Wie "klingt" Jitter?

[ubloecher]

Hallo liebe Jitter-Experten,

Meine Nachrichtentechnikvorlesungen sind schon eine Weile zurück. Trotzdem versuche ich mal, meinen Senf zum Thema abzugeben.
Ich habe ein paar Artikel zum Thema Jitter gelesen, aber die finde ich derzeit in den Weiten des WWW nicht mehr. Deswegen meine Überlegung mit meinen Worten.

Eine Bitte vorab: prüft alle meine Überlegungen und Rechnungen nach, ich kann auch ganz falsch liegen.

Zunächst möchte ich noch mal die allen hier im Forum bekannten Grundlagen für meine Betrachtung auflisten. Ich hoffe, ich langweile nicht zu sehr. Ich beziehe mich später auf einzelne Punkte, deswegen schreibe ich sie auf.

1. Die Überlagerung von verschiedenen Sinusschwingungen ergibt wieder eine Sinusschwingung. Das gilt auch, wenn sich Sinusschwingungen mit verschiedener Frequenz und verschiedener Phase überlagern.
2. Das Abtasttheorem besagt, dass ich Sinusschwingungen bis zur Hälfte der Abtastfrequenz bei idealen (theoretischen) Voraussetzungen (u.a. perfekter Tiefpass) wieder exakt reproduzieren kann. D.h. bei einer Abtastfrequenz von 44.1 KHz kann ich (theoretisch) bis 22.05 KHz exakt wiedergeben. Dies gilt aber nur, wenn ich die Abtastwerte mit absoluter Genauigkeit speichere.
3. Bei der Abtastung erhalte ich einen Fehler durch die begrenzte Anzahl von Stufen (Quantisierung) für diese Werte. Bei der CD habe ich 16 bit zur Codierung der Abtastwerte zur Verfügung, das ergibt 2^16 = 65536 Stufen. Damit erhalte ich einen Signal/Quantisierungs-Rauschabstand von 20 * log (2^16) dB = 96,3 dB.

Nun zum Jitter. Ich betrachte jetzt hier zur Veranschaulichung den Jitter am Fall der Analog/Digital-Wandlung. Wegen obigem Punkt 1 betrachte ich hier nur eine Sinusfunktion f(x).
Jitter um j bedeutet hier, dass der Abtastzeitpunkt nicht zum Soll-Zeitpunkt t erfolgt, sondern zum Zeitpunkt t + j. Zum Zeitpunkt t+j hat die Sinusfunktion einen anderen Wert als zum Zeitpunkt t. (Sonderfälle, wie j=0, oder Vielfache der Wellenlänge mal außen vor gelassen). Ein Fehler durch Jitter entsteht aber erst, wenn f(t+j) sich soweit von f(t) unterscheidet, dass ich in einer anderen Quantisierungstufe lande!

A.) Wie hoch muss denn j sein, damit im Mittel eine Fehler um eine Quantisierungstufe ensteht?

Unter ein paar Annahmen kann man dies ausrechnen:
Der Fehler ist um so größer, je schneller sich der Funktionswert f ändert. D.h. wegen obigem Punkt 2 habe ich maximalen Fehler bei maximaler Frequenz, d.h. bei der halben Abtastfrequenzt fs/2. Bei einer Sinusschwingung habe ich die maximale Steigung beim Nulldurchgang. Hier kann ich sin(x) = x annehmen. Mit diesen beiden Worst Case Annahmen kann ich den Jitter j ausrechnen, der mindestens benötigt wird, um im Mittel genau einen Fehler um eine Quantisierungstufe zu erzeugen.

Nehmen wir die CD als Beispiel. Ich habe fs/2 = 22.05 Khz. Ich habe 2^16 Stufen. D.h. es muss gelten (mit w = 2* Pi * f)

sin(2*Pi*22.05KHz*(t+j)) - sin(2*Pi*22.05KHz * t) = 1 / 2^16

Mit Annahme sin (x) = x und Auflösung nach j habe ich dann
j = (1 / 2^16) / (2 * Pi * 22.05 KHz) = 1.10 * 10^(-10) = 110 ps

D.h. bei worst case Betrachtung benötige ich diesen Mindest-Jitter für einen mittleren Fehler bei 22.05KHz um eine Quantisierungstufe. D.h. ich habe eine (sehr kleine) nichtlineare Verzerrung. In dB ausgedrückt beträgt diese nichtlineare Verzerrung 20* log ((2^16)/(2^16-1) = 0,0001 dB.

B) Wie ändert sich denn der Quantisierungsfehler bei höherem Jitter?
Nach obiger Rechnung ist der Quantisierungsfehler linear mit dem Jitter.
D.h. doppelter Jitter = doppelter Quantisierungsfehler
Bei 220ps habe ich bei 22.050 KHz einen Fehler von 2 Quantisisierungstufen
Bei 440 ps von 4 usw.

C) Wie hoch muss der Jitter denn bei hörbaren Frequenzen sein?
Wenn man andere Frequenzen in die obige Formel einsetzt erhält man als Mindestjitter für einen Fehler um eine Quantisierungstufe:

22 KHz: 110 ps
20 KHz: 121 ps
10 KHz: 243 ps
1 KHz: 2,43 ns
100 Hz: 24,3 ns

D.h. der Jitter ist hauptsächlich ein Problem für die hohen Frequenzen.

D) Ändert sich der Jitter, wenn ich (nur) die Samplingfrequenz erhöhe?
Ja und nein. Wenn ich eine Samplingfrequenz von 88.2 KHz bei 16bit annehme, dann habe ich als Mindestjitter für fs/2 = 44.1 KHz einen Wert von 55ps.
Bei den hörbaren Frequenzen ändert sich nichts.

E) Wie ist denn die Anfälligkeit, wenn ich statt mit 16 bit nun mit 24 bit quantisiere?
Dann habe ich schon bei kleinerem Jitter einen Quantisierungsfehler, allerdings ist dieser durch die feinere Stufung auch deutlich kleiner.

F) Was sollte denn Jitter nun zu hören sein?
Nach meiner Interpretation des obigen, ist Jitter de facto nur ein Problem der hohen Frequenzen. Bei hohem Jitter habe ich nichtlineare Verzerrung der hohen Frequenzen. Kandidaten zum Raushören wären z.B. Becken eines Schlagzeugs, Obertöne von Musikinstrumenten oder S-Laute in Stimmen. Typische Wahrnehmung von nichtlinearen Verzerrungen ist eine „Rauhigkeit“. Da nach meinen Überlegungen der Jitter in beiden Kanälen gleich vorkommt und nichts an der Kanaltrennung ändert, sollte er keinen Einfluß auf die räumliche Abbildung haben (Allerdings: Bei Audio/Hifi weiß man nie ).

In der Audiopresse liest man bei Gerätetests von Jitter von wenigen ps bis zu 1-2 ns. Ich habe es noch nie gesehen, dass angegeben wurde, wie der Jitter gemessen wurde (Mittlerer?, peak-to-peak?).
Wenn ich bedenke, dass im CD Fall bei einem angenommenen mittleren Jitter von 1 ns ein Quantisierungsfehler bei 10 KHz von nur 4 Stufen auftritt, und bei niedrigen Frequenzen noch viel weniger Fehler da ist, frage ich mich wie gut dies hörbar ist. Die Verzerrungen von Lautsprechern oder Kopfhörern sind jedenfalls um Größenordnungen höher.

Und nun Feuer frei

ubloecher

[Hans-Martin]

Hallo Uwe
Du gehst von idealisierten Bedingungen aus, die Realität ist aber stärker mangelbehaftet.
Wenn Du vereinfacht mathematisch Jitter herleiten willst, gehst Du an dieser Realität vorbei. Mathematische Regeln sind widerspruchsfrei, Fehler sind nicht eingeplant. Aus idealisierten einwandfreien logischen Bedingungen heraus lässt sich mit einwandfreier Logik Jitter kaum herleiten.

Aus meinem Blickwinkel:
A: Eine der Frage ist: wieviel Auflösung auf der Bitebene ist sinnvoll, wenn auf der Zeitebene Jitter bestimmter Größenordnung existiert?
B: Das ist die Umkehrung von A

In der Übertragungskette von Studio zum Hörer existiert eine Referenzmasterclock bei der Aufnahme, die serielle Information wird gespeichert, bei der späteren Wiedergabe wird mit einer unabhängigen Clock das Timing rekonstruiert. Die Differenz der relativen Realzeit-Abweichung beider ergibt einen nicht unwesentlichen Jitter.

C: Ja (s.u.)
D und E: Die Filterung nach D/A-Wandlung glättet das Signal wieder. Was bleibt von Deiner Betrachtung dann noch über?
F: wenn der Einfluss auf beide Kanäle wirklich gleich sein soll, müsste die Zeitdifferenz bei der digitalen seriellen Information (L und R nacheinander) gleich Null sein, folglich also Null Jitter. Muss ich das weiter ausführen?

Gegenfrage: Kommt Jitter von der Auflösung in Fs und Bits oder von unsauberer Taktung, unterschiedlicher Bearbeitung der Signalflanken positiv und negativ bei den Logik-Gattern, Zeitpunkterfassung (Schmitt-Trigger) bei Überlagerung von Störungen über das Digitalsignal, von Fehlern in Filterkomponenten (z.B. dielektrische Absorption).

Da Jitter sowohl Amplitude wie auch Frequenz hat, beides nicht zwangsläufig konstant, sondern leider variabel, gerät die Bestimmung nicht einfach oder eindimensional skalierbar.

Die Verzerrungen von Lautsprechern sind in Größenordnungen höher als die von Verstärkern, trotzdem unterscheidet man sehr wohl klirrarme von weniger klirrarmen Verstärkern nach Gehör über klirrbehaftete Lautsprecher.
Auch in einer fehlerbehafteten Wiedergabekette lassen sich neu hinzugefügte weitere Fehler erkennen.
Wieso kann ein Tropfen ein Fass zum Überlaufen bringen? Er hat vom Gesamtvolumen einen Anteil von 0,000000000x.

Jedes Musikinstrument hat spezifische Obertöne zu seinen Grundtönen. Daran erkennt man es bereits beim ersten Ton. Wenn Jitter die Obertöne beeinflusst, wird der Gesamtcharakter des Instruments verändert.
Bei einer Tonbandaufzeichnung wird das höherfrequente Rauschen die Klangfarbe eines Kontrabasses beeinflussen, auch wenn man das Bandrauschen im Grundtonbereich des Instruments gar nicht wahrnehmen kann.
Wenn Du mit einem Sinus versuchst, Zeitfehler wahrzunehmen, wird es sehr schwierig, versuchs mal mit steilen Flanken, Transienten. Sie sind obertonreich und lassen Unterschiede deutlicher hörbar werden.
Jitter ist ein vielseitiges Thema, eine unendliche Geschichte...
Grüße Hans-Martin

[ubloecher]

Hallo Hans Martin,

ich gebe Dir vollkommen Recht. Die Realität ist komplex, ich kann ein solches Gesamtsystem Audiokette nicht exakt 1-zu-1 per Physik und Mathematik abbilden.

Das war auch nicht meine Absicht. Offensichtlich habe ich meine Gedanken dahinter nicht klar genug beschrieben. Meine Idee war zu sagen: kann ich unter idealisierten und worst case Annahmen nicht Dinge ableiten, die mir helfen die Auswirkungen von Jitter besser zu verstehen und eine sinnvolle Untergrenze für Anforderungen an Jitter festzulegen. Für mich war Jitter bis vor einiger Zeit ein unklarer Begriff. Ich hatte kein Gefühl dafür, was passiert in welchem Ausmaß und welche Auswirkungen könnte es auf den Klang haben. Deswegen habe ich versucht, einige Überlegungen anzustellen, was denn bei Jitter passiert und welchen Einfluß Jitter hat.

Zu A und B) Das Ziel war eine sinnvolle technische Untergrenze von Jitter zu bestimmen, über die hinaus eine Optimierung keinen Einfluss mehr hat. Ein Schluss könnte sein: Angenommen ich habe bei CD Qualität in einem CD-Spieler X einen Jitter von 10 ps habe und bei CD Spieler Y von 50ps , dann kann der Jitter keinen hörbaren Einfluß haben, weil de facto keine Quantisierungsfehler entstehen. Das könnte für eine Kaufentscheidung eine Rolle spielen. Ein eventueller Unterschied im Hörtest muss dann andere Gründe haben.
Deine Bemerkung, dies auch umgekehrt zu betrachten, ist natürlich auch valide.
Zu B) Genau, B ist die Umkehrung von A

Zu C) Noch eine Ergänzung (meine ursprüngliche Aussage umformuliert): Hörbare Auswirkungen von real vorkommenden Jitter auf den Bassbereich würde ich ausschließen.

Zu D und E) Du hast Recht. Da habe ich nicht klar genug formuliert. Meine implizite Aussage ist: bei gleichem Jitter hat eine höhere Abtastfrequenz keinen Einfluss auf die Jittereffekte des hörbaren Bereichs. Und mehr Quantisierungstufen (z.B. 2^24 statt 2^16) haben bei konstantem Jitter durch die Glättung in der D/A Wandlung auch keinen großen Einfluss.

Zu F): Auch hier stimme ich Dir zu: Es kann natürlich Unterschiede durch die serielle Behandlung der beiden Kanäle geben.
Wenn es pro Sample zwischen L und R Unterschiede gibt oder geben kann, der Jitter „im Mittel“ aber gleich auf L und R wirkt, d.h. wenn es keine systematische Jitter-Abweichung zwischen L und R gibt, kann ich mir eine Auswirkung auf die räumliche Abbildung nur schwer vorstellen. Aber vielleicht reicht meine Phantasie nicht aus .

> Wenn Du mit einem Sinus versuchst, Zeitfehler wahrzunehmen, wird es sehr schwierig,
> versuchs mal mit steilen Flanken, Transienten. Sie sind obertonreich und lassen
> Unterschiede deutlicher hörbar werden.

Hier habe ich eine andere Interpretation: Nach meinem Verständnis sollte es am leichtesten sein, Jitter bei einem hochfrequenten Sinus festzustellen. Der Zeitfehler beim Jitter bewirkt nichtlineare Verzerrungen durch die Quantisierungsfehler. Nichtlinear Verzerrungen sollten bei einem reinen Sinus am ehesten auffallen, weil diese Verzerrungen da nicht „hingehören“. Bei komplexeren Signalen mit einem Frequenzgemisch besteht meines Erachtens die Gefahr, dass die Verzerrungen von anderen Tönen „überdeckt“ werden, und nur schwer hörbar sind.

> Die Verzerrungen von Lautsprechern sind in Größenordnungen höher als die von Verstärkern, trotzdem unterscheidet man sehr wohl
> klirrarme von weniger klirrarmen Verstärkern nach Gehör über klirrbehaftete Lautsprecher.
> Auch in einer fehlerbehafteten Wiedergabekette lassen sich neu hinzugefügte weitere Fehler erkennen.
> Wieso kann ein Tropfen ein Fass zum Überlaufen bringen? Er hat vom Gesamtvolumen einen Anteil von 0,000000000x.

Meine Hörerfahrung ist: Es ist z.B. bei Röhren- vs. Transistortechnik in der Regel für mich einfach möglich, solche Unterschiede im Blindversuch eindeutig zu erkennen. Das bestätigt Deine Aussage. Ich habe bisher den Großteil meines Budgets und zeitlichen Aufwands in die Lautsprecher/Raumakustik Optimierung gesteckt (wobei wir wieder beim Thema „aktiv“ wären). Unterschiede zwischen Lautsprechern, bei Veränderungen in der Aufstellung, Modifikationen in der Raumakustik, DSP-Raumkorrektur sind oft groß und eindeutig hörbar.

Ich tue mich aber sehr schwer, den Unterschied zwischen DACs zu erkennen (soll heißen, ich schaffe es im Doppelblindtest nicht, statistisch signifikant die Geräte zu identifizieren), selbst zwischen „billigen“ und „mittelteueren“ Geräten bin ich schon gescheitert.

Deswegen habe ich bisher wenig für die Optimierung der Digitaltechnik unternommen. Die Fragen, die ich mir stelle, sind: Sind die Unterschiede so gering? Habe ich bisher noch keinen wirklich guten DAC gehört? Oder bin ich einfach ein digitales Holzohr?

Uwe

[wgh52]

Hallo Uwe,

danke, daß Du schließlich wieder auf die Kernfrage dieses Threads zurückführst.

Die Fragen, die ich mir stelle, sind: Sind die Unterschiede so gering? Habe ich bisher noch keinen wirklich guten DAC gehört? Oder bin ich einfach ein digitales Holzohr?

Ich stelle mir diese Fragen auch, darum wurde dieser Thread gestartet. Über die technisch/physikalischen Hintergründe ist bereits viel gesagt worden. Aber welche klanglichen "Muster" Indizien für Jitter sind, bleibt irgendwie unklar, trotzdem gibt's wohl Leute, die Jitter gehörmäßig diagnostizieren können:

Sind es zischelnde S-Laute? Sind es scharf klingende Geigen? Zu wenig Luft zwischen den Instrumenten (darunter kann ich mir übrigens gar nichts vorstellen...)? Oder...? Und...?

Es kommt mir so vor, als gäbe es entweder nicht wirklich eindeutige Indizien oder diese lassen sich nicht recht beschreiben.

Gruß,
Winfried

2167

[OpenEnd]

Hallo Winfried,

das mit dem nicht richtig beschreiben können, trifft den Nagel auf den Kopf. Konnte mir bis zum letzten Wochenende auch nicht wirklich was darunter vorstellen, was Jitter klanglich ausmacht. Kann jetzt auch nicht sagen, ob ich es ganzheitlich erfasst habe.
Dabei stütze ich mich auf die von Gert im digitalen Bereich modifizierten Gerätschaften. Erstmalig konnte ich den Unterschied zwischen digital modifiziert und unmodifiziert hören.

Der Unterschied liegt für mich im Vorhandensein von Feinstinformationen, die das Klangbild musikalisch und räumlich erweitern. Darüberhinaus hatte ich das Gefühl von einem frischeren Klangbild. Der Vergleich zwischen einem lauen Lüftchen und einem frischen Wind trifft es am Besten.

Da hilft keine Mathematik, die beweisen möchte, dass irgendwas nicht sein kann. Die Unterschiede waren klar herauszuhören und wurden während der Hörsitzung von den Hörenden glockenklar beschrieben.

Ob das Ganze blindtesttauglich ist, weiß ich nicht. Ist mir persönlich auch relativ egal.

Grüßle vom Charly

[Hans-Martin]

Zu C) Noch eine Ergänzung (meine ursprüngliche Aussage umformuliert): Hörbare Auswirkungen von real vorkommenden Jitter auf den Bassbereich würde ich ausschließen.

Hallo Uwe
in der Praxis verliert der Bass unter dem Einfluss von Jitter an Substanz und Reinheit, wird fade und blass, drucklos. Bitte bedenke, dass jedes Musikinstrument Grund und Obertöne produziert, und wenn die Obertöne sich ändern, wirkt das auf den Gesamteindruck zurück.

Bei reinen Sinustönen mag das anders sein, aber wer lauscht schon zu sowas ernsthaft.

Zu D und E) Du hast Recht. Da habe ich nicht klar genug formuliert. Meine implizite Aussage ist: bei gleichem Jitter hat eine höhere Abtastfrequenz keinen Einfluss auf die Jittereffekte des hörbaren Bereichs. Und mehr Quantisierungstufen (z.B. 2^24 statt 2^16) haben bei konstantem Jitter durch die Glättung in der D/A Wandlung auch keinen großen Einfluss.

Ich weiß nicht mehr, wer vor etwa 10 Jahren mahnend vorgerechnet hat, dass man deutlich unter 0,5ps Jitter kommen müsste, damit 24 Bit Auflösung Sinn machen.
Es gibt aber Jitterkomponenten, die mMn davon unabhängig betrachtet werden können.

Zu F): Auch hier stimme ich Dir zu: Es kann natürlich Unterschiede durch die serielle Behandlung der beiden Kanäle geben.
Wenn es pro Sample zwischen L und R Unterschiede gibt oder geben kann, der Jitter „im Mittel“ aber gleich auf L und R wirkt, d.h. wenn es keine systematische Jitter-Abweichung zwischen L und R gibt, kann ich mir eine Auswirkung auf die räumliche Abbildung nur schwer vorstellen. Aber vielleicht reicht meine Phantasie nicht aus .

Was soll das heißen, etwa: im Mittel ist ein diffuses Bild doch scharf...?

Nach meinem Verständnis sollte es am leichtesten sein, Jitter bei einem hochfrequenten Sinus festzustellen. Der Zeitfehler beim Jitter bewirkt nichtlineare Verzerrungen durch die Quantisierungsfehler. Nichtlinear Verzerrungen sollten bei einem reinen Sinus am ehesten auffallen, weil diese Verzerrungen da nicht „hingehören“. Bei komplexeren Signalen mit einem Frequenzgemisch besteht meines Erachtens die Gefahr, dass die Verzerrungen von anderen Tönen „überdeckt“ werden, und nur schwer hörbar sind.

Wenn 7kHz genommen werden, läge k3 bei 21kHz. Ich glaube, der Siegeszug der CD hätte nicht stattgefunden, wenn der Klirr auf Frequenzen oberhalb 5kHz irgendwen gestört hätte.

Die Fragen, die ich mir stelle, sind: Sind die Unterschiede so gering? Habe ich bisher noch keinen wirklich guten DAC gehört? Oder bin ich einfach ein digitales Holzohr?

Solche Fragen kann ein Forum dir nicht beantworten. Nur die Zeit. Höre viel Musik und hab mal 10 oder 20 Jahre Geduld...
Grüße Hans-Martin

[wgh52]

Danke an alle, die sich bemühen Licht in diese Sache zu bringen!

Die Eingangsfrage war bewußt auf die praktische Hörsituation ausgerichtet und zur Abwechslung mal gar nicht auf die (mess)technische Schiene gezielt! Mir ist in diesem Zusammenhang Wissenschaft, Mathematik und Technik zur Abwechslung auch mal egal.

Es zeigt sich mir als erstes Fazit:

Jitter ist unter Umständen, nämlich im direkten Vergleich, zwar identifizierbar, aber im Vorhinein als solcher nicht oder nur für extrem geübte (mit einiger Unsicherheit behaftet) durch hören identifizierbar.

Es kommt ganz sicher auf die gesamte Wiedergabekette, insbesondere die Lautsprecher, an und scheinbar inwieweit soetwas wie die "Gnade der mangelnden Auflösung" waltet. Also je besser die Wiedergabekette auflöst, desto deutlicher ist der Einfluss von Jitter wahrnehmbar - wiederum hauptsächlich im direkten Vergleich.

Aus meiner (relaiv limitierten) Erfahrung meine ich, daß mehr Jitter auch "nervt" (ich meine Jitterklang hat irgendwie etwas "schrilles" oder "lästiges" an sich) und weniger Jitter "macht süchtig nach mehr"; wohlgemerkt bei der gleichen Musik Nun ja, insofern kann ich sagen, daß sich mein Aufbau in die richtige Richtung zu entwickeln scheint, die Lästigkeit nimmt langsam ab, ich höre entspannter, tendenziell auch etwas lauter (ohne es selbst zu merken).

Soweit so gut.

Gruß,
Winfried

2167

[Franz]

Winfried,

hast du meiner Meinung und Anhörung nach sehr treffend beschrieben.

Gruß
Franz

[uli.brueggemann]

Wenn ich Uwe's Ausführungen folge, komme ich zu dem Schluss, dass wir Jitter als ein Signalüberlagerung betrachten können. Wenn durch Jitter also z.B. ein Sample um ein Bit verändert falsch wiedergegeben wird, so ist das ja dasselbe, als wenn wir dem Originalsignal eben noch ein Zusatzsignal hinzugeben.

Nun stell ich mir mal so ein Zusatzsignal vor. Es hat im Prinzip -1, 0 oder +1 Bit.
Wenn die Verteilung der Bits im Zusatzsignal rein zufällig wäre, hätten wir dasselbe wie Dither mit weissem Rauschen. Dither wird ja hinzugefügt, um die scheinbare Auflösung zu erhöhen. Trotz des etwas erhöhten Grundrauschpegels.

Ergo muss sich Jitter anders auswirken. Da seh ich zwei Möglichkeiten:
1. das Zusatzsignal ist nicht rein zufällig sondern korreliert mit dem Nutzsignal. Das scheinen wir im Vergleich zum Dither nicht zu mögen.
2. wenn sich Jitter gerade bei höheren Frequenzen bemerkbar macht, dann eben auch bei transienten Signalanteilen, die ja ihrerseits hohe Frequenzanteile enthalten. Durch die Korrelation verschiebt sich das Timing der Transienten. Und hier kommt noch ein Effekt hinzu, den Uwe nicht betrachtet hat. Normalerweise stehen ja auch linker und rechter Kanal in Korrelation zueinander. Ich wette, dass Jitter nicht unbedingt in beiden Kanälen (stereo) identisch passiert. Demzufolge ändert sich das Timing links und rechts zueinander. Das passt zu meinem Weltbild eines unruhigen Klangs.

Die Betrachtung von Sinus-Schwingungen allein reicht hier also nicht. Und so mystisch sind die klanglichen Auswirkungen von Jitter für mich nicht. Verbleibt also nur das Problem, wie man Jitter eben los wird

Grüsse, Uli

[wgh52]

Danke auch für die theoretischen Ansätze und Erklärungen! Wir hatten ja auch anderweitig Threads, die sich mit diesem Thema auf der messtechnisch/theoretischen Seite bis hin zu praktischer, dann hörbar nachvollziehbar qualitätssteigernder Jitterminimierung befassen. Da bestätigen sich immerwieder die Zusammenhänge.

Hier geht's mir mehr um klangliche Auswirkungen, und es scheint, daß ein Schluß von der theoretisch/messtechnischen Erkenntnis auf die klangliche Wahrnehmung (nur) teilweise gelingt - aber das ist ja auch schon was...

Mit Begriffen wie "Unruhe im Klangbild" oder "Körnigkeit" kann ich persönlich allerdings (noch?) wenig anfangen, mit Begriffen wie "Lästigkeit" und "Schärfe" im Klangbild oder "Ortungspräzision" schon mehr.

Es ist für die "Jitterklangdetektion" halt schade, daß das Gehör kein (verlässliches) Messinstrument ist, also VOR entsprechenden Gegenmaßnahmen nicht verlässlich "Jitter anzeigen" kann. Das birgt ein gewisses Risiko, möglicherweise an den falschen Baustellen zu "basteln", was dann "teuer" werden kann ...

Ich bin mir nicht so sicher wie weit wir hier noch kommen können, aber ein Anfang scheint gemacht.

Gruß,
Winfried

2170

[KSTR]

Wenn ich Uwe's Ausführungen folge, komme ich zu dem Schluss, dass wir Jitter als ein Signalüberlagerung betrachten können. Wenn durch Jitter also z.B. ein Sample um ein Bit verändert falsch wiedergegeben wird, so ist das ja dasselbe, als wenn wir dem Originalsignal eben noch ein Zusatzsignal hinzugeben.

Hi Uli, so sehe ich das auch.

Vor schon längerer Zeit habe ich mal versucht, sinusförmigen Jitter einfach per FM-Modulation dem Signal aufzuprägen, leider ging nicht beliebig klein und auch nicht höher als 6kHz Fmod. Ergebnis was unergiebig, auch wegen der Nichtkorrelation.

Also müsste man zu einem Audiotrack korreliert Dreck/Rauschen hinzufügen, L/R unterschiedlich oder auch nicht. Sollte kein Ding sein eine zerschossene Kopie seiner selbst einem Signal systematisch zuzufügen, schon eher das Abhören, das müsste ich Jitter-Hörprofis überlassen. Das wär doch mal was, ein Jitter-Simulator (als VST-Plug oder Standalone), samt Foren-Blindtest dazu (so wie seinerzeit die GLZ-Geschichte).

Gert könnte das auch als Hardware in ein "jitterfreies" Gerät einbauen, zB per Gatter (durch das die entscheidende D/A-Clock durch muss, direkt vor dem Chip), dessen Versorgungsspannung moduliert wird, als alter einfacher Trick die Laufzeit dynamisch zu ändern. Die Modulatorquelle bedarf dabei sicher gezielter Überlegungen, aber schon die Monosumme der Analogausgänge (evtl mit einer Enzerrkennlinie zu hohen Frequenzen hin, diese lauter machend) sollte genug korreliertes Chaos auf dem Takt anrichten, was im AB sofort auffallen müsste.

Grüße, Klaus

[steos]

Also müsste man zu einem Audiotrack korreliert Dreck/Rauschen hinzufügen, L/R unterschiedlich oder auch nicht. Sollte kein Ding sein eine zerschossene Kopie seiner selbst einem Signal systematisch zuzufügen, schon eher das Abhören, das müsste ich Jitter-Hörprofis überlassen. Das wär doch mal was, ein Jitter-Simulator (als VST-Plug oder Standalone), samt Foren-Blindtest dazu (so wie seinerzeit die GLZ-Geschichte).

Gert könnte das auch als Hardware in ein "jitterfreies" Gerät einbauen, zB per Gatter (durch das die entscheidende D/A-Clock durch muss, direkt vor dem Chip), dessen Versorgungsspannung moduliert wird, als alter einfacher Trick die Laufzeit dynamisch zu ändern. Die Modulatorquelle bedarf dabei sicher gezielter Überlegungen, aber schon die Monosumme der Analogausgänge (evtl mit einer Enzerrkennlinie zu hohen Frequenzen hin, diese lauter machend) sollte genug korreliertes Chaos auf dem Takt anrichten, was im AB sofort auffallen müsste.

Grüße, Klaus

Hallo

Ich habe das so ähnlich schon mal getestet.
1.PC mit Soundkarte via S/PDIF auf einen externen DA Wandler
2.nun den Jitterwert messen an der Soundkarte
3.einen externen Clock an die Soundkarte anschliessen
4.Jitter messen
5.über den externen Clock den Jitterwert erhöhen zb x10

habe den Jitterwert von 1,2nsp-p auf 81,2nsp-p erhöht (Clock Gernerator = Messsystem)
der Jitter wurde mit Noise ,Sinus ,Wide-band Noise gejittert und nix
Ok der Jitter steigt um 1-1,5nsp-p wen ich einen Film öffne oder ne Grafik aufrufe usw.. aber das geht schon OK
Ich habe leider keinen Unterschied gehört.
Wo ich aber schon Unterschiede höre ist von Windows zu Linux und zu Mac da frage ich mich schon wieso?

lg
Stefan

[KSTR]

... habe den Jitterwert von 1,2nsp-p auf 81,2nsp-p erhöht (Clock Gererator = Messsystem)
der Jitter wurde mit Noise ,Sinus ,Wide-band Noise gejittert und nix

Das war die Aktion mit dem DScope, oder? (ist auch mein Haupt- und Lieblingsmessplatz für Audio) Wäre also wieder der Umstand dass der zusätzliche Jitter halt nicht signalkorreliert war, dadurch vermutlich unauffällig.

Wg. Mac und Linux/Win bzw. Digital-Quellen allgemein, da stellt sich oft vorab die Frage, ob wirklich zueinander bitidentisch ausgegeben wurde auf SPDIF, was man mE nur durch Digital-Aufnahme von diesem SPDIF sauber prüfen kann, per Subtraktion (ohne Dither natürlich) nach evtl. Startoffset-Korrektur. Die Prüfung wird m.E. zu selten gemacht, genau genommen müsste man sogar den SPDIF-Datenstrom unten auf BiPhase-Ebene vergleichen, weil in den Nicht-Audiodaten schon Unterschiede sein können bzw. die Audiodaten anders auf die Blöcke/Frames/Subframes/Slots verteilt sein können. Sprich, wenn das BiPhase-Signal aus verschiedenen Quellen schon nicht gleich ist, kann allfälliger Jitter darauf, welcher ins Audio durchschlägt, nicht gleich sein, selbst wenn er bei gleichem BiPhase dann gleich wäre...

[steos]

Hallo Klaus,

Das war die Aktion mit dem DScope, oder?

Ja

Wg. Mac und Linux/Win bzw. Digital-Quellen allgemein, da stellt sich oft vorab die Frage, ob wirklich zueinander bitidentisch ausgegeben wurde auf SPDIF, was man mE nur durch Digital-Aufnahme von diesem SPDIF sauber prüfen kann, per Subtraktion (ohne Dither natürlich) nach evtl. Startoffset-Korrektur. Die Prüfung wird m.E. zu selten gemacht, genau genommen müsste man sogar den SPDIF-Datenstrom unten auf BiPhase-Ebene vergleichen, weil in den Nicht-Audiodaten schon Unterschiede sein können bzw. die Audiodaten anders auf die Blöcke/Frames/Subframes/Slots verteilt sein können. Sprich, wenn das BiPhase-Signal aus verschiedenen Quellen schon nicht gleich ist, kann allfälliger Jitter darauf, welcher ins Audio durchschlägt, nicht gleich sein, selbst wenn er bei gleichem BiPhase dann gleich wäre...

Ist halt doch recht aufwändig.
Aber auch so auf die Schnelle kann ich sagen dass der Mac doch räumlicher und stressfreier spielt.
Also ist der Unterschied doch auf den Jitter zurückzuführen

lg
Stefan

[ubloecher]

Hallo,

Ulli schreibt:
> Wenn ich Uwe's Ausführungen folge, komme ich zu dem Schluss, dass wir Jitter als ein
> Signalüberlagerung betrachten können. Wenn durch Jitter also z.B. ein Sample um ein Bit
> verändert falsch wiedergegeben wird, so ist das ja dasselbe, als wenn wir dem Originalsignal eben
> noch ein Zusatzsignal hinzugeben.
>
> Nun stell ich mir mal so ein Zusatzsignal vor. Es hat im Prinzip -1, 0 oder +1 Bit.
> Wenn die Verteilung der Bits im Zusatzsignal rein zufällig wäre, hätten wir dasselbe wie Dither mit
> weissem Rauschen. Dither wird ja hinzugefügt, um die scheinbare Auflösung zu erhöhen. Trotz des
> etwas erhöhten Grundrauschpegels.

Ja, Jitter kann man als Signalüberlagerung betrachten. Allerdings, wie Du weiter unten selbst schreibst, hinkt der Vergleich mit dem Dither etwas.
Dither ist ein Zusatzsignal, das um die unterste Quantisierungstufe (LSB) zufällig schwankt.
Das durch Jitter hervorgerufene Überlagerungssignal ist linear abhängig von der Höhe des Jitters und linear abhängig von der Frequenz.
Die Höhe des Jitters könnte man leicht ähnlich dem Dither betrachten. Statt um eine Quantisierungsstufe schwankt das Signal um mehrere Stufen.
Schwieriger zu betrachten ist allerdings die Frequenzabhängigkeit des Jitters. Um den Effekt zu betrachten, müsste man gedanklich erst das Signal in die einzelnen Frequenzen aufspalten. Dann für jede Frequenz die richtige „Jitterrauschhöhe“ anwenden und dann das Signal wieder zusammenführen.

Ich hoffe, durch ein Beispiel wird dies anschaulicher. Weiter oben schrieb ich, dass bei CD Qualität unter idealisierten worst case Annahmen der Jitter für einen Quantisierungsfehler um eine Stufe bei 20000 Khz mindestens 121 ps betragen muss.

Nehmen wir nun mal an, die idealisierten Annahmen stimmen so. Dann betrachten wir jetzt einen sehr hohen Jitter, um den Effekt richtig zu sehen. Nehmen wir weiter an, der Jitter ist „weiß“ mit zero-to-peak Amplitude von 121 Nanosekunden ( =1000 * 121 ps). Also richtig hoch.

Dann haben wir bei einer Frequenz von 20000 Hz ein Quantisierungsrauschen von 1000 Quantisierungsstufen. Dieses Quantisierungsrauschen bewirkt, dass der Informationsgehalt aus den letzten 10bit gleich Null wird (1000 ist ungefähr 2^10). D.h. wir haben effektiv nur 6 bit für das Signal zur Verfügung. D.h. der Signal-Jitterrauschabstand beträgt bei der 20000 Hz Frequenz 20 * log 2^6 db = 36 dB. Wegen der linearen Abhängigkeit von der Frequenz haben wir dann in diesem Beispiel (121ns Jitter!) für andere Frequenzen folgendes:

Frequenz Quantisierungsrauschen/Stufen Signal/Jitter-Rauschabstand
20000Hz 1000 36dB
10000Hz 500 42 dB
1000 Hz 50 62 dB
100 Hz 5 82 dB

Bei einem Jitter von 1,21 Nanosekunden (ein Hundertstel von oben) hätten wir
Frequenz Quantisierungsrauschen/Stufen Signal/Jitter-Rauschabstand
20000Hz 10 76dB
10000Hz 5 82 dB
1000 Hz 0 96 dB
100 Hz 0 96 dB (limitiert bei 96dB)

Wegen der worst case Annahmen in meinen theoretischen Überlegungen gehe ich davon aus, dass die realen Werte beim Rauschabstand etwas besser sein sollten.

Wenn man das Quantisierungsrauschen auf einem Graphen auftragen würde, der auf der X-Achse die Frequnz von 0 Hz bis zur halben Samplingfrequenz darstellt und die y-Achse wäre der Signal-Jitter-Rauschabstand in dB würde sich für einen gegebenen Jitter eine Gerade durch den Nullpunkt ergeben. Bei einem andern Jitter würde sich die Steigung der Geraden ändern.

Jitter ist ein „digitaler“ Effekt, d.h. das Rauschen („digitale Verzerrung“) ist nichtharmonisch. Die Betrachtung von den harmonischen Klirrfaktoren k2, k3,…
führt hier nicht weiter.

Beim zweiten Beispiel (Jitter = 1,21 ns) sind die Signal/Rauschabstände eigentlich recht ordentlich. Die Frage ist, wie weit der „digitale“, d.h. nichtharmonische Effekt hörbar ist.

Uwe