analoge vs. digitale Lautstärkeregelung

Player, Streamer, Wandler, Vorverstärker usw.
uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann »

Winfried,

die Rechnung ist üblicherweise:
intern wird bei Gleitkomma mit normierten Größen mit Werten bis 1.0 gearbeitet. Dies mit eben 32bit oder 64 bit. Zur Genauigkeit und Anzahl der Bits in Mantisse und Exponent siehe Wiki.
Bei der Ausgabe in 16 oder 24 bit Ganzzahlen (PCM) wird mit 2^15 = 32768 (=90 dB) oder 2^23 = 8388608 (= 138 dB) multipliziert. Dann werden die Nachkommastellen entweder abgeschnitten oder gerundet. Vorher wird evtl. noch Dither (siehe Wiki) dazuaddiert.

Grüsse
Uli
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Truesound
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Beitrag von Truesound »

Hallo Zusammen,

an der Stelle wurde vor vier Jahren die ganze Geschichte auch schon mal angegangen:

http://www.musiker-board.de/soundkarten ... float.html

Grüße Truesound
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play-mate
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Beitrag von play-mate »

Geehrtes Forum,

Kurz man eine Anmerkung zur Diskussion.

Die weit meisten DACs bedienen sich einer 24 Bit Bearbeitung der Audiosignale.
Das ist defacto der heutige Standard, denn viele gängigen D/A Chips arbeiten so.
Sollche DACs können aber meist auch 16 Bit Signale wandeln und analog ausgegeben.

Der, z.B. angesagte SABRE Chip wandelt zwar bis zu 32 Bit, aber um bei 32 Bit wiederzugeben, muss auch die Player-software und das Übertragungsprotokoll (ASIO, KS, WASAPI) dies können.
Ja und die Musikdatei selbstverständlich.....
Aber 32 Bit bleiben sicherlich noch sehr Exotisch.

Übrigens hat dies nichts mit der internen 32 oder 64 Bit Technologie von Computern zu tun, oder mit welcher Genauigkeit hinter dem Komma ein Programm kalkuliert.

Der Nomalfall ist doch aber dass unsere CD Daten beim rippen in 24 Bit abgelegt werden, jedoch nur eine 16 Bit Bittiefe (Auflösung) haben. Der Rest ist in det Tat nur zusätzliche Nullen (kann man aber nicht "Upsampling" nennen).

Wenn die Datei also mit 24 Bit gerippt ist, so ergibt dies eine Möglichkeit der Lautstärkeregelung von 20-25 dB bevor man digitale Bits verliert.

LG Leif
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JoeBroesel
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Beitrag von JoeBroesel »

play-mate hat geschrieben: Der Nomalfall ist doch aber dass unsere CD Daten beim rippen in 24 Bit abgelegt werden, jedoch nur eine 16 Bit Bittiefe (Auflösung) haben.
Hi,
das ist einfach falsch!
play-mate hat geschrieben: Wenn die Datei also mit 24 Bit gerippt ist, so ergibt dies eine Möglichkeit der Lautstärkeregelung von 20-25 dB bevor man digitale Bits verliert.
Wenn eine 24-Bit-Datei mit 24 Bit gerippt wird, "verliert man digitale Bits schon", wenn man auch nur 1 dB digital leiser wird. Eigentlich schon dann, wenn man nur 1 Bit irgendwo wegnimmt. Dann hat man schon verloren. Bei 16 Bit Daten, die mit 24 Bit vorliegen, bei denen die höherwertigsten Bits 0 sind, weil woher sollen die Daten denn kommen, verliert man ebenso schnell.

J.
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Thias
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Beitrag von Thias »

... hat sich schon mal jemand daran gedacht, dass beim Mixen und Mastern fast nur noch digital gearbeitet wird? Da gehen die Signale durch zig digitale LS-Regelungen durch. Bei entsprechender Bittiefe ist das kein Problem (meist 32 bit float, bei RME 42 bit). Wenn es dann auf das redbook-Format runtergerechnet wird, nun ja, damit leben wir, das ist unser Standard.
Aber nach dem digitalen LS-regler sollte man es allerdings nicht mehr auf 16 bit rechnen... sondern hochaufgelöst DA-wandeln. Ansonsten bekommt man wirklich Klangeinbußen.
Auch wenn das upsampeln von CD auf 24 bit klanglich nichts bringt, bei digitaler Lautstärkereglung schon...
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play-mate
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Beitrag von play-mate »

Hallo JoeBroessel,
Wenn eine 24-Bit-Datei mit 24 Bit gerippt wird, "verliert man digitale Bits schon", wenn man auch nur 1 dB digital leiser wird.
.....seit wann sind deine CD´s 24 Bit ?
Bitte richtig lesen.

Aber lassen wir doch mal die Kirche im Dorf :

Selbst wenn eine 24 Bit Datei vorliegt, so ist es fast völlig hypotetisch dass hier ein Bit oder 5 "verschwinden".
In einer Bit-tiefe von 24 Bit haben wir über 140dB Rauschabstand.....!
Das ist ein so irrsinnig hoher Signal/Rauschabstand dass dein Verstärker 100 mal mehr rauscht.

Die alte Teorie dass man bei digitaler LS die Qualität kompromitiert, ist mit 24 Bit ganz einfach nicht mehr relevant.

LG: Leif
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JoeBroesel
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Beitrag von JoeBroesel »

JoeBroesel hat geschrieben:
play-mate hat geschrieben: Der Nomalfall ist doch aber dass unsere CD Daten beim rippen in 24 Bit abgelegt werden, jedoch nur eine 16 Bit Bittiefe (Auflösung) haben.
Hi,
wenn du das schreibst, dann bin bei "unsere CD-Daten" auch ich betroffen. Und meine CDs werden nicht mit 24 Bit abgelegt.
play-mate hat geschrieben:Die alte Teorie dass man bei digitaler LS die Qualität kompromitiert, ist mit 24 Bit ganz einfach nicht mehr relevant.
Also das ist einfach nur traurig, was man hier lesen kann.

J.
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Aktiv
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Beitrag von Aktiv »

Mein NAD M51 D/A Konverter bietet eine digitale LS-Regelung und arbeitet intern mit 35 bit. Laut Hersteller, findet eine bit-Verkuerzung erst unterhalb von -66dB statt. Das ist sehr, sehr leise. Ich hoere normalerweise im Bereich -35dB bis -25dB. Ich habe noch nie leiser als -40dB und lauter als -15dB gehoert. Ich habe den M51 (digitale LS-Regelung) verglichen mit dem Audiolab 8200CDQ (digitale oder analoge LS-Regelung). Unabhaengig von der gewaehlten LS-Regelung des Audiolab 8200CDQ, war dieser dem M51 fuer meinen Geschmack (!) deutlich unterlegen. Der M51 bietet eine wesentlich groessere Buehne und ein "lebendigeres" Klangbild. Ich kann aber nicht sagen, ob dafuer die LS-Regelung oder die D/A-Konvertierung verantwortlich war. Es ist wohl immer das Gesamtpaket, das wirklich zaehlt.
Gruss, Joachim
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Fujak
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Beitrag von Fujak »

Hallo Joachim,

ich glaube, dass mehreres an unterscheidlichen Stellen eine Rolle spielt: Dein NAD-DAC hat zunächst mal eine gute Stromversorgung für die DAC-Sektion und für die analoge Ausgangsstufe, zusätzlich besitzt er eine Reclocking-Sektion (auch für USB), die für eine weitestgehende Jitter-Reduktion sorgt. Dazu kommt eine sehr gute (im Sinne von kräftige) analoge Ausgangsstufe, bei der die von Dir erwähnte 35bit-LS-Regelung ins Spiel kommt, die erst bei sehr leisen Pegeln Einbußen im Dynamikumfang verursacht. Wenn Dein Pegel bei 0 dB gehörrichtige Lautstärke bedeutet, dann ist ein Pegel mit -66dB bereits flüsterleise. Da fallen einsetzende Dynamikverluste sicher nicht mehr ins Gewicht.

Du siehst, ich habe mich zwischenzeitlich näher mit Deinem DAC befasst. :wink: Ein feines Gerät.

Grüße
Fujak
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play-mate
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Beitrag von play-mate »

Joe Broessel hat selbstverständlich recht, und mir ist das Wort "abgelegt" ausgerutscht.
Der Nomalfall ist doch aber dass unsere CD Daten beim rippen in 24 Bit abgelegt werden, jedoch nur eine 16 Bit Bittiefe (Auflösung) haben.
Die Daten werden beim rippen in 16 Bit abgelegt, jedoch weden im Falle einer RME Soundkarte (also bei einer Computer/ASIO konfiguration) immer in 24 Bit verarbeitet.
(-auch wenn die Auflösung nur 16 Bit hergibt.)

Dies ermöglicht natürlich immernoch die digitale LS (bis 20-25 dB) ohne Verlust.

Bedauere die falche Info.

L.
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Fujak
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Beitrag von Fujak »

Hallo Leif,
playmate hat geschrieben:Der Nomalfall ist doch aber dass unsere CD Daten beim rippen in 24 Bit abgelegt werden, jedoch nur eine 16 Bit Bittiefe (Auflösung) haben.
Der Normalfall ist dies nicht. Ich kenne niemanden im Forum, der die CDs mit 24bit gerippt ablegt. Warum sollte man seine HD mit lauter leeren Nullen vollpflastern?
playmate hat geschrieben:Der Rest ist in det Tat nur zusätzliche Nullen (kann man aber nicht "Upsampling" nennen).
Von Upsampling im Zusammenhang mit der Wortbreite hat hier auch niemand gesprochen.
playmate hat geschrieben:Wenn die Datei also mit 24 Bit gerippt ist, so ergibt dies eine Möglichkeit der Lautstärkeregelung von 20-25 dB bevor man digitale Bits verliert.
Wenn eine Datei mit 24bit gerippt ist, dann liegt damit eine höhere Informationsdichte vor (z.B. bei HD-Files). Wenn ich nun eine digitale Standard-LS-Regelung darüber laufen lasse, verliert die Datei mit fortschreitender Pegelreduktion Informationen. Anders sieht der Fall dagegen aus, wenn das Signal intern im DAC oder in der Playersoftware in einer Wortbreite verarbeitet wird, die deutlich über der höchsten zu verarbeitenden Wortbreite des Musikfiles liegt.

Konkret: Eine gerippte CD mit 16bit wird bei einer internen Verarbeitungstiefe der digitalen LS-Regelung von 16 bit schon bei geringen Pegel-Änderungen Verluste aufweisen - eine mit 24bit-gerippte CD erst recht (denn ein DAC "weiß" nicht, welche Bits unkritisch sind und welche Bits relevante Musikinformationen beherbergen); erst bei einer internen Verarbeitungstiefe der LS-Regelung von 24bit könnte man in einem weiten Umfang verlustfrei den Pegel eines CD-Files regeln. Ein HD-File, der von Haus aus bereits mit 24bit vorliegt, würde bei der gleichen internen Verarbeitungsstiefe von 24 bit schon bei geringen Pegelveränderungen Verluste aufweisen. Hier sollten sinnvollerweise mindestens 32bit interne Bittiefe vorliegen. Damit hätte man einen verlustrfeien Regelbereich, der für die meisten Anwendungsfälle ausreichend wäre.

Es geht hier also nicht darum, Dateien künstlich aufzublasen, um Bitreserven zu erhalten, sondern die Bitreserven müssen in der internen Signalverarbeitung der Playersoftware bzw. dem DAC durch entsprechende Wortbreite geschaffen werden.

Grüße
Fujak

Edit: Hat sich nun mit Deinem Beitrag gekreuzt, Leif.
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Thias
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Beitrag von Thias »

Kann man also so zusammenfassen:
Die digitale Berechnung der Lautstärke erfolgt je nach Gerät/Programm mit 32 bit, 32 bit fload (Samplitude), 35 bit (NAD), 42 bit (RME TotalMix).
Damit erfolgen bei der Berechnung keine Verluste im hörbaren Bereich. Das heißt man kann den Pegel jederzeit ohne Verluste wieder normalisieren bzw. auf den Ausgangepegel bringen.

Das ist aber nur die halbe Miete und sagt noch nichts aus, ob ich das auch verlustfrei hören kann.
Wenn man dieses verlustfrei berechnete lautstärkereduzierte Signal auf CD brennt, wird wieder auf 16 bit heruntergrechnet. Damit gehen dann Informationen verloren, da gerundet werden muss.
Das Gleiche passiert, wenn ich nur einen Wandler habe, der 16 bit auflöst.
Die Mindestforderung muss also lauten, dass der DA-Wandler mindestens 24 bit Auflösung besitzen muss, um bei -20-25 dB noch verlustfrei hören zu können. Die höher aufgelöste Berechnung hat dann höchstens noch den Sinn, dass die 24 bit richtig gerundet sind. Ob man allerdings z.B. bei -30 dB noch hören kann, dass das Datenformat reduziert ist, wage ich arg zu bezweifeln.
Leider schweigen sich viele Gerätehersteller über die Auflösung der DA-Wandler aus. Auch bei RME habe ich da noch keine Infos gefunden. Ich denke aber, dass man von 24 bit ausgehen kann.

Grüße
Thias

edit, hat sich auch gekreuzt.

P.S. Es ist richtig, wenn ich eine 24 bit-Datei digital LS ändere, dann gibt es bei 24 bit DA immer Datenverlust. Dieser Datenverlust ist aber vielleicht nur so groß wie es eine 16 bit Datei bestenfalls unverändert hergibt. Das nur mal so zur Hörrelevanz.

Das Fazit sollte also trotzdem sein, dass man seine Aktivboxen so einstellt, dass man die max Lautstärke in eine sinnvollen genutzten Bereich bringt. Dann hat man keine Informationsverluste bei CD
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play-mate
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Beitrag von play-mate »

Hallo Thias & Fujak,

-genau.

Der Punkt liegt in dem DSP der Playersoftware, den egal ob die Datei nun 16, 20 oder 24 Bit enthält, so wird die Software immer mit 24 Bit an den DAC weitergeben.
Dies ist der Standard bei hochwertigen Soundkarten via ASIO und CoreAudio.
Bei anderen Protokollen mag dies anders sein.

Ob das DSP der Playersoftware oder des Mixers mit 32 Bit float oder (im Fall cPlay) mit 53 Bit genauigkeit rechnet, ist in diesem Zuammenhang hypotetisch.

Fakt ist, dass mit der RME problemlos eine LS Regelung bis 20-25 dB möglich ist ohne Verlust.

L.
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JoeBroesel
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Beitrag von JoeBroesel »

Hi,
aus einer 16-Bit Quelle nun 24 Bit zu erzeugen, da gibt es mehrere Methoden.

Frage:

Methode Sonos: Hier werden die 16 Bit zu den 2 höherwertigen Bytes, und als niederwertigstes Byte wird 0 ergänzt. Der DA-Wandler arbeitet mit 24 Bit. Hier ist eine Lautstärkeregelung digital noch mit dem geringeren Informationsverlust behaftet.

Methode Leif: Hier erfolgt die Erweiterung so, daß als höherwertigstes Byte eine 0 ergänzt wird. Da spielt es bei der digitalen Lautstärkeregelung nun keine Rolle mehr, ob ich 16 oder 24 Bit habe. Ich habe nur 16-Bit-Werte in einem 24-Bit Rahmen und alle Nachteile von 16-Bit-Daten.

Wie ist denn die Umsetzung von 16-Bit-Werten auf 24-Bit Werte bei RME, oder bei einer ASIO-Schnittstelle, wenn ich dort den DA-Wandler nicht benutze sondern die Daten nur weiterreiche an ein weiteres digitales Gerät?

J.
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play-mate
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Beitrag von play-mate »

Ich glaube wir müssen diese Bit-Quantisierung ein wenig genauer diskutieren.
Als Vorlage, hier ein Beispiel von Wikipedia geklaut :
Bei der Aufnahme einer Audio-CD wird jeder Kanal (links/rechts) des Quellsignals 44.100-mal pro Sekunde abgetastet. Diese Abtastfrequenz ist in diesem Fall 44,1 kHz. Höherfrequente Details des aufgenommenen Quellsignals als die halbe Abtastrate, in diesem Fall also ca. 22 kHz, werden nicht erfasst und bei der Aufnahme durch Antialiasing-Filter entfernt.

Die so gewonnenen einzelnen Abtastwerte („Samples”) sind noch in ihrer Größe kontinuierlich, das heißt, sie können jeden beliebigen Wert besitzen. Um diese Werte in Zahlenform darstellen zu können, müssen sie zunächst durch Quantisierung, eine Form von Rundung, in ein festes Werte-Raster eingepasst werden. Feinere Änderungen zwischen den Werteraster-Stufen werden nicht erfasst oder erzeugen eine Änderung um eine volle Stufe. Diese Wortbreite, Auflösung wird daher möglichst fein gewählt und umfasst bei der Audio-CD 65.536 mögliche Werte mit einer linearen Kennlinie, d.h., unabhängig von der Signalgröße wird eine konstante Auflösung im Wertebereich verwendet. Die einzelnen Wörter pro Abtastung werden bei der Audio-CD durch die Codierung als Binärzahlen mit 16 Bit pro Wort abgebildet, die Anzahl der Stellen pro Wort wird auch als Dynamik bezeichnet, und stehen dann zur weiteren Verarbeitung wie der Aufzeichnung auf dem Datenträger zur Verfügung.
Jedes dieser "Samples" wird also zu einem binären Code (im Falle CD : 16Bit) quatisiert.
Mit 16 Bit kan man 65.536 verschiedene Zustände ("Treppen") bilden.
Bei 24 Bit sind es sogar über 16 Millionen Zustände !

Diese Zustände (Treppen) repräsentieren so zu sagen die elektrische Spannung die der Wandlerchip produziert.
Wenn wir nun annehmen dass die oberste Treppenstufe volle Austeuerung bedeutet (0dB), so interpretiert der 24Bit Wandlerchip also auch 16 Bit mit der maximalen Aussteuerung.
Salop also : Treppenstufe 65.536 = 0dB
Dies ergibt also eine Möglichkeit die gesammten 16 Bit auch bei voller Auflösung in einem 20-25 dB niedrigeren Spannung genau aufzulösen.

Ein Netzwerkstreamer (wie der Sonos) oder ein CD player arbeitet aber nicht mit einem DSP, aber reicht nur den vorhandenen Bitstream weiter.
In einem Computer (z.B. mit ASIO)hingegen, muss die Signalverarbeitung jedoch immer mit 24 Bit erfolgen (dies besagt das Steinberg Protokoll) und daher werden die Buffer also auf 24 Bit konvertiert.

Wenn man also einen (älteren) 20 Bit DAC an eine RME Soundkarte mit AES 3 digital anschliesst, so kann der DAC diese Wortbreite nicht interpretieren.
Andersrum aber wohl.
Z.B. der digital Ausgang eines CD Players an einen 24 Bit DAC.

L.
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