Grenzen der digitalen Audiotechnik (Ralf Koschnicke)

[Ralf Koschnicke]

Hallo Lars,

die Frage kann ich so gestellt nicht beantworten. Die Zusammenhänge sind etwas anders gelagert. Mache ich beispielsweise eine Orchesteraufnahme bei 192kHz, d.h. die Bandbreite des digitalen Aufnahmesetups geht bis über 90kHz, analog ist es noch viel mehr, finde ich Signalanteile bis etwa 60/70kHz. Unter 20kHz endet das Spektrum eigentlich nie. Einzige bisherige Ausnahme: Tubaquartett. Da passiert über 10kHz tatsächlich nicht mehr viel mehr als Rauschen. Gemäß Abtasttheorem ist folglich eine Abtastrate von mindestens 140kHz zu wählen.

Wähle ich eine geringere und erfülle das Abtasttheorem quasi nur „durch die Hintertür“, indem ich die Bandbreite durch einen vorgeschalteten Filter begrenze, verändere ich das Nutzsignal insgesamt. Wie sich diese Veränderung auswirkt, hängt vom Filter ab. Auf jeden Fall liegen die Veränderungen auch im hörbaren Bereich und nicht ausschließlich oberhalb des menschlichen Hörbereichs.

Mit dem Hörbereich könnte man also nur argumentieren, wenn man Signalanteile oberhalb des Hörbereichs gänzlich ohne jede Art von Veränderungen im Hörbereich herausfiltern könnte. Das geht aber nicht.

Der Vergleich mit Lautsprechern greift genauso nicht. Was am Ende der Kette erfolgt, ist bei der Digitalisierung unerheblich. Ganz alleine entscheidend ist die Beschaffenheit des zu digitalisierenden Signals. Hier steckt eigentlich der zentrale Denkfehler. Denn ist die gewählte Bandbreite zu klein, gibt es Veränderungen am Nutzsignal, z.B. überlagerte Ringing-Artefakte, die jeder Lautsprecher wiedergeben kann. Also wann immer sich nicht ans Abtasttheorem gehalten wird, ist die „Katastrophe“ eigentlich schon passiert. Was anschließend passiert, ob meine Lautsprecher zu schlecht sind oder meine Ohren, ist unerheblich. Entweder ich filtere nicht, dann gibt es Aliasing oder ich filtere, dann gibt es Filterartefakte. Einzige zuverlässige Lösung zur Vermeidung: das Abtasttheorem richtig anwenden, sprich die Abtastrate hoch genug wählen.

Grüße
Ralf

[lpj23]

Hallo Lars,

die Frage kann ich so gestellt nicht beantworten. Die Zusammenhänge sind etwas anders gelagert. Mache ich beispielsweise eine Orchesteraufnahme bei 192kHz, d.h. die Bandbreite des digitalen Aufnahmesetups geht bis über 90kHz, analog ist es noch viel mehr, finde ich Signalanteile bis etwa 60/70kHz. Unter 20kHz endet das Spektrum eigentlich nie. Einzige bisherige Ausnahme: Tubaquartett. Da passiert über 10kHz tatsächlich nicht mehr viel mehr als Rauschen. Gemäß Abtasttheorem ist folglich eine Abtastrate von mindestens 140kHz zu wählen.

Wähle ich eine geringere und erfülle das Abtasttheorem quasi nur „durch die Hintertür“, indem ich die Bandbreite durch einen vorgeschalteten Filter begrenze, verändere ich das Nutzsignal insgesamt.

Hallo Ralf,

ok, nun bewegen wir uns im Bereich des Masterings - hier dürfte eine höhere Samplerate unbestritten von Nutzen sein, um einen ausreichenden Headroom für eine weitere Bearbeitung des Audiosignals zu bekommen.

Wenn eine Audioaufnahme exzellent gemastert wurde und die Überspielung technisch korrekt vom identischen Master auf verschiedene Formate vonstatten ging, dürften allerdings im Prinzip keine signifikanten hörbaren Unterschiede auf den Endprodukten mit einer Bitbreite von 24 und Sampleraten von 48 kHz, 96 kHz oder 192 kHz vorhanden sein (geschweige denn bei 32Bit/384 kHz).

Das Hauptproblem besteht doch darin, dass häufig hörbare Unterschiede unter teilweise ungünstigen Bedingungen identifiziert werden. Soll heißen:

- unterliegen die unterschiedlichen Formate dem exakt selben Mastering und einer identischen Überspielung?
- werden die unterschiedlichen Formate vom identischen Quellgerät wiedergegeben?
- ist der Hörraum optimal konfiguriert?
- sind die Lautsprecher extrem präzise?
- findet ein wirklich exakter Pegelausgleich statt?
- erfolgt der Vergleich verblindet?
- inwiefern spielt die Erwartungshaltung eine Rolle?
- ist mein Gehör noch gut genug? (hier sehe ich bei über 30jährigen schon einigermaßen schwarz ...)
- last but not least: ist die Kopfhaltung im Sweetspot wie angenagelt? (wir alle kennen das Phänomen, dass sich der Klangeindruck im Sweetspot schon bei leichten Kopfneigungen und -bewegungen deutlich verändert)

Gruß,
Lars

[Hans-Martin]

@ Hans-Martin: Mit "Verschwörungstheorien" meinst Du wohl mich? Dein Text liefert doch aber nicht die geringste Begründung. Der beschreibt doch letztlich nur, wie man auf genau 44,1kHz - und nicht etwa auf 44 oder 44,5 oder 48kHz - kam.

Hallo Ralf

Das kann ich mit Gewissheit verneinen, "Verschwörungstheorien" zielte z.B. auf die Aussage, dass man BlueRay fördert, indem man DVD-Ton schlechter macht als nötig, oder das das CD-Format schlechter war als es zu der Zeit möglich war.

48kHz /16Bit kam nach meinem Wissen auch erst später. 1982 liegt ja auch schon mehr als 30 Jahre zurück. Da könnte man glatt vergessen haben, dass die Menge Daten eine echte Herausforderung für die damalige Speichertechnik war.

Ich stimme dir in vollem Umfang zu, dass man zu einer guten Aufnahme auch eine angemessene Abtast- und Bitrate wählen sollte. Andererseits argumentiere ich jederzeit gegen den Hype, wo dynamikkomprimierte Pop-Aufnahmen mit 24 Bit zu vermarktet werden, wo 8 Bit ausreichten, wo mit 192 kHz übertragen wurde, obwohl die Audiobandbreite schon bei 14kHz die -90dB Linie unterschritten hatte. Der Blick für das rechte Maß entscheidet.

Ich habe Aufnahmen gehört, die deinen Standpunkt, Ralf, sehr wohl untermauern. Und wenn ich mit Adobe Audition die Abtastrate von 192 auf 48kHz (24Bit mit und ohne Dither) herunterrechne, ist der Unterschied gegenüber 96kHz recht deutlich, obwohl die Adobe-Software gewiss nicht schlecht ist.

Bei meiner alten TacT Raumkorrektureinheit konnte ich beim A/D-Wandler die Abtastrate anwählen, was ich eingestellt hatte, konnte meine Frau beim Abspielen von Vinyl gut heraushören, und das obwohl beim Tonabnehmer /RIAA bei 20kHz irgendwo Schluss ist. Muss wohl ein Hardwareproblem vorgelegen haben, dass bei 44 oder 48 kHz das Ergebnis hörbar schlechter ausfiel...

Grüße Hans-Martin

[nihil.sine.causa]

Liebe Forumsfreunde,

Moderativer Hinweis: In diesem Thread geht es es vornehmlich um die technologischen Grenzen der digitalen Audiotechnik. Ich habe daher einige Beiträge aus diesem Thread wegsortiert, da sie nicht zum Thema passten. Bitte um Verständnis und Berücksichtigung. Danke!

Beste Grüße
Harald

[Truesound]

Ich habe Aufnahmen gehört, die deinen Standpunkt, Ralf, sehr wohl untermauern. Und wenn ich mit Adobe Audition die Abtastrate von 192 auf 48kHz (24Bit mit und ohne Dither) herunterrechne, ist der Unterschied gegenüber 96kHz recht deutlich, obwohl die Adobe-Software gewiss nicht schlecht ist.

Meine Beobachtung ist bei Umrechnung mit der Samplitude Pro C 2 Suite im neutralen mathematischen Modus von einer ursprünglichen 192/24 sogar auf 44/16 das man keinen Unterschied hört ...

Grüße Truesound

[lpj23]

Meine Beobachtung ist bei Umrechnung mit der Samplitude Pro C 2 Suite im neutralen mathematischen Modus von einer ursprünglichen 192/24 sogar auf 44/16 das man keinen Unterschied hört ...

Hallo Truesound,

was ja im Endeffekt auch kein Wunder ist, da das menschliche Ohr akustische Ereignisse nur innerhalb eines bestimmten Frequenz- und Schalldruckpegel-Bereichs wahrnehmen kann.

Dem Bereich, in dem Musik wahrgenommen werden kann, sind Grenzen durch die Hörfläche des Menschen gesetzt. Er kann Frequenzen zwischen 16 Hz und 20 kHz wahrnehmen. Im Wesentlichen beschränkt sich aber der für Musik verwendete Frequenzbereich auf Frequenzen zwischen 40 Hz und 10 kHz.

Das menschliche Gehör ist an der oberen und unteren Grenze des wahrnehmbaren Frequenzbereichs am unempfindlichsten und im Bereich zwischen 1000 und 5000 Hz, wo sich für das Sprachverstehen wichtige Frequenzbereiche befinden, am empfindlichsten.

Mit zunehmendem Alter verschiebt sich die obere Hörgrenze zudem nach unten: bei 35jährigen liegt sie nur noch bei ca. 15 kHz, bei 60jährigen bei ca. 5 000 Hz (Presbyakusis). Der Verlust von 15 kHz erscheint groß, ist aber nur ein relativ harmloser Verlust von zwei Oktaven, der die Sprachverständlichleit nicht und das Musikhören kaum beeinträchtigt.

Eine 16 Bit-Audioaufnahme besitzt einen Dynamikbereich von 96dB. Der effektive Dynamikbereich bei 16 Bit liegt dank Dithering bei ca. 110dB. Ergo im Prinzip völlig ausreichend, weil Musikaufnahmen üblicherweise mit Mikrophonen aufgenommen werden, die je nach Art der Musik Signal-Rauschabstände (S/NR) von um die 50 bis maximalst 100 dB erreichen.

Wenn man nun noch etwas Overhead hinzurechnet (speziell für das Mastering), würde man wieder bei den besagten 24 Bit landen (einerseits hinsichtlich der Betriebssicherheit im Bereich der Übersteuerung und andererseits, um den Noisefloor in den nicht wahrnehmbaren Bereich verschieben zu können - bei 16 Bit entsteht durch Quantitisierungsfehler immer auch ein gewisses Grundrauschen im Signal, welches im 16-Bit-CD-Signal durch Dithering in den oberen Frequenzbereich verschoben wird und mit entsprechenden Verlusten in diesen Frequenzbereichen einhergeht).

Höhere Sampleraten als 48 kHz sind allerdings im Grunde genommen nicht nötig, sondern erzeugen lediglich ein höheres Datenvolumen. Meinethalben auch 96 kHz, da diese mittlerweile wohl auch schon Standard in den Masteringstudios sind.

Viel entscheidender wären ein durchgehend qualitativ hohes Mastering und endlich die Beendigung des Loudness-Wars ...

But just my 2 cents.

Gruß,
Lars

[Melomane]

Viel entscheidender wären ein durchgehend qualitativ hohes Mastering und endlich die Beendigung des Loudness-Wars ...

Das als condicio sine qua non und den Rest (HiRes) als i-Punkt obendrauf. So kann dann jeder zufrieden sein.

Gruß

Jochen

[Hans-Martin]

Höhere Sampleraten als 48 kHz sind allerdings im Grunde genommen nicht nötig, sondern erzeugen lediglich ein höheres Datenvolumen. Meinethalben auch 96 kHz, da diese mittlerweile wohl auch schon Standard in den Masteringstudios sind.

Viel entscheidender wären ein durchgehend qualitativ hohes Mastering und endlich die Beendigung des Loudness-Wars ...

Hallo Lars

Ich weiß nicht auf was du

But just my 2 cents.

beziehst, ob das eine Bewertung deines Beitrags sein soll oder ein Alternativausdruck für IMHO oder mbMn. Deinem Wunsch nach Qualität beim Mastering und dem Ende des Loudness-Wahns kann ich nur beipflichten.

Man kann nicht von der Hand weisen, dass höhere Sampleraten als 48 kHz ... erzeugen ... ein höheres Datenvolumen eine Tatsache ist, allerdings hat dein lediglich darin eine bewertende Aussage, die deren Nutzen infrage stellt. Meinethalben auch 96 kHz ist in den über 48kHz liegenden Abtastraten schon enthalten, wenn man 88,2, 96, 176,4 und 192kHz als übliche Abtastraten ansieht.

Ich war davon ausgegangen, dass in Studios 192kHz (oder für reine CD-Produktion eventuell 176,4kHz) mit 32 Bit float angemessener Standard wären, den mein in die Jahre gekommenes Adobe Audition schon lange zur Bearbeitung von Musikdateien verwendet, um die Bearbeitungsfehler gering zu halten. Auch für eine digitale Lautstärkeregelung ist eine höhere Bitrate erforderlich, alles andere wäre weniger sinnvoll, wie die Diskussion hier im Forum zeigt.

Ich kann ansonsten aber mit den meisten von dir als "Fakten" deines Beitrags keine Übereinstimmung finden. Ich finde, du vereinfachst zu sehr, was der Sache nicht gerecht wird. Vielleicht bist du auch unzureichend informiert. Ich will darauf später gern noch eingehen, aus Zeitgründen weise ich hier nur kurz darauf hin, dass Parrack 1966, Acton 1967, Smith 1967, Kono 1985 sich mit dem Hören oberhalb von 20kHz beschäftigt haben, dass es ein Bewertungsfilter "U" IEC61012 gibt, und die WHO die Obergrenzen am Arbeitsplatz bei 110/115 dB für Ultraschall deckelt.

Speziell die von dir angenommene Beschränkung des Hörens auf Frequenzen unter 10kHz kann ich als Ü60 in keiner anderen Weise bestätigen als in der Beschränktheit der Messmethode auf reine isolierte Frequenzen, wie sie in der Natur alein, diskret, kaum vorkommen, und wie sie mir unangemessen, weil ignorant, entgegen dem aktuellen Wissensstand erscheint. Wenn es hier im Forum vorrangig um Musik und ihre möglichst authentische Reproduktion geht, sollte man fortschrittliche Tendenzen nicht mit Schulbuchwissen der Mittelstufe argumentativ gegenübertreten. Eher sollte man sich mit EEGs im Cortex (Heschls Gyrus) bis 80kHz oder Oohashis Vortrag an der AES 1991 beschäftigen, bevor man alles oberhalb 48kHz Abtastrate verdammt. Es gibt genug Hinweise auf die Wahrnehmbarkeit oberhalb 20kHz, und wenn ich nicht einen Ü80 kennen würde, der im Blindtest die auf 20kHz begrenzte Wiedergabe von der mit größerer Bandbreite eindeutig unterscheiden konnte, und ich wie auch andere einen (z.B.:B&W-) Hochtöner mit Resonanzpeak oberhalb 22kHz von Hochtönern unterscheiden kann, die dort kein Problem haben, würde ich nicht vehement intervenieren.

Jochen hat es ja noch sehr diplomatisch formuliert, ich gebe zu, es nicht zu sein. Zu einer differenzierten und sachlichen Auseinandersetzung bin ich gern bereit, möchte aber auch schon darauf hinweisen, dass ich nicht nur eigene praktische Erfahrung auf diesem Gebiet mitbringe, sondern auch über anteiliges Wissen aus der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) verfüge, die als normgebendes Institut zwangsläufig sehr grundlagenorientiert agiert.

Einschränkungen, Begrenzungen, vorgestrige Erkenntnisse, die heutigen Beobachtungen vieler Aktiver Hörer widersprechen, dürfen diskutiert werden und eine gute Aufnahme mit breitbandigen Mikrofonen und entsprechender Abtastrate schadet gewiss nicht.

Und, um beim Thema zu bleiben, ich kenne bisher keine Acousense-Aufnahme, die ich nicht als korrekte (positive) Polarität wahrnehme, im Gegensatz zu 90% meiner Klassiksammlung, wo die Tonträger invertiert geliefert werden, Kesselpauke macht Druck statt Sog, leicht im Oszillogramm erkennbar, offenbar ein Vorsatz des Masterings, die Realität zu vernebeln. Wer das als Hörer so hinnimmt, braucht natürlich sich über Fortschritte höherer Abtastraten keine Gedanken mehr machen, weil zwecklos ob des Fehlers und seiner Nebenwirkungen, das ist nun meine Meinung, meine 2 Cent...

Grüße Hans-Martin

[Ralf Koschnicke]

Meine Beobachtung ist bei Umrechnung mit der Samplitude Pro C 2 Suite im neutralen mathematischen Modus von einer ursprünglichen 192/24 sogar auf 44/16 das man keinen Unterschied hört ...

Hallo Hans-Martin,

Ich danke Dir für Deine Ausführungen. Du hast ja durchaus Recht, auf das alles zu verweisen. Ich wollte das aber eigentlich mal auf die griffigeren Dinge herunterbrechen. Zumal ich mittlerweile einige Anhaltspunkte habe, die Einflüsse dieser künstlichen Begrenzerei auf das Nutzband für viel entscheidender zu halten als die Frage, ob wir wirklich etwas über 20kHz hören. Viele andere Punkte, auch die von Dir angesprochenen, halte ich zwar auch nach wie vor noch für relevant. Aber wenn man nur einmal der schlichten Logik folgt, die Theorie – also das Abtasttheorem – endlich mal richtig anzuwenden, stellen sich die ganzen anderen Fragen nicht mehr, weil das alles automatisch mit erfüllt wird; sei es nun relevant oder nicht. Sprich, wird das Abtasttheorem richtig angewendet, sind alle Frequenzen da, die man vielleicht hören könnte, würde man tatsächlich etwas über 20kHz hören. Genauso gilt das für mein beliebtes Thema Zeitauflösung. Aber wenn die Hörerwartung so niedrig hängt, wie oben zitierte Aussage nun endlich mal deutlich macht, ist es kein Wunder, dass wir uns schon wieder im Kreis drehen.

Grüße
Ralf

[lpj23]

Meine Beobachtung ist bei Umrechnung mit der Samplitude Pro C 2 Suite im neutralen mathematischen Modus von einer ursprünglichen 192/24 sogar auf 44/16 das man keinen Unterschied hört ...

... aber wenn die Hörerwartung so niedrig hängt, wie oben zitierte Aussage nun endlich mal deutlich macht, ist es kein Wunder, dass wir uns schon wieder im Kreis drehen.

Hallo Ralf,

die Aussage von Truesound drückt ja nicht zwingend aus, dass seine (ihre) Hörerwartung sonderlich niedrig hing - er (sie) sagt damit ja nur aus, dass es für seine (ihre) Ohren keinen klanglichen Unterschied gab.

Gruß,
Lars

[lpj23]

Und, um beim Thema zu bleiben, ich kenne bisher keine Acousense-Aufnahme, die ich nicht als korrekte (positive) Polarität wahrnehme, im Gegensatz zu 90% meiner Klassiksammlung, wo die Tonträger invertiert geliefert werden, ...

Hallo Hans-Martin,

ich weiß nun nicht, wo ich im speziellen auf Aufnahmen der Fa. Acousense eingegangen sein sollte - aber wenn die Fa. Acousense ein sorgfältiges Mastering für ihre Aufnahmen betreibt, ist das doch super.

Gruß,
Lars

[lpj23]

Sprich, wird das Abtasttheorem richtig angewendet, sind alle Frequenzen da, die man vielleicht hören könnte, würde man tatsächlich etwas über 20kHz hören.

Hallo Ralf,

das "Problem" (oder eben auch nicht Problem) sind doch dann die Flaschenhälse im weiteren Verlauf der Signalverarbeitung einer Anlage. In meinem Fall wandelt bspw. der digitale Vorverstärker, der digitale Signale bis maximal 24 Bit und 192 kHz verarbeiten kann, sämtliche digitale Quellsignale intern in 24 Bit/96 kHz-Signale für die DA-Wandlung um - er betreibt also ein Up- bzw. Downsampling (je nach Quelle). Die nachgeschaltete analoge Endstufe begrenzt den Frequenzgang auf 20 kHz, meine passiven Lautsprecher wiederum machen bei maximal 22 kHz Schluß.

Nun könnte man natürlich dahergehen und sagen, dass diese Gerätschaften allesamt Fehlkonstruktionen sind. Persönlich würde ich es aber bezweifeln.

Gruß,
Lars

[Ralf Koschnicke]

[...] Nun könnte man natürlich dahergehen und sagen, dass diese Gerätschaften allesamt Fehlkonstruktionen sind. [...]

Tja, hmm, bis auf den Lautsprecher, drängt sich der Verdacht durchaus auf. Ich würde mit so etwas nicht hören wollen...

[lukivision]

Hallo zusammen,

hier ist jetzt viel gesagt worden über die Bedeutung der Hörbarkeit von Frequenzen über 20 khz. Meint ihr nicht auch, daß es sicher erfreulich ist, wenn der eigene Gehörsinn (auch im fortgeschrittenen Alter) noch so feine, ätherisch hohe Tonanteile hört, es darüber hinaus doch auch unterhalb von 20 khz ein Vergnügen ist, Musik zu hören? Möglichst frei von Artefakten und auch frei von Beschädigungen aller Art? Auch dazu ist erheblicher Aufwand nötig. Maßnahmen wie Upsampling, polaritätsrichtiges Abspielen, Jitterreduktion, penible Stromversorgung etc. pp können alle dazu führen, daß auch der Frequenzbereich, der bei uns Menschen besonders empfindlich ist, nämlich der im Bereich bis ca. 4 khz deutlich besser reproduziert wird. Meiner Erfahrung nach haben erstaunlicherweise Verbesserungen an meiner Anlage dazu geführt, daß auch die alten Monoaufnahmen aus den 40er und 50er jahren, von denen ich viele habe und höre, jeweils präsenter, plastischer und lebendiger klingen. Mir kommt es inzwischen so vor, daß buchstäblich JEDE Aufnahme von einer erstklassigen Wiedergabekette profitiert. Unabhängig davon, welcher Frequenzbereich aufnahmeseitig verarbeitet wurde. Daher würde ich mich nicht darüber streiten wollen, ob die Hörbarkeit von hohen und höchsten Frequenzen solch eine große Bedeutung hat.

[Melomane]

Hallo,

tja, in den letzten Beiträgen schleichen wir uns wieder näher ran an den Kern des Problems: Dass nämlich vermutlich des öfteren der persönliche Geschmack sich hinter dem Streit über technischen Details versteckt.

Gruß

Jochen