Die Entmystifizierung der AD/DA Wandlung

[wolfgang_5dot1]

In diesem Video wird anschaulich gezeigt, das die Erhoehung der Sampling Frequenz oder der Bittiefe nicht die Qualitaet des Audiosignals verbessert, wenn es schon eine gewisse Qualitaetsstufe erreicht hat.
Die Samplingfrequenz bestimmt ausschliesslich den hoechsten darzustellenden Ton und die Bittiefe wirkt sich ausschliesslich auf die Rauschfreiheit aus.
Fuer "normale" Musik reicht das CD Format also vollkommen aus.
Bei der Aufnahme ist es von Vorteil 24Bit zu verwenden da man mit dem noetigen Headroom bei der Aussteuerung nicht so aufpassen muss.
Wobei man von den zusaetzlichen 8Bit eh nur 4 nutzen kann da nur wenige AD/DA Wandler einen Rauschspannungsabstand haben der an 20Bit heran reicht.

 

[hermestc]

Ich bin Laie. Das vorweg. Gerd Jüngling schreibt über die "Grenzen der digitalen Audiotechnik". https://www.adt-audio.de/ProAudio_WhitePapers/GrenzenDerDigitaltechnik_4.html
Das war für mich immer einigermaßen verständlich und nachvollziehbar. Gilt das nicht mehr oder was hat sich geändert seitdem? Könntest Du mir das erklären. Ich bin wirklich wissbegierig.

 

[Gast92251]

Das obige Video ist alt. Aber gut.
Lohnt def. anzugucken !

 

[Beatback]

...und kann jedem ans Herz gelegt werden, der sich mit Recording beschäftigt und die Grundlagen über Signaltheorie Mundgerecht und verständlich serviert bekommen möchte.

Auch sehr Informativ:

 

[wolfgang_5dot1]

Gilt das nicht mehr oder was hat sich geändert seitdem?

Weder noch.
Das Audio CD Format, also 16/44.1, reicht vollkommen aus um den Dynamikumfang (96db) und Frequenzbereich (1Hz-20kHz) von Musik fuer das menschliche Ohr aufzunehmen und wiederzugeben.
Artefakte, die man haupsaechlich durch Erhoehung der fs beseitigen wollte, sind inzwischen durch bessere AD/DA Wandler minimiert worden.

 

[hermestc]

War das Problem nicht immer, dass es ideale Tiefpassfilter (unendliche Flankensteilheit) nicht geben kann und deshalb Übertastung in der Praxis Vorteile hat? Mit höherer Abtastfrequenz konnte man eine ausreichend hohe Dämpfung im Sperrbereich eines Tiefpasssystems einfacher erzielen als mit einem hochwertigen Filter. Gibt es denn jetzt in den modernen Wandlern so hochwertige Filter, dass das nicht mehr notwendig ist?

 

[wolfgang_5dot1]

Gibt es denn jetzt in den modernen Wandlern so hochwertige Filter, dass das nicht mehr notwendig ist?

Es geht hier nicht um die Qualitaet der Wandler! Ein sehr guter 44.1 Wandler spielt einen mittelmaessigen 192khz Wandler locker an die Wand.
Es geht darum, das sich einige Leute nicht vorstellen koennen, das 2 Samples ausreichen um eine 20kHz Sinuskurve ohne Artefakt (!) wiederherstellen kann.

Und um dieses schreckliche Bild einer Darstellung von einer Sinuskurve die mal 16 und mal 24 Treppenstufen hat.

Dieses Bild ist schlichtweg falsch, denn es assoziiert dem Betrachter, das 24 Stufen besser aufloesen als 16!

 

[hermestc]

Dieses Bild ist schlichtweg falsch, denn es assoziiert dem Betrachter, das 24 Stufen besser aufloesen als 16!

Das stimmt! Aber was macht die höhere Quali eines Wandlers? Wenn es die höhere Flankensteilheit ist, verstehe ich das.

 

[LM18]

Dieses Bild ist schlichtweg falsch, denn es assoziiert dem Betrachter, das 24 Stufen besser aufloesen als 16!

Das stimmt! Aber was macht die höhere Quali eines Wandlers? Wenn es die höhere Flankensteilheit ist, verstehe ich das.

Ohne das ich jetzt da eine besondere technische Kompetenz hätte...
Aber ist es auch hier nicht so, dass das Ganze mehr ist als die Summe seiner Teile.

Aufbau, Auswahl/Fertigung und Design wird auch da seine offensichtlichen und auch subtilen Konsequenzen haben.

 

[synthpark]

War das Problem nicht immer, dass es ideale Tiefpassfilter (unendliche Flankensteilheit) nicht geben kann und deshalb Übertastung in der Praxis Vorteile hat? Mit höherer Abtastfrequenz konnte man eine ausreichend hohe Dämpfung im Sperrbereich eines Tiefpasssystems einfacher erzielen als mit einem hochwertigen Filter. Gibt es denn jetzt in den modernen Wandlern so hochwertige Filter, dass das nicht mehr notwendig ist?

Äh ja.

Alle Wandler oversamplen intern auf viel höhere Raten, bevor es überhaupt DA genwandelt wird. Auf AD-Seite das gleiche Prinzip.

Jetzt kannst du aber zB beim RME ADI2 Pro auswählen, ob Du ein quasi ideales linearphasiges FIR Tiefpassfilter MIT Preringing verwenden willst, oder aber ein IIR Filter mit schnellerem Ausklingverhalten ohne Preringing. So sieht moderne Audiophilie aus.

 

[EC2]

Die Videos von Monty sind immer herausragend gut erklärt. Bei dem Part zum Thema diskrete Lollipop-Darstellung vs. kontinuierliche Darstellung unterschlägt er allerdings, dass die Hold Funktion von Wandlern für die allgemein verwendete Treppchendarstellung verantwortlich ist. Das Signal wird ja bei einer Konversion nicht nur in einzelne Impulse zerlegt, die die Amplitude des Signals zum Zeitpunkt x bei gegebener fs darstellen. Die auf den Schritt "Sample" folgende "Hold"-Funktion quantisiert diesen Wert typischerweise (indem sie ihn bis zum nächsten Impuls aufrechterhält), damit ihm ein binärer Wert zugewiesen werden kann. Daraus resultiert dann die gemeine Vorstellung von der kontinuierlichen Treppchenwelle.

 

[synthpark]

Die Videos von Monty sind immer herausragend gut erklärt. Bei dem Part zum Thema diskrete Lollipop-Darstellung vs. kontinuierliche Darstellung unterschlägt er allerdings, dass die Hold Funktion von Wandlern für die allgemein verwendete Treppchendarstellung verantwortlich ist. Das Signal wird ja bei einer Konversion nicht nur in einzelne Impulse zerlegt, die die Amplitude des Signals zum Zeitpunkt x bei gegebener fs darstellen. Die auf den Schritt "Sample" folgende "Hold"-Funktion quantisiert diesen Wert typischerweise (indem sie ihn bis zum nächsten Impuls aufrechterhält), damit ihm ein binärer Wert zugewiesen werden kann. Daraus resultiert dann die gemeine Vorstellung von der kontinuierlichen Treppchenwelle.

Diese Vorstellung ist nicht ganz richtig.

Die Hold-Funktion im AD-Teil hält den analogen Signalwert genau zu EINEM Zeitpunkt fest, um ihn zu digitalisieren. Das ist der Wert, wenn das Transmission Gate aufmacht und der Kondensator die Spannung hält. Mathematisch entspricht das einer Abtastung mit einem Deltaimpuls.

Erst der DA-Wandler würde Treppenstufen erzeugen. Allerdings folgt auf die Treppenstufen ein analoges Antialiasfilter, welches die Stuffen glättet. Aber selbst das wäre nicht ausreichend, weil da noch ein Abfall um ungefähr 2 dB in den Höhen bei 22 kHz auftreten würde. Deshalb muss ein inverses Sin(x)/x Filter das im Digitalen vorher ausgleichen.

Soweit mit einem Nyquistwandler. Audio Wandler sind aber keine Nyquistwandler, das Signal wird wie von mir beschrieben, erstmal hochgesampelt und dann gewandelt. Die Treppchen sind dann im Zeitbereich viel kürzer, die Glättung ist auch vereinfacht. Ein inverses Sync Filter ist dann wahrscheinlich nicht notwendig.

Das alles erzählt der Monty Python Mann natürlich nicht, aber wer es technisch genau wissen will ...

 

[EC2]

Du kennst dich in dem Bereich wesentlich besser aus als ich, danke für die Klarstellung.

Ich merke grad, allein meine Aussage "Die auf den Schritt "Sample" folgende "Hold"-Funktion quantisiert diesen Wert typischerweise[...]" muss allein schon deswegen falsch sein, da Hold die Vorbedingung für eine Quantisierung ist und diese nicht schon durchführen kann.

 

[synthpark]

Ich merke grad, allein meine Aussage "Die auf den Schritt "Sample" folgende "Hold"-Funktion quantisiert diesen Wert typischerweise[...]" muss allein schon deswegen falsch sein, da Hold die Vorbedingung für eine Quantisierung ist und diese nicht schon durchführen kann.

Das Eingangssignal wird nicht "verschmiert". Wenn die Bandbreite der Holdschaltung hoch genug ist, dann folgt der Kondensator dem Eingangssignal ideal ohne "nachzuschleifen". Im Moment, wo dann der Schalter öffnet, wird der Wert "schlagartig" festgehalten. Das ist ideales Sampling.

 

[EC2]

Ich merke grad, allein meine Aussage "Die auf den Schritt "Sample" folgende "Hold"-Funktion quantisiert diesen Wert typischerweise[...]" muss allein schon deswegen falsch sein, da Hold die Vorbedingung für eine Quantisierung ist und diese nicht schon durchführen kann.

Das Eingangssignal wird nicht "verschmiert". Wenn die Bandbreite der Holdschaltung hoch genug ist, dann folgt der Kondensator dem Eingangssignal ideal ohne "nachzuschleifen". Im Moment, wo dann der Schalter öffnet, wird der Wert "schlagartig" festgehalten. Das ist ideales Sampling.

Da bin ich ganz bei dir. Meine These lautete eigentlich nur, dass das "Treppchen"-Missverständnis auf eine falschen Abstraktion dieses Vorgangs beruht.

 

[hazz]

"Die Samplingfrequenz bestimmt ausschliesslich den hoechsten darzustellenden Ton"
an welcher stelle des Videos wird das erklärt?

 

[EC2]

"Die Samplingfrequenz bestimmt ausschliesslich den hoechsten darzustellenden Ton"
an welcher stelle des Videos wird das erklärt?

Das ergibt sich doch schon alleine aus dem Nyquist Theorem.

 

[hazz]

"Die Samplingfrequenz bestimmt ausschliesslich den hoechsten darzustellenden Ton"
an welcher stelle des Videos wird das erklärt?

Das ergibt sich doch schon alleine aus dem Nyquist Theorem.

ok Moment. hab mich verlesen. eigentlich müsste es doch heißen die samplingfrequenz/2 bestimmt ausschliesslich den hoechsten darzustellenden ("unverfälschten") Ton

 

[synthpark]

ok Moment. hab mich verlesen. eigentlich müsste es doch heißen die samplingfrequenz/2 bestimmt ausschliesslich den hoechsten darzustellenden ("unverfälschten") Ton

ja stimmt.

Also die Samplingfrequenz bestimmt die Samplingfrequenz/2.

Und die Samplingfrequenz/2 bestimmt den höchsten Ton.
Also bestimmt die Samplingfrequenz auch den höchsten Ton.

Reingelegt!

 

[hermestc]

Samplingfrequenz*PI bestimmt den höchsten Ton!