Digital-Kenner gefragt

[M_chen 0]

Hallo zusammen,

 

mich beschäftigt zur Zeit die Problematik der Intersample-Overs an DACs, erzeugt durch die Unsitte, CDs bei der Produktion möglichst laut abzumischen.

Soweit mir bekannt ist, wissen die meisten DAC-Hersteller selbst nicht so genau, was bei Auftreten dieses "mehr als 0 dB - Effektes" mit dem Ausgangssignal des DACs geschieht. Positiven Einfluss auf das Signal wird es jedoch sicher nicht haben. Aus diesem Grund gehen neueste Entwicklungen der DAC-Technik dazu über, im DAC selbst bei Bedarf das Signal im gesamten Pegel um etwa 2 dB zu reduzieren. So kann man sicher sein, dass bei der eigentlichen A/D Konvertierung nie mehr als 0 dB anstehen. Beispiel: Wolfson 8741. Hier kann Hardware-seitig mit einem Pin gewählt werden, ob dieser "Anti-Clipping-Mode" aktiviert werden soll.

 

Das ist natürlich ein tolles Feature, aber beschränkt den Designer eben ausschließlich auf DACs, die das vorsehen.

Deshalb hatte ich folgende Gedanken:

Wäre es nicht denkbar, das Signal vor dem Eingang des DACs digital so zu bearbeiten, dass es um genau die besagten 2 dB im Pegel abgesenkt wird? Und, viel wichtiger: gibt es ICs auf dem Markt, die sich Hardwaremäßig möglichst einfach darauf konfigurieren lassen und im digitalen Format noch eine gewisse Flexibilität haben (z.B. wahlweise SPDIF / I2S)?

Falls es so etwas geben sollte, wäre es nämlich hiermit sehr einfach möglich, dieses "Anti-Clipping" für im Prinzip jeden DAC zu verwenden, und man könnte so seinen DAC-Favoriten betreiben ohne auf spezielle neuere DAC-Chips angewiesen zu sein.

 

Also, hier mein Frage an die Digital-Spezialisten:

Welcher Chip bietet mit geringem Aufwand die gewünschte Funktion der digitalen Pegelabsenkung in Echtzeit um ca. 2dB? Und, an welcher Stelle der digitalen Kette sollte man in verbauen? Vor oder nach dem Upsampling und warum?

 

Ich bin wirklich sehr gespannt, welche Ideen ihr hierzu habt.

 

Beste Grüße,

 

Martin

[h_reith 3]

Hi Martin,

 

mir ist kein IC bekannt, dass dies ohne zutun von Software macht - und ich wüsste auch nicht, warum es einen solchen Baustein geben sollte.

Ein Gerät benötigt sowieso eine Bedienung und die wird heutzutage von einem uP gesteuert. Also kann der auch dem ein oder anderen IC sagen was es tuen soll.

Die 2dB sind auch nur ein Daumenwert, kein Maximalwert.

Absenken müsste man vor oder beim Upsampling. Moderne Upsampler haben Register mit z.B 56bit Breite damit es bei den Berechnungen zu vernachlässigbaren Rundungsfehlern kommt. Und da sind auch einige Bits als Übersteuerungsreserve eingebaut. Sofern es mit einem dsp gemacht ist, werden Übersteuerungen per Software abgefangen.

[Gast M_chen]

Hallo Hubert,

 

danke für die Antwort. Schnell und kompetent wie immer, sagenhaft! :im Not Worthy:

 

Du stellst einen sehr interessanten Sachverhalt dar, der mir so nicht bekannt war.

Wenn ich Dich richtig verstanden habe, spielen heutzutage Intersample-Overs keine Rolle mehr? Oder, anders gesagt: diese können durch das vorherige Upsampeln (auf z.B. 96 oder 192 kHz 24 bit) am DAC selbst normalerweise nicht mehr auftreten? Das ist ja ein Ding.

Das bedeutet nämlich im Umkehrschluß, das für dieses Phänomen die Art bzw. Qualität des Upsample-ICs eine Bedeutung hat, nicht der DAC selbst.

 

Aber woher soll man wissen, wie gut der IC das Upsamplen erledigt bzw. Rundungsfehler bei der Rekonstruktion vermeidet? Nehmen wir doch einmal einen gerne verwendeten Vertreter dieser Gattung: SRC4192 aka AD1896. Das Datenblatt erwähnt diese Eigenschaften mit keinem Wort...

Und das der als Beispiel aufgeführte Wolfson-DAC dieses Feature anbietet, ist dann wohl nicht viel mehr als ein Marketing-Gag.

 

Kurioser Weise muss ich wegen der neuen Erkenntnisse manche CDs nun anders bewerten. Bei manchen Exemplaren, die besonders laut daherkommen, hört man definitiv Verzerrungen. Da dies nun, wie ich dachte, keine Intersample-Overs sein können, bleibt nur eines: das Signal wurde bereits bei der Aufnahme oder Abmischung durch zu großen Pegel übersteuert.

Beispiel: Amy Winehouse - Back to Black. Fürchterlich!

 

Es ist wie so oft: man lernt eben nie aus!

 

Beste Grüße,

 

Martin

[h_reith 3]

Hi Martin,

 

"Wenn ich Dich richtig verstanden habe, spielen heutzutage Intersample-Overs keine Rolle mehr?"

=> dann hast du mich leider falsch verstanden

Wenn das Signal bei der Berechnung übersteuert, dann könnte es z.B passieren, dass nicht nur die Spitze gekappt ist sondern das Signal voll in die falsche Richtung ausgesteuert wird. Es könnte auch zu übelen Rückkoppel-Effekten kommen ....

Eine halbwegs saubere Berechnung sorgt eben dafür, dass "nur" die Spitze gekappt wird.

 

Die meisten DAC-ICs haben einen internen Oversample-Filter und der kann natürlich auch in die Sättigung getrieben werden.

Stellen wir uns mal einen 11kHz Sinus vor der die Stützstellen genau auf den 45, 135, 225 und 315 Grad der Sinusschwingung hat.

Wenn die Spitze bei 100% liegt, dann wären die Abtastwerte 70% (also -3dB).

Wenn wir jetzt ein Oversampling machen, dann werden Zwischenwerte berechnet und diese erreichen eben die 100%.

Wenn das Signal im Studio aber angehoben wird liegen die Stützstellen nicht mehr bei 70% sondern z.B bei 100%. Damit müsste die Kappe des Sinus aber auf 141% und das geht ja gar nicht.

Dass die Spitze fehlt ist eines, dass dann im internen Rechenwerk aber auch die falschen (weil gekappten) Werte zurückgeführt werden ist ein anderes. Und das kann dann eben sehr übele Folgen haben. Das Rechnenwerk muss also eine entsprechende Reserve haben damit es nicht aus dem Tritt gerät selbst wenn der eigentliche DAC die zu hohen Werte nichtwandeln kann.

 

Ein SRC hat prinzipiell die gleichen Probleme denn auch er kann an den Schnittstellen nunmal nicht mehr als voll aussteuern. Wie der ein oder andere aus Oversamples reagiert muss man mehr oder weniger austesten.

 

Back to Black hat nicht nur Oversamples, es sind auch im Schnitt übele Schnitzer drin. Dass die Amy ein Drogenproblem hat ist ja bekannt, aber die Leute im Studio scheinen auch "gut drauf" gewesen zu sein

Auf der anderen Seite ist es bei dieser Art von Musik eigentlich völlig egal, ob es Oversamples gibt oder nicht. Musikalisch mag das den ein oder anderen begeistern, technisch jedoch nicht.

[M_chen 0]

Hallo Hubert,

 

vielen Dank für die Klarstellung. Dann hatte ich Dich tatsächlich falsch verstanden.

 

Deiner Ausführung nach ist mein ursprünglicher Gedanke, das Signal vor dem Upsamplen/Wandeln digital in der Lautstärke zu reduzieren, doch nicht ganz unnütz.

 

Es ist nur schade, dass es da wohl keine einfache Lösung gibt.

Ein Upsampler, der das kann, ist der SRC4193 - aber auch der leider nicht hardwareseitig, sondern nur über PIC.

 

Was die gute Amy angeht, hast Du sicher Recht.

Mich ärgert es halt, dass Musik, die mir prinzipiell gefällt, durch unfähige Toningenieure oder Produzenten versaut wird. Wie schwierig ist es denn schon, z.B. die Aussteuerung im Auge zu behalten? Oder etwas Headroom übrig zu lassen? Oder die Dynamik nicht zu Tode zu komprimieren? :kopfwand:

Für mich sind jedenfalls damit diese Interpreten / Labels uninteressant, die werden entweder erst gar nicht gekauft oder gehen zurück. Kann sich ja nicht jeder mit Drogen vollknallen, damit es akzeptabel klingt.

 

Beste Grüße,

 

Martin

[h_reith 3]

Hi Martin,

 

naja, der Lauteste gewinnt.

Eine sehr einfache Methode die Lautstärke zu "Optimieren" ist es, alle Samples eines Stückes vom Wert her zu prüfen und das Minimum/Maximum zu suchen. Danach wird der Track mit einem Faktor multipliziert bis das Minimum bei 0 und das Maximum bei FFFF liegt. Dann sind zwar alle Samples im 16bit-Bereich, aber dazwischen könnte es eben Übersteuerungen geben. Will man das sicher vermeiden, dann müsste man mehr rechnen oder eine Reserve lassen - dann jedoch ist man nicht mehr so laut. Zumal Übersteuerungen ja auch noch über den Klirr die subjektive Lautheit erhöhen.

 

Kompression, Übersteuerung ... würde ich mal als "künstlerische Freiheit" ansehen. Wenn Interpret und Produzent nicht davon überzeugt wären, dass es so den besten Erfolg erzeugt, dann wäre es nicht so.