich halber Laie (Kai, wenn schon heißt es "absämpeln" ) beispringt und versucht, den praktischen Bogen zu spannen. Den möchte ich nachstehend aufgreifen:

Wenn wir also davon ausgehen dürfen, dass das Upsampeln einer 44,1kHz -Datei in der Regel zu einer Veränderung der Bitgenauigkeit führt, darf man meines Erachtens schon von einem Sounding sprechen.

"Nein!", wird Leif nun aufbegehren, das ist nur bei "schlechten" Upsamplern der Fall: Bei "guten" Upsamplern stelle die Neuberechnung vielmehr eine Annäherung an das beim Masteringprozess verlorengegangene und ursprünglich im 96kHz oder 192kHz Format vorliegende "Originalsignal" dar.

Nun lautet meine Frage: Man muss doch die "Rekonstruktionsqualität" eines Upsamplers auch messen können, sprich man stellt einem Original-192kHz Signal sowohl ein 192kHz-Signal, das aus einem "bitidentischen" Upsampling* des 44,1kHz-Signals gewonnen wurde, als auch ein 192kHz-Signal, das zuvor vom Linn bzw. cMP upgesampelt wurde, gegenüber und schaut mal, wo die Abweichungen so liegen. Ist eine qualitative Differenzbetrachtung ohne Weiteres möglich/zulässig oder muss man vielmehr zusätzlich auch bestimmte Spezial-Zustände wie z.B. den Clipping-Bereich betrachten?

*"bitidentisches" Upsampling = durch Downsampling wieder 1:1 herstellbar

Auf diese Weise hätten wir eine messtechnische Beurteilungsmethode für Upsampler, die durch paralleles aktives Hören korreliert werden könnte.

Viele Grüße
Rudolf

[Franz]

Bitidentität ist eine Mär, es gibt sie schlichtweg nicht. Wer upsampling hörmäßig als "näher an der Wahrheit" findet, der soll es einsetzen. Ich kenne nur meine "Wahrheit" - und die ändert sich auch schon mal von Zeit zu Zeit - , deshalb:

Ist das das Umwandeln und Speichern der Musikdaten mit der entsprechnden Samplingfrequenz nicht prinzipiell im Vorteil?

bin ich diesem Standpunkt näher als anderen. Auf die Qualität des DACs kommt es an und natürlich auf die Qualität des Digitalsignals, welches an den Wandler weitergereicht wird und welches er verarbeiten muß. Dann entscheidet maßgebend, wie der analoge Ausgang dieses DACs gestaltet ist. Alles nur meine unbescheidene Meinung.

Gruß
Franz

[play-mate]

Hallo Rudolf,

... ja richtig; ich bin sofort zur Stelle und sage "Nein"

Ich bin in der Tat wirklich überrascht dass es beim Upsampling nun auch um Bit-Perfektion gegen soll.

Wenn Uli meint, dass weil es beim interpoliertem Upsampling zu Veränderung der Bits kommt, hat er recht. Ich bin aber keinesfalls sicher ob dabei der Begriff "Bit-Perfekt" hier richtig ist. Unter Bit-Perfekt versteht normalerweise dass alle Samples vollständig gelesen und übertragen werden.

Wenn dies eben nicht der Fall ist, kommt es zu digitalem Knistern und zu Unterbrechungen im Signal. Wenn z.B. eine ASIO Verbindung zu kleine Puffer hat, kommt es zu solchen Fehlern. Heutzutage sind hochwertige Hifi Geräte grundsätzlich alle Bit-Perfekt.

Leif

[Bernd Peter]

Hallo Leif,

Ist es denn nicht so, dass der Einsatz von dieser Interpolations Technik einen asynchronen Sampleratekonverter (ASRC Chip) im DAC eben überflüssig macht?

ich bin zwar nicht Gert, aber die Frage kann ich auch beantworten.

ASRC ist ein Jitterkiller, das ist der Zweck. Hat man ein hochsauberes jitterarmes Signal, ist der Einsatz eines ASRC eigentlich unnötig.

Das Eingangssignal wird im DAC vollständig von seinem Takt entkoppelt und mit einer eigenen Clock (eben asynchron) neu getaktet.

Und nebenbei wird natürlich auch versucht, die Musikdaten im angelieferten Rohzustand zu erhalten, da die notwendigen Rechenvorgänge des Upsamplings der Musik eine eigene Charakteristik verleihen können.

Gruß

Bernd Peter

[veloplex]

Nun lautet meine Frage: Man muss doch die "Rekonstruktionsqualität" eines Upsamplers auch messen können, sprich man stellt einem Original-192kHz Signal sowohl ein 192kHz-Signal, das aus einem "bitidentischen" Upsampling* des 44,1kHz-Signals gewonnen wurde, als auch ein 192kHz-Signal, das zuvor vom Linn bzw. cMP upgesampelt wurde, gegenüber und schaut mal, wo die Abweichungen so liegen. Ist eine qualitative Differenzbetrachtung ohne Weiteres möglich/zulässig oder muss man vielmehr zusätzlich auch bestimmte Spezial-Zustände wie z.B. den Clipping-Bereich betrachten?

Finde ich eine sehr gute Idee Rudolf. Aber es wird wohl auch das originale Signal irgendwie (wer weiß wie?) auf 44100Hz heruntergerechnet. Dabei können vermutlich Fehler auftreten.

Bei dem Vergleich der Originaldaten mit den upgesapleten Daten müsste man das wohl berücksichtigen.

Gruß Christoph

[axxxxx]

Junx,

bevor die interessante Bemerkung von Christoph im allgemeinen Getümmel untergeht, zitiere ich sie nochmal, denn wenn es denn so wäre, dann wäre der Drops doch gelutscht:

Die heutigen Aufnahmen werden doch alle digitalisiert. Ich vermute, das geschieht mit einer relativ hohen samplingfrequenz (192kHz?). Anschließen wird das Ganze dann ins CD-Format runtergerechnet. Gibt es für diesen Vorgang einen Standart und könnte man, wenn man diesen STandart/Rechenmethode kennt, nicht einfach zurückrechnen?

Aber wahrscheinlich wird nach der Digitalisierung noch soviel am Rohprodukt "gefeilt", daß man dieses mit einem Standard-Algorithmus nicht wieder reanimieren kann.

Gruß,
Kai

[Rudolf]

Hallo Leif,

Ich bin in der Tat wirklich überrascht dass es beim Upsampling nun auch um Bit-Perfektion gegen soll.

dieser Drop - frei nach Kai - ist m.E. doch schon längst gelutscht.

Das aus dem 44,1kHz hochgesampelte, bitidente 192kHz-Signal soll - neben dem als 1. Referenz dienenden 192kHz-Originalsignal - als 2. Referenz beim Vergleich der hier betrachteten Upsampler dienen (alleine deshalb, damit man sehen kann, was gegenüber dem 44,1kHz-Signal so alles passiert ist).

Wobei die Frage durchaus berechtigt ist, wie es denn um den Vergleich von Signalen bestellt ist, die zuvor aus dem Masteringformat "mangelhaft" ins CD-Format heruntergerechnet wurden. Die Qualität des Upsamplers ist meines Erachtens daher auf engste Weise mit der Arbeitsweise des zuvor verwendeten Downsamplers* verknüpft, oder gibt es, wie von Christoph bereits gefragt, in der Studiotechnik hierfür ein Standard-Downsampling?

*im Gegensatz zum Upsampeln kann man beim Downsampeln ja keine wiederherstellbare Bitidentität postulieren.

Viele Grüße
Rudolf

[JoeBroesel]

Die heutigen Aufnahmen werden doch alle digitalisiert. Ich vermute, das geschieht mit einer relativ hohen samplingfrequenz (192kHz?). Anschließen wird das Ganze dann ins CD-Format runtergerechnet

Hi,

das glaube ich nicht. Die Wenigsten werden mit 192 kHz arbeiten, viele werden mit 48k arbeiten, und dann runtersampeln, oder gleich mit 44,1k.

Alle Mehrkanal-Aufnahmen sind mit max. 48 k, das geht technisch kaum höher. Vielleicht kann der Ralf was über seine Kollegen erzählen?

Rainer

[uli.brueggemann]

Leute,

ein bißchen läuft m.E. die Diskussion in die falsche Richtung.
Wenn wir Musik in digitalisierter Form z.B. mit 96 kHz oder auch bis 192 kHz bekommen können (und so auch spielen können) so sollten wir das tun. Weil da denn mehr Information drin steckt als bei einer CD mit ihren 44.1 kHz. Dann brauchen wir nicht up- oder downzusampeln, nur genügend Speicher vorhalten.

Es geht dann also eher darum, dass wir die meiste Musik in Form von CD-Material mit 44.1 kHz oder vielleicht auch mit 48 kHz vorliegen haben.

Die können wir nun 1:1 wiedergeben, Bitperfektion meint hier, dass eben nichts verfälscht wird oder verloren geht. Bitte, wir sprechen hier über Daten, Jitter ist ein anderes Begleitthema und sollte vielleicht parallel, aber nicht hier noch verkomplizierend eingebaut werden.

Oder wir folgen dem Lockruf des Upsamplings. Auch hier lassen wir den Jitter mal ausser Betracht. Es ist auch erst einmal einerlei, ob offline oder online upgesampelt wird. Demzufolge haben wir ein Ausgangsmaterial, welches bandbreitenbegrenzt ist. Für den Begriff Bandbreitenbegrenzung mach ich mir noch ein Tastaturkürzel, so häufig wie ich nun darauf hinweise. Wir brauchen auch nicht zu diskutieren, ob nun der wav-Track welchem analogen Signal auch immer nun bitgenau entspricht. Wir haben die Digitaldaten und wollen das doch wenigstens perfekt in eine analoge Form bringen.

Diese gedachte perfekte analoge Signalform wird durch die Daten repräsentiert. Es scheint für uns, als auch vielleicht für den DA-Wandler einfacher zu sein, wenn man die Abtastpunkte vervielfacht. Ob der dahinter zugrundeliegende Algorithmus Fehler aufweist, lässt sich durch up- und dann wiederum downsampeln nachweisen. Ob die Fehler tolerierbar sind, nur einzig und allein durch das Hörvergnügen.
Die Mathematik ist bekannt. Und der Rest auch.

Es ist also nicht nötig, ein 192 kHz-Originalsignal mit dem 44.1 kHz Signal zu vergleichen und dabei herumzurätseln. Wenn man z.B. vom upgesampeltem Material eine FFT macht und dann z.B. Frequenzen mit 24 kHz auftauchen, dann wissen wir, dass es nicht ok ist. Es braucht denn dann einzig und allein ein Ergebnisvergleich diverser Umsampler stattfinden, analytisch bzw. durch Hören, und schon sollte klar werden, was besser oder schlechter ist. Oder richtiger.

Damit liegt ein Grund für Klangunterschiede bei digitalen Transportern (Thread-Thema) fest. Die andere Ursache, Thema Jitter, wird viel schwieriger zu untersuchen sein. Das betrifft Messbarkeit, Taktqualität, Verbindungsleitungen, Impedanzen etc. etc.

Zumindest hinsichtlich Upsampling finden wir aber Kriterien, anhand derer wir unsere Auswahl treffen können.

Basta cosi.

Früsse, Uli

[Rudolf]

Hallo Uli,

soweit verstanden, denke ich.

Mir ging es bei meinem letzten Beitrag allein um die Frage, ob sich parallel zum Hören ein qualitativer Maßstab für die "Rate-Qualität" von Upsamplern finden lässt, der sich aus dem Vergleich eines von der CD upgesampelten - bandbreitenbegrenzten - 192kHz-Signals gegenüber dem ursprüglichen, "analogen" 192kHz-Signal ergibt (natürlich nur in dem bandbreitenbegrenzten Bereich bis 22050 Hz).

Falls meine Frage technischer Unsinn ist oder wir diese Fragestellung bereits an anderer Stelle besprochen haben sollten, dann bitte ich um einen dementsprechenden Hinweis. Danke!

Viele Grüße
Rudolf