Verzerrung in der digitalen Welt

  • Ersteller dr-spackenbarth
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Was man in Instrumentenfreaks Link hoert ist Granularrauschen (habe leider keinen guten Link dazu gefunden). Durch die Quantisierung kommt ein Quantisierungsfehler hinzu, weil die Aufloesung reduziert wird. Aus 1.4 wird z.B. 1, der Fehler ist dann 0.4.
Normalerweise ist der Fehler gleichverteilt, man nimmt den Quantisierungsfehler als Rauschen wahr. Daher Quantisierungsrauschen.


Bei hoch.png sieht man z.B., dass der Quantisierungsfehler durchaus nach Rausschen aussieht. Abgesehen von den Bereichen um x=250 und um x=750. Die Aufloesung waere auch nur ~7 [g=395]Bit[/g].

Wenn man aber tieffrequente Signale hat, die wenig ausgesteuert sind, so ist der Quantisierungsfehler ueber lange Zeit gleich. Bei niedrig.png sieht man, dass der Quantisierungsfehler mal ueberhaupt nicht mehr nach Rauschen aussieht.

Der Quantisierungsfehler korreliert also mit dem Signal. Das sind aber keine Verzerrungen im klassischen Sinne (die Harmonische erzeugen und auf Nichtlinearitaeten in der Uebertragungskennlinie zurueckzufuehren sind).
Trotzdem hoert man ein Stoersignal, dass dem Nutzsignal aehnlich ist.

Bei 16 [g=395]Bit[/g] dithert (Rauschen hinzufuergen um korrelierten, stoerenderen Fehler zu verdecken) man, um das zu vermeiden. Bei 24 [g=395]Bit[/g] braucht man das nicht, da durch das analoge Rauschen (Bereich 20 [g=395]Bit[/g]) das Signal schon "gedithert" wird.

Wie gesagt, die Bezeichnung Verzerrung hierfuer ist nicht korrekt.


gruss, Chris
 

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Hallo Chris,

das hast Du sehr gut erklärt für Leute, die solche Diagramme zu lesen wissen.
Und so kommen wir nun zu Dithern und Noiseshaping für Anfänger:

Wie man Deinen Diagrammen entnehmen kann, ist der Quantisierungsfehler bei niedriger Aussteuerung deutlich vom Signalverlauf des Nutzsignals abhängig, also mit dem Nutzsignal korreliert. Was man hört, ist also kein Rauschen, sondern (nichtharmonische) Verzerrungen, sagen wir mal Quantisierungsverzerrungen.

Packt man nun, also addiert man auf das analoge (niederpegelige) Nutzsignal nun ein Rauschen, welches "laut genug ist", um die unteren Bits durchzuschalten, so wird der Quantisierungsfehler vom Nutzsignal dekorreliert: Man hört nun also ein Nutzsignal, welches von einem etwa fast gleich lauten Rauschen überlagert ist. Das liegt daran, dass es zwar zufällig (wegen des Rauschens; Rauschen ist zufällig!) ist, ob ein [g=395]Bit[/g] bei der A/D-Wandlung gesetzt wird, aber die Wahrscheinlichkeit vom Signalverlauf des Nutzsignals abhängig ist (Dithern).
Für das menschliche Ohr klingt das angenehmer als die Quantisierungsverzerrungen.

Verwendet man nun ein Rauschenspektrum, bei dem die Energie hauptsächlich am oberen Ende des Hörbereichs (etwa zwischen 15 und 20kHz) liegt, so hört man nun ein Nutzsignal, welches mit einem Rauschen, das man aber, da am Ende des Hörbereichs, kaum noch hören kann, vermischt ist. (Im Bereich oberhalb etwa 15kHz nimmt die Empfindlichkeit des menschlichen Ohres stark ab.) Hörbar hat nun der Rauschabstand und die Systemdynamik zugenommen (Noiseshaping).

Bei Digitalformaten mit oberen Grenzfrequenzen jenseits der 20kHz der [g=420]CD[/g] (Abtastfrequenz bei [g=420]CD[/g]: 44,1kHz; bei DVD-Audio je nachdem etwa 96kHz), kann man das hinzugefügte Ditherrauschen fast gänzlich im Bereich oberhalb des Hörbereichs unterbringen, wo es nun gänzlich unhörbar wird.

Analoges Rauschen, welches schon etwa "rosa" auf dem Nutzsignal liegt, bekommt man so aber trotzdem nicht "wegezaubert".

Und das bringt mich zur Anschlußfrage: Bei gängigen Mikrophonen geben die Hersteller ein Grundrauschen von etwa 10 bis 20dB (äquivalenter Schallpegel) an. Nehmen wir mal 14dB für das Beispiel an. Nehme ich nun etwa eine normale (säuselnde) Gesangsstimme (für ein sanftes Liebeslied) auf, so ist der Schallpegel der Stimme an den lautesten Stellen vieleicht etwa 65dB (am Ort der Mikrophonkapsel). Somit ist dann doch der Rauschabstand dieser Gesangsspur zwangläufig, durch das Mikrophon begrenzt, bloß etwa 51dB.
Nimmt man nun weitere "sanfte" Instrumente in ähnlicher Lautstärke auf, so kann doch die gesamte Aufnahme im Mix bloß etwa 50dB Rauschabstand und [g=4]Dynamik[/g] haben. Oder mache ich einen groben Denkfehler?

MfG
 
Hallo,

mit welchem Mikrophon nimmst Du denn welche Tonsignale mit etwa 104dB Rauschabstand auf?

MfG
 
dr-spackenbarth schrieb:

Ebenso soll es nicht um Quantisierungsrauschen, rauschende Mikrofone, Preamps und sonstige technische Unzulänglichkeiten gehen.

Erst soll es nicht um Quantisierungsrauschen gehen und jetzt doch? :huh:
Also ich versteh bei solchen Diskussionen immer nur die Hälfte und bin wieder weg. :wink:
 
Hallo,

Du sprichst von einem Rauschabstand von etwa 104dB. Mit welchen Mikrophonen nimmst Du welche Tonsignale auf, die zu so einem Rauschabstand führen?

MfG
 
@Wolfgang

>> h denke dir und Herrn Stavrou ist anscheinend nicht bekannt das analoge Aufzeichnungen auf Band auch Treppenfoermig sind?
Die Magnetisierung erfolgt nicht linear sondern in Stufen.

Wo kann man die Grundlagen für diese Aussage nachlesen?
 
Dies und nichts anderes... Hurra, der erste hat es begriffen.
Jetzt spiel dich mal nicht so auf.
Das ganze ist nichts neues, nichts besonderes, und dürfte fast jedem hier bekannt sein.

Eigentlich wollte ich mir ein schnippisches Kommentar verkneifen, aber ich find's schon etwas komisch, wie du jetzt stolz vom Quantisierungsrauschen predigst, wärend du vorhin dazu noch meintest:
"Definitiv nein."

Also komm mal wieder ein bisschen runter. :roll:
 
ganz genau genommen is die ganze welt quantisiert .. analoge signale sind auch nur EINZELNE elektronen .. [g=107]schall[/g] sind auch nur schwingende luftteilchen ...
 
tubeless schrieb:
@Wolfgang

>> h denke dir und Herrn Stavrou ist anscheinend nicht bekannt das analoge Aufzeichnungen auf Band auch Treppenfoermig sind?
Die Magnetisierung erfolgt nicht linear sondern in Stufen.

Wo kann man die Grundlagen für diese Aussage nachlesen?
Die weisschen Bezirke klappen komplett um, anstatt die Magnetisierung kontinuierlich zu aendern.

@dr-spackenbarth:
Kannst du mir den Unterschied zwischen den von dir Beschriebenen Verzerrungen und dem oben beschriebenen Granularrauschen erklaeren?


gruss, Chris
 
dr-spackenbarth schrieb:
Ach Burkie... darum geht es doch nun wirklich nicht!
Wenn du das wissen möchtest, mach bitte einen Thread im Forum "Recording & Mikrofonie" auf, dort wird dir sicher geholfen!

Grüße, Igor

Edit: Ja, Kuno, ist recht.

Hallo,

worum geht es denn?
Und wo bekommst Du denn welche Tonsignale mit welchen Mikrophonen her, welche mehr als 100dB Rauschabstand haben?

MfG
 
Das habe ich von Anfang an geschrieben.

In einem digitalen System ist die Verzerrung kleiner, je höher die Aussteuerung ist.
Bzw. die [g=121]Umkehrung[/g]:
In einem digitalen System ist die Verzerrung größer, je kleiner die Aussteuerung ist.

Dies und nichts anderes... Hurra, der erste hat es begriffen.



Danke für die doch sehr zweifelhaften Blumen. Nachdem Du gerade eine Rolle rückwärts hingelegt hast, brauchst Du nicht so überheblich zu tun.

Was Du mir nach wie vor nicht beantwortet hast, ist die Frage nach der Relevanz. Wer hört sowas?

Komm mir bitte nicht wieder mit irgendwelchen Typen mit Fledermausohren an.

Die Gründe für meine bisherige Überzeugung, dass Quantisierungsrauschen bei 24 [g=395]bit[/g] Auflösung irrelevant ist und ich mich da praktisch nicht drum kümmern muss, waren

1. die Auflösung von 24 [g=395]bit[/g] und
2. der Umstand, dass jedes [g=116]Mikrofon[/g] so stark rauscht, dass darin jedes Quantisierungsrauschen untergeht.

Unter welchen Umständen soll nun bei sehr leisen Nutzsignalen doch Quantisierungsrauschen hörbar sein bei 24 [g=395]bit[/g]? (Betonung auf hörbar)

Ich höre ja vieles bei sehr leisen Passagen, aber Quantisierungsmüll ist da bisher nicht drunter gewesen...
 
Im Threadtitel heißt es doch "Verzerrung in der digitalen Welt".
Für mich sieht das hier gerade eher aus wie verzerrte WAHRNEHMUNG und KOMMUNIKATION.
 
EarlGrey schrieb:

Die Gründe für meine bisherige Überzeugung, dass Quantisierungsrauschen bei 24 [g=395]bit[/g] Auflösung irrelevant ist und ich mich da praktisch nicht drum kümmern muss, waren

1. die Auflösung von 24 [g=395]bit[/g] und
2. der Umstand, dass jedes [g=116]Mikrofon[/g] so stark rauscht, dass darin jedes Quantisierungsrauschen untergeht.

Unter welchen Umständen soll nun bei sehr leisen Nutzsignalen doch Quantisierungsrauschen hörbar sein bei 24 [g=395]bit[/g]? (Betonung auf hörbar)

Ich höre ja vieles bei sehr leisen Passagen, aber Quantisierungsmüll ist da bisher nicht drunter gewesen...

Hallo,

welchen Rauschabstand (unbewertet!) kann man denn realistisch betrachtet mit erhältlichen Mikrophonen und Musiksignalen original unterhalb der Gehör-Schädigungsgrenze erreichen?
(Im Mix wird ja so einiges an Rauschen verdeckt, und beim Ausblenden kann man ja auch so einiges schummeln, damit Rauschen nicht auffällt, aber das soll jetzt nicht das Thema sein.)

MfG
 
dr-spackenbarth schrieb:

Das einzige, was ich daran mittlerweile ernsthaft bezweifle, ist der zweite Teilsatz von
Trotzdem hoert man ein Stoersignal, dass dem Nutzsignal aehnlich ist.
Bei einer 1 [g=395]Bit[/g]-Quantisierung (Extremwert!) kommt laut Friesecke ein Rechtecksignal heraus - und das ist dem Eingangssignal (Sinus) sicher nicht mehr sehr ähnlich.

Viele Grüße, Igor

Hallo Dr. Spackenbarth,

Du bist doch sicher intelligent genug, um für Laien verständlich formuliert "ähnlich sein" als "korreliert" zu verstehen. (Welchem Laien sagt "korreliert" denn schon was?)
Und deshalb ist ja gerade bei (extrem) niedriger Aussteuerung der Quantisierungsfehler kein Quantisierungsrauschen, sondern eine Quantisierungsverzerrung, die Klirr macht.

MfG

P.S.: Bitte in Zukunft keine solche haarspaltenden Nebelkerzen mehr werfen, wenn es um eine ernsthafte Diskussion geht.
 

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