Die Entmystifizierung der AD/DA Wandlung

  • Ersteller wolfgang_5dot1
  • Erstellt am
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!
wollte da auch nicht klugscheißen. die ursprüngliche Formulierung von Wolfgang hat mich etwas gestört, da es für mich so rüberkam als wäre samplingfrequenz == höchster abbildbarer ton. fand das etwas verwirrend
 
Da wir grad so gesittet Begriffe und Themen durcheinander werfen mal eine Anschlussfrage:

Wie verhält sich der im Video dargestellte Sachverhalt (Abtastrate determiniert die Tonhöhe eines Signals, nicht dessen Auflösungsqualität) zu den Themengebieten Oversampling und Aliasing? Oversampling, sprich: Überabtastung, wird ja gerne in Anspruch genommen, um Rückfaltungsartefakte im hörbaren Bereich (Alias), die sich aus Störsignalen außerhalb des hörbaren Bereiches ergeben, durch Filterung bei höherer Auflösung zu minimieren. Ergo die Denke vieler Tonschrauber, dass eine höhere Abtastrate in einem saubereren Signal resultiert. Kann mal jemand, der sich mit digitaler Signalbearbeitung besser auskennt als ich - also (fast) alle anderen hier - aufklären?
 
die ursprüngliche Formulierung von Wolfgang hat mich etwas gestört, da es für mich so rüberkam als wäre samplingfrequenz == höchster abbildbarer ton. fand das etwas verwirrend

Ich dachte eigentlich, das es Grundwissen ist was die hoechste, darstellbare Frequenz ist.
Also fs/2 -10% (fuer den Filter und um aliasing Effekte vorzubeugen).
 
bfd.gif
 
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.

Stimmt das wirklich in der Praxis? Bekommt man mit 20-Bit-Wandlern (20Bit = tatsächliche nutzbare Auflösung von 24-Bit-Wandlern) wirklich bessere rauschfreiere Signale?
Dazu die Überlegungen...

20 Bit sind grob 120dB Dynamik. Damit könnte man 96dB Dynamik aufzeichnen und hätte noch grob 20dB Headroom für Unvorhergesehenes.
Kann man das in der Praxis aber wirklich ausnutzen...? Denn es nutzt ja nix, wenn man Headroom hat, den man nie nutzt, oder viele niederwertige Bits hat, die nur Rauschteppich quantisieren, aber kein Nutzsignal...

Reicht da nicht auch ein 16-Bit-Wandler aus..?

Jedes Mikrofon hat ein Eigenrauschen, das typisch einem Ersatzgeräusch von 15dB bewertet, also mal grob 20dB unbewertet entspricht (gerundet, um glatte Zahlen für die Abschätzung zu haben...).

Ein Studiomikrofon macht also ein Eigenrauschen, das einem Schallpegel von rund 20dB entspricht. Es nützt gar nichts, den Mikrofonpegel soweit zu verstärken, dass die niederwertigen Bits eines Wandlers nur noch damit beschäftigt sind, das Eigenrauschen des Mikros aufzunehmen.

Sinnvoll ist es, den Mikropegel soweit zu verstärken und dem Wandler zuzuführen, dass nur das niederwertigste Bit das Eigenrauschen des Mikros quantisiert.

Der Aufnahmeraum eines Tonstudios hat ebenfalls einen Störgeräuschpegel (hängt von Schalldämmung usw. ab), den man auf vieleicht (je nach Studio) 20 bis 30dB abschätzen kann. Es nutzt auch nix, diesen Studio-Störpegel mit mehreren niederwertigen Bits zu quantisieren. Vielmehr wäre es praxisgerecht, den A-D-Wandler so einzustellen, dass die Störschallquellen bzw. das Eigengeräusch der Mikros (je nachdem, was größer ist), nur mit dem niederwertigsten Bit quantisiert werden.

Bei einem 16-Bit-Wandler hat man dann noch 90 dB für das Nutzsignal oberhalb des Eigengeräuschs des Mikros von 20dB bzw. des Studiostörgeräuschs von 30dB. Man kann also damit Schallpegel von 20dB bzw. 30dB bis 110dB bzw. 120dB aufzeichnen, ohne Verluste und ohne zu übersteuern.

Sämtliche Instrumente (z.B. akustische Gitarren, normaler Gesang, normale Unterhaltung, ...), die am Ort des Mikrofons einen Schallpegel weniger als 110dB bzw. 120dB machen, kann man damit verlustfrei und übersteuerungsfrei aufnehmen.

Instrumente, die z.B. nur maximal 80-90dB Schalldruckpegel (auch in Transienten) am Ort des Mikros erzeugen, sind so wie beschrieben ausgesteuert, immer noch weit weg von 0dBFS, also von digitaler Übersteuerung. Umgekehrt verliert man auch nach unten (Richtung Stille bzw. Noisefloor) nichts, denn das niederwertigste Bit des so ausgesteuerten 16-Bit-Wandlers macht nichts weiter, als das Eigengeräusch von Studioraum und Mikrofon zu quantisieren...



Nun gibt es aber Instrumente, etwa hart angeschlagene laute Snaredrums, die sehr nahe mikrofoniert sehr wohl Schallpegel von mehr als 120dB erzeugen können, vieleicht transientenweise mal bis 140dB. In dem Fall würde man digital 0dBFS auf 150dB Schallpegel aussteuern (um noch etwas Headroom zu haben...). Der niedrigste Schallpegel, den man dann noch mit diesem Kanal/Spur aufzeichnen könnte, wäre dann ca. 60dB.

Will man aber auf einer lauten nahe mikrofonierten Snaredrumspur überhaupt irgendwelche Schallpegel von weniger als 60dB haben..? Also, 90dB bis 80dB leiser als der Nennpegel?

Man mikrofoniert eine laute Snare ja nicht deswegen aus nächster Nähe, um sie im Mix mit 120dB knallen zu lassen, sondern um den Bleed (Überprechen der anderen Trommeln des Drumkits auf die Snare-Spur) möglichst klein zu halten, um die Snare-Spur möglichst rein und isoliert zum Gesamtsound zuzumischen, mit deutlich kleineren Pegeln. Und dann verschwindet eh alles unterhalb ca. 70-80dB Schallpegel, also ca. 70dB leiser als Nennpegel dieser Spur im Noisefloor des Mixes... oder wird maskiert durch die lauteren Pegel der anderen Spuren.



Meine Thesen zur Diskussion sind also:

a) Für Schallquellen oder Instrumente, die in mehr oder weniger natürlichem Hörabstand mikrofoniert maximale noch ohrgesunde Schallpegel von bis zu ca. 100dB erzeugen, reicht auch zur Produktion ein 16-Bit-Wandler vollkommen aus, um alles von Studio-Stille (Noisefloor aus Mikro-Eigengeräusch, Aufnahmeraum-Eigengeräusch, ...) bis zum maximalen Schallpegel verlustlos und mit etwas Headroom aufzeichnen zu können.

b) Für Schallquellen oder Instrumente, die sehr nahe mikrofoniert und sehr laut gespielt, am Ort des Mikros Schallpegel oberhalb ca. 100-120dB erzeugen, sind leise Schalle oder Geräusche leiser als ca. rund 70-80dB unter Nennpegel dieser Spuren irrelevant für den Mix (werden eh im Noisefloor des Mixes untergehen oder gar vorher per Noisegate rausgegatet...), sodass auch da ein 16-Bit-Wandler in der Praxis ausreichen würde, der so ausgesteuert wird, dass der Nennpegel der Spur bei ca. -10dBFS bis -20dBFS liegt.

Immerhin, verschlechtern 20-Bit-Wandler (tatsächlich nutzbare Dynamik von "24-Bit"-Wandlern) die Klangqualität nicht. Ist es aber notwendig oder in der Praxis wirklich nützlich? Oder macht man sich da nur was vor...?



Gruß
 
Nur um dir in einem Beispiel zu zeigen das deine Ueberlegungen reiner theoretischer Natur entspringen:

Man mikrofoniert eine laute Snare ja nicht deswegen aus nächster Nähe, um sie im Mix mit 120dB knallen zu lassen, sondern um den Bleed (Überprechen der anderen Trommeln des Drumkits auf die Snare-Spur) möglichst klein zu halten, um die Snare-Spur möglichst rein und isoliert zum Gesamtsound zuzumischen, mit deutlich kleineren Pegeln.

Man mikrofoniert eine Snare nicht deswegen nahe, um das Uebersprechen der anderen Trommeln klein zu halten, Tatsache ist, das die Snare das lauteste Instrument im Drumset ist und deswegen das meiste Uebersprechen auf die anderen Mikros erzeugt.
Fakt ist, das die Snare eher entfernter mikrofoniert wird oder durch ein Zweites ergaenzt wird, weil es ein sehr komplexes Instrument ist, das aus 4 verschiedenen Klangquellen besteht und man diese in ausgewogenen Mischungsverhaeltnis aufnehmen will. Von daher ist eine Nahmikrofonierung suboptimal.

Wenn du dir jetzt einen Big Band Drummer vorstellst der von Besen ghost notes ueber harte sticks Rimshot hits seine gesamte Dynamik abruft wird der 15Bit Bereich (das 16. wird ja fuer das Ditherrauschen verschenkt) mit ausreichendem Headroom schon mehr als eng werden.

Von daher sind 24Bit Wandler in der Praxis nicht nur nuetzlich sondern auch bequem und sicherheitsrelevant.

Theoretisch koennte man in Autos auch nur einen 20L Tank einbauen weil die Autofahrer im Schnitt nicht weiter fahren als 50km pro Tag.

Praktisch wuerde sich das aber nicht bewaehren. :D
 
Nur um dir in einem Beispiel zu zeigen das deine Ueberlegungen reiner theoretischer Natur entspringen:

Man mikrofoniert eine laute Snare ja nicht deswegen aus nächster Nähe, um sie im Mix mit 120dB knallen zu lassen, sondern um den Bleed (Überprechen der anderen Trommeln des Drumkits auf die Snare-Spur) möglichst klein zu halten, um die Snare-Spur möglichst rein und isoliert zum Gesamtsound zuzumischen, mit deutlich kleineren Pegeln.

Man mikrofoniert eine Snare nicht deswegen nahe, um das Uebersprechen der anderen Trommeln klein zu halten, Tatsache ist, das die Snare das lauteste Instrument im Drumset ist und deswegen das meiste Uebersprechen auf die anderen Mikros erzeugt.
Fakt ist, das die Snare eher entfernter mikrofoniert wird oder durch ein Zweites ergaenzt wird, weil es ein sehr komplexes Instrument ist, das aus 4 verschiedenen Klangquellen besteht und man diese in ausgewogenen Mischungsverhaeltnis aufnehmen will. Von daher ist eine Nahmikrofonierung suboptimal.
Kommt drauf an... Schlag- und Resonanzfell bekommt man mit einem Mikro nur von oben oder nur von unten aus der Nähe natürlich nicht ausgewogen, das stimmt.
Entfernter mikrofoniert, ist der Schallpegel der Snare natürlich auch wieder leiser... Und dann wäre das eher ein Argument gegen 20-Bit-Wandler, eben weil der Schallpegel am Ort des Mikros geringer und damit viel eher noch mit einem 16-Bit-Wandler erfasst werden kann.
Wenn du dir jetzt einen Big Band Drummer vorstellst der von Besen ghost notes ueber harte sticks Rimshot hits seine gesamte Dynamik abruft wird der 15Bit Bereich (das 16. wird ja fuer das Ditherrauschen verschenkt) mit ausreichendem Headroom schon mehr als eng werden.
Seine gesamte Dynamik will ja auch noch im Live-Spiel vor Publikum oder auf der Aufnahme gehört werden, während auch seine Band noch das ein oder andere spielt. Von daher wollen seine Ghost Notes schon noch in eine Dynamik von 90dB passen wollen, damit man sie zumindest ansatzweise hören kann.
Natürlich kann man sich "experimentelle" Musik vorstellen, bei der die leise gewischten Ghost Notes während Generalpausen der Band am Ort des Zuhörers grad mal so über dem Noisefloor der Konzerthalle oder des Studios liegen, und seine hart gespielten Rimshots am Ort des Zuhörers recht laut sind, also vieleicht 120dB..? Welche Dynamik erreicht er denn dann tatsächlich?
Von daher sind 24Bit Wandler in der Praxis nicht nur nuetzlich sondern auch bequem und sicherheitsrelevant.

Theoretisch koennte man in Autos auch nur einen 20L Tank einbauen weil die Autofahrer im Schnitt nicht weiter fahren als 50km pro Tag.

Praktisch wuerde sich das aber nicht bewaehren. :D



Fakt ist: Big-Band-Aufnahmen wurden ja auch schon vor 20-Bit-Wandler-Zeiten durchgeführt, etwa mittels Analog-Tonband mit Dynamik bis max. vieleicht 80dB, eher weniger, also weit weniger als 20-Bit-Wandler. Wie wurde denn damals die Snare-Drum aufgenommen, mit allen ihren leisen Besen-Ghost-Notes und harten Rim-Shots..?



Gruß
 
Ganz einfach lieber Burkie. Damals wurde der Dynamikbereich gerade bei perkussiven Quellen einfach "nach oben erweitert" sprich mal hat Sättigung und Verzerrungen in Kauf genommen und das Band einfach überfahren. Weil es ging. Das Ergebnis war gefällig und man gewann Dynamik über Rauschen.

Leider funktioniert dieser Deal digital so gar nicht. Die meisten Wandler fangen schon weit unterhalb 0dBFS heftig und nicht immer schön an zu zerren. Naja und über die Verzerrungen bei digital 0 brauchen wir wohl kaum zu sprechen. Ich brauche also digital für so dynamische Aufnahmen einen enormen Headroom, der meinen vermeintlichen Dynamikvorteile von 16 bit digital (also 15bit) gegenüber 80 dB über Rauschen bei ner guten Analogaufnahme im Handumdrehen zu nichte macht. Ergo komme ich in dem Fall nicht an 24 bit Aufnahmen vorbei um wenigsten den praktischen Dynamikumfang von Analog erreichen zu können. Aller Theorie zum Trotz.
 
Leider funktioniert dieser Deal digital so gar nicht. Die meisten Wandler fangen schon weit unterhalb 0dBFS heftig und nicht immer schön an zu zerren.

Tatsächlich? Kenne keinen einzigen Wandler, der heftig oder überhaupt zerrt. Da ist nichtmal ein analoges Bauteil, welches gerne zerren möchte, guten Opamp kauft man für wenige Euro.
 
Oversampling, sprich: Überabtastung, wird ja gerne in Anspruch genommen, um Rückfaltungsartefakte im hörbaren Bereich (Alias), die sich aus Störsignalen außerhalb des hörbaren Bereiches ergeben, durch Filterung bei höherer Auflösung zu minimieren.
Soweit ich weiß, werden höhere Samplingraten bzw. Oversampling weniger zur Vermeidung von Aliasing benutzt, sondern mehr wegen dem Anti-Aliasing Filter selbst. Bei 44,1/48kHz muss der AA Filter sehr steil sein, kann dafür aber Aliasing effektiv vermeiden.
Die hohe Steilheit des Filters ist eher das Problem, weil sich das "Rippling" des Filters auch auf den hörbaren Bereich auswirkt.
Bei höheren Samplingraten kann der Filter weiter vom Nutzsignal weg und flacher sein, wodurch sein (negativer) Einfluss auf den Sound reduziert wird.

Der Grund, warum Delta Sigma Wandler so extrem überabtasten ist auch nur, damit der analoge Filter vor der Wandlung flach sein kann. Digitale Filter können einfacher und günstiger extrem steil realisiert werden als analoge.

Bitte korrigiert mich, falls ich irgendwo Stuss erzählt habe.
 
Entfernter mikrofoniert, ist der Schallpegel der Snare natürlich auch wieder leiser... Und dann wäre das eher ein Argument gegen 20-Bit-Wandler, eben weil der Schallpegel am Ort des Mikros geringer und damit viel eher noch mit einem 16-Bit-Wandler erfasst werden kann.

Wir sind uns aber schon einig, das die Dynamik der Snare sich dadurch nicht aendert?
Und diesen Pegelunterschied gleicht man nicht durch verschiedene Bittiefen der Wandler sondern dem Gain des Preamps an.
 
Fakt ist, das die Snare eher entfernter mikrofoniert wird oder durch ein Zweites ergaenzt wird, weil es ein sehr komplexes Instrument ist, das aus 4 verschiedenen Klangquellen besteht und man diese in ausgewogenen Mischungsverhaeltnis aufnehmen will. Von daher ist eine Nahmikrofonierung suboptimal.
Fakt ist aber auch, dass der nahmikrofonierte Sound, insbesondere am Schlagfell, sich schon sehr etabliert hat. Den gängigen Rock Drums Sound kriegt man heutzutage ohne Nahmikrofonierung am Schlagfell gar nicht mehr hin.

Ich hatte schon mit dynamischen und Kondensator Mikros experimentiert, wie sich der aufgenommene Sound der Snare je nach Entfernung und Ausrichtung des Mikros verändert. Hatte auch mal Tests gemacht mit 2. oder 3. Mikro vor dem Kessel.
Schlussendlich war ein SM57 am Schlagfell weiterhin meine erste Wahl, alles andere würde ich wenn dann nur dazu mischen.
Und selbst wenn bei einem Recording eine Teppich Spur dabei ist, lass ich diese oft komplett weg.
Mit Natürlichkeit hat Nah- bzw. Einzelmikrofonierung eines Drumsets sowieso nichts mehr zu tun.

Aber nach meiner Erfahrung ist es schon wichtig, auch die nahen Mikros nicht zu nah auszurichten. 5-10cm Abstand darfs schon sein.
 
Na gut.
Kann man machen - muss man nicht.
Man kann seine Spuren auch mit 320er mp3 rausbouncen und zum Mischen geben. ;)

Mit Qualitaet hat das allerdings nichts mehr zu tun.
 
Wie würdest du denn die Snare aufnehmen?

Interessiert mich wirklich. ;)
 
Oben ein 414er (keine Alternative) und unten entweder ein TLM170 oder ein C451EB.
 
Spaetestens wenn du anfaengst eine mp3 mit EQ und Kompressor zu bearbeiten wirst du den Unterschied auch hoeren.
 

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