Verfasst: 02.06.2016, 23:19
Hallo,
@Cay-Uwe Danke für den Link der die Zusammenhänge von Samplingfrequenz, Spiegelfrequenzen und Aliasing erklärt.
Ich möchte mal eine kleine Zusammenfassung geben, was ich für mich bis jetzt gelernt habe:
Sobald ich aus einem kontinuierlichem Signal mit einer bestimmten Frequenz Sample (AD-Wandelung) entstehen Artefakte, diese sind kein Fehler im Sinne von schlechtem Design, sondern unvermeidlich.
Um diese zu vermeiden, muss ich eine Bandbegrenzung durchführen und zwar ab der Hälfte der Samplingfrequenz. Da es gewünscht war, dass eine CD eine gewisse Spielzeit haben sollte haben Philips und Sony sich für eine Samplingsfrequenz von 44,1 kHz entschieden. Das heißt ich muss das Signal vor der Konvertierung auf 22,05 kHz begrenzen. Geht man davon aus, dass der Mensch bis 20 kHz hören kann (bei mir sind ca. 13 kHz), ergibt sich daraus eine gewisse notwendige Steilheit des Filters (20 kHz soll durch bei 22,05 kHz soll möglichst nichts durch). Gleichzeitig erzeugen die gewünschten Signale unter 20 kHz aber auch erzeugen auch Signale im Bereich über 20 kHz. Bei einer samplingfreuenz von 44,1 kHz erzeugt ein Signal von 20 kHz eben auch ein Signal bei fs (44,1 kHz) - 20 kHz = 24,1 kHz. Diese Signale muss ich dann bei der Rückwandelung wegfiltern. Da gilt dann, dass ich 20 kHz durchlassen möchte, aber aufpassen muss, dass ich die nicht gewünschten Signale (niedrigste Frequenz 24,1 kHz) rausfiltere. Am Anfang des digitalen Zeitalters machte man das mit analogen Filtern. Die waren wegen der notwendigen Steilheit recht aufwändig. Da kam die Idee des Oversamplings, das erlaubt den Abstand von 20 kHz (soll durch) zur niedrigsten Frequenz ab der gefiltert werden muss zu erhöhen und der Filter kann (da er nicht mehr so steil sein muss?) deutlich einfacher ausfallen. Der Pferdefuß ist, dass ich auch fürs Oversampling ein Filter brauche, der ist aber digital und in der digitalen Ebene sind Filter deutlich einfacher zu gestalten. Grundsätzlich gibt es zwei Arten digitaler Filter Infinite Impulse Filter (IIR) und Finite Impulse Filter (FIR). Einen analogen Filter auf digitaler Ebene nachzustellen ist mit IIR einfacher, ein mathematisch perfektes Filter ist einfacher mit FIR zu erstellen. Diese Filter haben aber bestimmte Effekte, so gibt es linear phase filters (linerarphasige Filter?). bei diesen Filtern ändert sich die Phasenlage linear in Abhängigkeit von der Frequenz. Filter mit diesen Eigenschaften lassen sich leicht als FIR konstruieren, wenn man die Koeffizienten des Filters symmetrisch gestaltet. Da die Gruppenlaufzeit die erste Ableitung der Phasenänderung ist, ergibt sich daraus, dass die Gruppenlaufzeit über die Frequenz konstant ist. das nennt man ein nicht dispersives Filter, da die Gruppenlaufzeit des Signals nicht A
abhängig von der Frequenz ist. Das heißt, dass die Signale eines Instrumentes mit einem großen Frequenzumfang alle gleichzeitig am Ohr ankommen. Ich gehe mal davon aus, dass dies die Lokalisationsschärfe erhöht. Soweit so gut. Diese Art Filter hat aber auch Nachteile, sie erzeugt Latenz, diese Latenz ist um so größer, je länger (genauer) das Filter ist. Das kann bei Surroundanwendungen zu Problemen führen. Wichtiger noch ist vielleicht die Tatsache, dass diese Art Filter das ach so böse "pre-ringing" erzeugen, dass heißt die Amplitude des gefilterten Signals ist größer null bevor das Ursprungssignal angefangen hat. Man könnte das als Vorauseilen oder als Vorschwingen bezeichnen. Nachschwingen wird auch erzeugt, das tritt aber auch, in Abhängigkeit von der Güte des Filters auch bei analogen Filtern auf. Habe ich es richtig verstanden kann ich das pre-ringing bei dieser Art Filter minimieren in dem ich die Filterlänge erhöhe, dies führt aber zu größerer Latenz.
Eine ander Art Filter ist das Minimalphasige Filter, hier kann ich Filter konstruieren, die kein pre-ringing erzeugen, sie haben auch eine kleinere Latenz als die linearphasigen Filter. doch schockschwere Not, die Dinger sind dispersiv, das heißt die Gruppenlaufzeit ist abhängig von der Frequenz. Dies wiederum führt dazu, dass Signale mit signifikantem Frequenzunterschied zu unterschiedlichen Zeiten ans Ohr gelangen. Ist dieser Effekt sehr ausgeprägt, sollte die Lokalisationsschärfe von Instrumenten mit großem Frequenzumfang abnehmen. Es gibt aber auch Kompromissfilter, wenn ich es richtig verstanden habe, sind dies modifizierte linear phase filter, bei denen das pre-ringing weniger ausgeprägt ist, als dies bei einem reinen linear phase filter der Fall wäre. Diese Filter nennt man apodising filter. Wenn ich es richtig verstanden habe, gibt es aber auch hier Nachteile, das modifizierte Filter hat einen schlechteren "Störabstand" ist also weniger effizient als das unmodifizierte.
Da es immer einfacher wird digitale Filter zu erstellen, ergibt sich da eine Spielwiese, auf der man sich trefflich austoben kann und es eigentlich möglich sein sollte, dass man sich das Filter konstruiert, welches einem persönlich am besten gefällt. Sofern man dazu ein geeignetes Werkzeug hat und Zeit und Lust zu experimentieren. Bernd Peter der, wenn ich es richtig verstehe, dafür plädiert das Oversampling offline zu betreiben und dann das ganze durch einen NOS DAC zu jagen, schafft sich gerade diese Möglichkeit. Man umgeht somit auch das Problem der Latenz, man ist nicht auf die im DAC vorhandenen Filter angewiesen und kann, ausreichende Rechenleistung beim offline Oversampling vorausgesetzt auch bei linearphasigen Filtern mit langen Filtern arbeiten, die eine Minimierung des pre-ringings ermöglichen. Man kann natürlich auch einen Soekris DAC betreiben, bei dem man selbst erstellte Filter verwenden kann, allerdings ist man dann wieder von der Rechenleistung des DAC abhängig und das Problem der Latenz holt einen wieder ein.
Allerdings hat all das, was ich bis jetzt geschrieben habe nichts mit der Idee des NOS DAC zu tun. Die Idee des NOS DAC ist eben, keine digitalen Filter zu verwenden. So kann man einige der oben geschilderten Probleme vermeiden, aber auch ein aufwändiges (und damit teures) analoge Filter wird ein (Sinus)Signal liefern, das eben zumindest minimal treppenförmig ist. Bei schlechter Ausführung des Filters, können sogar für die folgenden Glieder der Kette schädliche Effekte auftreten. Aber auch das ist nicht Thema des Threads. Thema des Threads ist gut gemachte NOS DAC. Grundsätzlich gilt natürlich auch, dass das Ausgangssignal des DAC bevor es an unsere Ohren gelangt noch einige Filter mehr passiert und das entscheidend ist, wie angenehm wir das empfinden, was an unseren Ohren ankommt (auch wenn es da manchmal aus psyschologischen gründen helfen mag, dass man ein ganz besonderes (besonders teures) Gerät/DAC besitzt). Insofern mögen Einwände wie, dass NOS DAC nicht den Stand der technik wieder spiegeln, dass heutzutage selbst ein popliger Dragonfly eine gute Soundqualität mit den einem der zwei auf dem DAC-chip integrierten Filter hinbekommt und teurere Geräte noch mit mehr (custom-designeten) Filter, die noch besser sein mögen, noch bessere Soundqualität abliefern, alle gelten. Aber mich interessiert in diesem Faden nur, kann ich einen NOS DAC trotz seiner prinzipbedingten Limitierungen auf ein hohes Qualitätslevel heben? Wie ich Ausgangs bemerkt habe anscheinend (oder doch nur scheinbar?) ja. Gibt es also auch prinzipienbedingte Vorteile des NOS-DAC, die dies erklären könnten? Für mich klingt immer noch der Hinweis, dass je höher die Samplingfrequenz desto stärker wirken sich Probleme auf der zeitlichen Ebene (Jitter) aus, richtig. Falls ich da irre, möge man mich eines besseren belehren.
Gruß
Uwe
Ich hoffe niemand schläft beim Lesen dieses Beitrags ein, wobei angesichts der fortgeschrittenen Uhrzeit könnte dies ja als angenehemer Nebeneffekt gesehen werden
@Cay-Uwe Danke für den Link der die Zusammenhänge von Samplingfrequenz, Spiegelfrequenzen und Aliasing erklärt.
Ich möchte mal eine kleine Zusammenfassung geben, was ich für mich bis jetzt gelernt habe:
Sobald ich aus einem kontinuierlichem Signal mit einer bestimmten Frequenz Sample (AD-Wandelung) entstehen Artefakte, diese sind kein Fehler im Sinne von schlechtem Design, sondern unvermeidlich.
Um diese zu vermeiden, muss ich eine Bandbegrenzung durchführen und zwar ab der Hälfte der Samplingfrequenz. Da es gewünscht war, dass eine CD eine gewisse Spielzeit haben sollte haben Philips und Sony sich für eine Samplingsfrequenz von 44,1 kHz entschieden. Das heißt ich muss das Signal vor der Konvertierung auf 22,05 kHz begrenzen. Geht man davon aus, dass der Mensch bis 20 kHz hören kann (bei mir sind ca. 13 kHz), ergibt sich daraus eine gewisse notwendige Steilheit des Filters (20 kHz soll durch bei 22,05 kHz soll möglichst nichts durch). Gleichzeitig erzeugen die gewünschten Signale unter 20 kHz aber auch erzeugen auch Signale im Bereich über 20 kHz. Bei einer samplingfreuenz von 44,1 kHz erzeugt ein Signal von 20 kHz eben auch ein Signal bei fs (44,1 kHz) - 20 kHz = 24,1 kHz. Diese Signale muss ich dann bei der Rückwandelung wegfiltern. Da gilt dann, dass ich 20 kHz durchlassen möchte, aber aufpassen muss, dass ich die nicht gewünschten Signale (niedrigste Frequenz 24,1 kHz) rausfiltere. Am Anfang des digitalen Zeitalters machte man das mit analogen Filtern. Die waren wegen der notwendigen Steilheit recht aufwändig. Da kam die Idee des Oversamplings, das erlaubt den Abstand von 20 kHz (soll durch) zur niedrigsten Frequenz ab der gefiltert werden muss zu erhöhen und der Filter kann (da er nicht mehr so steil sein muss?) deutlich einfacher ausfallen. Der Pferdefuß ist, dass ich auch fürs Oversampling ein Filter brauche, der ist aber digital und in der digitalen Ebene sind Filter deutlich einfacher zu gestalten. Grundsätzlich gibt es zwei Arten digitaler Filter Infinite Impulse Filter (IIR) und Finite Impulse Filter (FIR). Einen analogen Filter auf digitaler Ebene nachzustellen ist mit IIR einfacher, ein mathematisch perfektes Filter ist einfacher mit FIR zu erstellen. Diese Filter haben aber bestimmte Effekte, so gibt es linear phase filters (linerarphasige Filter?). bei diesen Filtern ändert sich die Phasenlage linear in Abhängigkeit von der Frequenz. Filter mit diesen Eigenschaften lassen sich leicht als FIR konstruieren, wenn man die Koeffizienten des Filters symmetrisch gestaltet. Da die Gruppenlaufzeit die erste Ableitung der Phasenänderung ist, ergibt sich daraus, dass die Gruppenlaufzeit über die Frequenz konstant ist. das nennt man ein nicht dispersives Filter, da die Gruppenlaufzeit des Signals nicht A
abhängig von der Frequenz ist. Das heißt, dass die Signale eines Instrumentes mit einem großen Frequenzumfang alle gleichzeitig am Ohr ankommen. Ich gehe mal davon aus, dass dies die Lokalisationsschärfe erhöht. Soweit so gut. Diese Art Filter hat aber auch Nachteile, sie erzeugt Latenz, diese Latenz ist um so größer, je länger (genauer) das Filter ist. Das kann bei Surroundanwendungen zu Problemen führen. Wichtiger noch ist vielleicht die Tatsache, dass diese Art Filter das ach so böse "pre-ringing" erzeugen, dass heißt die Amplitude des gefilterten Signals ist größer null bevor das Ursprungssignal angefangen hat. Man könnte das als Vorauseilen oder als Vorschwingen bezeichnen. Nachschwingen wird auch erzeugt, das tritt aber auch, in Abhängigkeit von der Güte des Filters auch bei analogen Filtern auf. Habe ich es richtig verstanden kann ich das pre-ringing bei dieser Art Filter minimieren in dem ich die Filterlänge erhöhe, dies führt aber zu größerer Latenz.
Eine ander Art Filter ist das Minimalphasige Filter, hier kann ich Filter konstruieren, die kein pre-ringing erzeugen, sie haben auch eine kleinere Latenz als die linearphasigen Filter. doch schockschwere Not, die Dinger sind dispersiv, das heißt die Gruppenlaufzeit ist abhängig von der Frequenz. Dies wiederum führt dazu, dass Signale mit signifikantem Frequenzunterschied zu unterschiedlichen Zeiten ans Ohr gelangen. Ist dieser Effekt sehr ausgeprägt, sollte die Lokalisationsschärfe von Instrumenten mit großem Frequenzumfang abnehmen. Es gibt aber auch Kompromissfilter, wenn ich es richtig verstanden habe, sind dies modifizierte linear phase filter, bei denen das pre-ringing weniger ausgeprägt ist, als dies bei einem reinen linear phase filter der Fall wäre. Diese Filter nennt man apodising filter. Wenn ich es richtig verstanden habe, gibt es aber auch hier Nachteile, das modifizierte Filter hat einen schlechteren "Störabstand" ist also weniger effizient als das unmodifizierte.
Da es immer einfacher wird digitale Filter zu erstellen, ergibt sich da eine Spielwiese, auf der man sich trefflich austoben kann und es eigentlich möglich sein sollte, dass man sich das Filter konstruiert, welches einem persönlich am besten gefällt. Sofern man dazu ein geeignetes Werkzeug hat und Zeit und Lust zu experimentieren. Bernd Peter der, wenn ich es richtig verstehe, dafür plädiert das Oversampling offline zu betreiben und dann das ganze durch einen NOS DAC zu jagen, schafft sich gerade diese Möglichkeit. Man umgeht somit auch das Problem der Latenz, man ist nicht auf die im DAC vorhandenen Filter angewiesen und kann, ausreichende Rechenleistung beim offline Oversampling vorausgesetzt auch bei linearphasigen Filtern mit langen Filtern arbeiten, die eine Minimierung des pre-ringings ermöglichen. Man kann natürlich auch einen Soekris DAC betreiben, bei dem man selbst erstellte Filter verwenden kann, allerdings ist man dann wieder von der Rechenleistung des DAC abhängig und das Problem der Latenz holt einen wieder ein.
Allerdings hat all das, was ich bis jetzt geschrieben habe nichts mit der Idee des NOS DAC zu tun. Die Idee des NOS DAC ist eben, keine digitalen Filter zu verwenden. So kann man einige der oben geschilderten Probleme vermeiden, aber auch ein aufwändiges (und damit teures) analoge Filter wird ein (Sinus)Signal liefern, das eben zumindest minimal treppenförmig ist. Bei schlechter Ausführung des Filters, können sogar für die folgenden Glieder der Kette schädliche Effekte auftreten. Aber auch das ist nicht Thema des Threads. Thema des Threads ist gut gemachte NOS DAC. Grundsätzlich gilt natürlich auch, dass das Ausgangssignal des DAC bevor es an unsere Ohren gelangt noch einige Filter mehr passiert und das entscheidend ist, wie angenehm wir das empfinden, was an unseren Ohren ankommt (auch wenn es da manchmal aus psyschologischen gründen helfen mag, dass man ein ganz besonderes (besonders teures) Gerät/DAC besitzt). Insofern mögen Einwände wie, dass NOS DAC nicht den Stand der technik wieder spiegeln, dass heutzutage selbst ein popliger Dragonfly eine gute Soundqualität mit den einem der zwei auf dem DAC-chip integrierten Filter hinbekommt und teurere Geräte noch mit mehr (custom-designeten) Filter, die noch besser sein mögen, noch bessere Soundqualität abliefern, alle gelten. Aber mich interessiert in diesem Faden nur, kann ich einen NOS DAC trotz seiner prinzipbedingten Limitierungen auf ein hohes Qualitätslevel heben? Wie ich Ausgangs bemerkt habe anscheinend (oder doch nur scheinbar?) ja. Gibt es also auch prinzipienbedingte Vorteile des NOS-DAC, die dies erklären könnten? Für mich klingt immer noch der Hinweis, dass je höher die Samplingfrequenz desto stärker wirken sich Probleme auf der zeitlichen Ebene (Jitter) aus, richtig. Falls ich da irre, möge man mich eines besseren belehren.
Gruß
Uwe
Ich hoffe niemand schläft beim Lesen dieses Beitrags ein, wobei angesichts der fortgeschrittenen Uhrzeit könnte dies ja als angenehemer Nebeneffekt gesehen werden