Kompander zur optimalen Aussteuerung

  • Ersteller ethrandil
  • Erstellt am
Hi,

Delta-Verfahren wie DSD kann man nicht so einfach mit "klassischem" PCM-Sampling vergleichen. 1-bit ist da nicht gleich 1 Bit im PCM.
Außerdem werden da intern auch wieder mehr Bit verwendet......

Was ich gehört habe, hört das menschliche Ohr eher eine Verbesserung der Auflösung (also Unterschied z.b. zwischen 10 und 20bit) als Frequenzen über 20kHz.

Hohe Samplingrate verringert sicher nicht rauschen. Und wenn, dann müsstest du mir den Ansatz erklären.

lg. JayT.
 
Delta-Verfahren wie DSD kann man nicht so einfach mit "klassischem" PCM-Sampling vergleichen. 1-bit ist da nicht gleich 1 Bit im PCM.
Außerdem werden da intern auch wieder mehr Bit verwendet......
Ich grüble da auch ständig drüber nach, und weiß bs heute nicht, ob ich das richtig verstanden habe... Usrprünglich dachte ich auch, dass das was "ganz anderes" ist. Nämlich das eben dass 1 und 0 nur noch sagen "steigende Amplitude" oder "fkllende Amplitude", aber eben keinen echten "Wert" wie bei PCM ausdrücken. Gleichzeitig habe ich dann aber eben in meiner Tonetechnik-Vorlseung gehört, dass auch heutieg PCM-Wandler zunächst mal DeltaSigma-Wandler sind, und erst im nächsten Schritt dann auf PCM konvertiert wird. Und da habe ich dann auch bei gehört, dass es eben aufgrund von "nur" 1-Bit auflösung ein extremes Quantisierungsraschen geben würde, was dann mit einer enorm hohen Abtastrate ausgeglichen wird. Das Rauschen wird dabei in höhere Frequenzbereiche verschoben. Bzw. kommen wir da dann zur nächsten Frage:

Hohe Samplingrate verringert sicher nicht rauschen. Und wenn, dann müsstest du mir den Ansatz erklären.
Das Quantisierungsrauschen hat eine gewisse "Energiemenge", die sich gleichmäßig über das Frequenzspektrum verteilt. Wenn das Frequenzspektrum größer wird, wird somit auch der Rauschpegel niedriger.

Irgendwie muss ich mich damit aber auch noch mal genauer auseinandersetzen um das alles endgültig zu kapieren. Ich dachte z.B. auch eigentlich mir wäre klar, was Oversampling ist, was es macht, warum man es macht etc. Dann werde ich doch immer wieder verunsichert

Was ich gehört habe, hört das menschliche Ohr eher eine Verbesserung der Auflösung (also Unterschied z.b. zwischen 10 und 20bit) als Frequenzen über 20kHz.
Kann sein. Was ich aber glaube ist, dass man nicht so einfach sich diese Waveform am Computer ansehen kann, von X-und Y-Achse sprechen und sagen kann, dass man jeweils die eine oder andere Achse besser auflöst und das dann diesen oder jenen Effekt hat. Aus Nyquist/Shannon ergeben sich wohl andere Zusammenhänge und die ganz praktische Umsetzug von A/D und D/A-Wandler hjat dann acuh noch mal so ihre Eigenarten... :redface:
 
Was ich gehört habe, hört das menschliche Ohr eher eine Verbesserung der Auflösung (also Unterschied z.b. zwischen 10 und 20bit) als Frequenzen über 20kHz.

Sofern der Zuhörer überhaupt bis/über 20 kHz hört :rolleyes: ...
 
Zurück zur ursprünglichen Idee: ein Format mit immer optimal ausgesteuertem Signal und 'Multiplikationsfaktor' zur Rekonstruktion des Orignalpegels gibt es bereits: es heisst Fließkomma!

Banjo
 
öh - Fließkomma findet nur Softwaretechnisch statt - ich kenne keinen AD/DA-Wandler, der einen Fließkomma-Ein/Ausgang hat ;)

Und komprimieren bzw. expandieren tut Fließkomma auch nicht :confused:
 
...es heisst Fließkomma...
Wenn du einen "echten" Fließkomma AD-Wandler zusammengebaut hast, dass würde ich Patent anmelden und nicht im Forum posten. :D

....dass auch heutieg PCM-Wandler zunächst mal DeltaSigma-Wandler sind, und erst im nächsten Schritt dann auf PCM konvertiert wird.....
Schaltungen mit Delta-Sigma Wandler sind einfacher, günstiger, genauer, usw... bei der Entwicklung/Herstellung. Es ist leichter einfach nur 2 Spannungswerte (dafür mit einer höheren Frequenz) zu vergleichen, als 24^2 verschiedene festgelegte Pegel mit dem Eingangssignal. Das ist aber "nur" das interne vom AD-Wandler, wie er aufgebaut ist.

Mit hohem Oversampling kann dann auch das Nyquistfilter digital realisiert werden.

Wenn das Frequenzspektrum größer wird, wird somit auch der Rauschpegel niedriger.
Stimmt. Hast recht. Der Rauschanteil fällt dann dem Ohr nicht mehr so stark auf.

...Was ich aber glaube ist, dass man nicht so einfach sich diese Waveform am Computer ansehen kann...
Stimmt auch absolut. Meine Rede. Aber versuch mal ein Signal mit 4 bit zu samplen und dann über die gesamte Kette AD-Rechner-DA wiederzugeben. Das ist durchaus hörbar, dass da was verloren geht. Das Tiefpass-Filter zum Glätten im DA-Wandler und Nyquist behandeln mehr die Frequenzebene und damit das horizontale.

Die Kette AD-Wandler - diskrete Mathematik im Rechner - DA-Wandler funktioniert (bis auf praxiswerte wie Rauschen, Bauteiltoleranzen....) theoretisch 1:1 (solange Nyquist eingehalten wird). Während der AD-Wandlung verlorengegangene Information in der vertikalen Ebene kann aber nachträglich nicht mehr korrigiert werden.

lg. JayT.
 
Während der AD-Wandlung verlorengegangene Information in der vertikalen Ebene kann aber nachträglich nicht mehr korrigiert werden.

Nur zur Ergänzung: Nicht nur die vertikale, die horizontale ganz genauso!;)
Logischerweise kann man nur die Information wiedergeben, die man nach der A/D-Wandlung enthält. Und das ist eine begrenzte Bandbreite mit einer bestimmten Auflösung und eine begrenzte Dynamik mit einer bestimmten Genauigkeit.

...wobei der Begriff vertikale und horizontale Ebene hier eher unglücklich gewählt ist. Entsprechungen für Samplingrate und Wortbreite sind das definitiv nicht.
 
so - nochmal Back-to-Topic

Hab grad mal nen alten Schaltplan von ner Bandmaschine studiert, die so einen Kompander drin hatte (die Maschine ist schon im großen Elektronik Himmel - besser bekannt als Schrottplatz). Der Kompressor im Eingang ist fest eingestellt bzw. verdrahtet, er kann nur ein oder aus geschaltet werden - das gleiche gilt für den Expander am Ausgang.

Im Prinzip eher so eine Art Level-Shifter, der dann oben etwas komprimiert anstatt zu clippen ;) - wobei ein Band doch einen größeren 'Headroom' hat als ein AD-Wandler - am Ausgang wurde das Signal dann wieder um den gleichen Betrag abgeschwächt.

Bekannt wurde diese Technik eigentlich eher unter dem Namen Dolby A bzw. B, da wurde dann aber in verschiedenen Frequenzbändern unterschiedlich gearbeitet. Also das Signal sozusagen durch eine Frequenzweiche gesplittet, dann die Bereiche unterschiedlich angehoben und afs Band geschrieben - bei der Wiedergabe dann wieder durch eine Weiche, abgesenkt und in Summe gebracht. Das ganze Prozedere hat zwar das Bandrauschen beseitigt (minimiert), aber auch den Frequenzgang des Signals recht stark verändert. Ja - die Nostalgiker nennen das dann den 'warmen' Sound eine Bandmaschine :D

Ich denke nicht, dass es besonders Sinnvoll ist diese Technik an/in einen AD/DA-Wandler zu koppeln - das Eigenrauschen der ganzen Bauteile die dafür notwendig sind, würden das Signal nMm nur verschlimmbessern.

EDIT - da gibts auch ne Beschreibung zu
http://de.wikipedia.org/wiki/Dolby
 
Interessante Debatte, auch wenn mittlerweile ja die verschiedensten Themen zusammenkommen :p


Allerdings, also es macht mir ja schon etwas "Angst" dass wir hier schon anfangen über die grundlegende Funktionsweise eines Kompressors zu diskutieren :confused:

Verschiebung der Verhältnisse der Frequenzen zueinander...also das wäre mir, beim "Wald&Wiesenkompressor" - und damit meine ich zumindest mal alles außer De-Esser und Multiband - völlig neu. Jedenfalls, wenn man es so direkt beim Wort nimmt, ohne zu hinterfragen was damit genau gemeint ist!

Wenn der Hallanteil nach der Kompression stärker hervortritt, liegt das doch in erster Linie an der verringerten Dynamik zwischen Quellsignal und Nachhall (welcher in der Regel ja eben doch ein gutes Stück "leiser" daherkommt, Kathedralenhall vielleicht mal außen vor...). Die Kompression verringert die Dynamik, durch das Makeup-Gain wird dann dieses Paket, mit seiner festen Relation, komplett angehoben und damit auch der Hallanteil.
Der gemeine Kompressor "denkt" ja nicht in Frequenzen, sondern nur in Pegeln. Und zwischen der Frequenz und dem Pegel selbiger besteht doch, rein technisch, überhaupt kein zwingender Zusammenhang.

Wenn wir jetzt mal bei der Bass Drum als Beispiel bleiben: natürlich ist der Frequenzverlauf, zeitlich gesehen, nicht konstant. Am Anfang der "Tschack", ganz kurz darauf rumpelt das Holz - "uff". Salopp gesagt ;).
Und daher ist es auch richtig, dass durch die Attack und Releasezeit bestimmte Frequenzanteile mehr von der Kompression betroffen sind als andere. Wenn die Kompression den Kick-Anteil nicht erfasst (was ja oftmals gewünscht ist), dann kann man im Grunde schon sagen: der Kompressor verändert das Verhältnis der (unkomprimierten) Anschlagsfrequenzen zu den (komprimierten) Resonanzen des Kessels. Aus einem vollen, vielleicht eher wummernden "Buuuuuum" wird dann eben ein knappes "Tschk". Auch wieder ganz plakativ gesagt.

Ich denke, das meinte paulsn, und so gesehen hat er damit ja völlig recht. Der Kompressor ist einerseits Dynamikwerkzeug, aber im gleichen Zuge benutzen wir ihn doch ganz selbstverständlich dazu, um aus einer Bass Drum eine Kick Drum, aus einem langweiligen Bass ein Groovemonster und aus einer müden Gitarre ein funkiges Etwas zu machen.
Das eine kommt durch das andere Zustande.

Um noch mal auf den Hallanteil zurückzukommen: dieser ist ja im Grunde ein verfremdetes Abbild des Originalsignals (welches den Nachhall ja quasi anregt). Vom künstlich erzeugten Nachhall ausgehend ist es natürlich in Hinblick auf die Kompressionsdebatte zu hinterfragen: wird er überhaupt komprimiert, oder regt nicht schon das komprimierte Originalsignal ein entsprechendes Hallsignal an? Bei den meisten via (Post-fader-) Aux angesteuerten Effekten sicherlich der Fall. Was ich sagen möchte: der Hallanteil selbst verhält sich unter Kompression sicherlich vergleichbar wie das Originalsignal, aber im Bereich Hall/Reverb etc. haben wir natürlich noch eine viel größere Fülle an Parametern, die den Klang mitgestalten, von daher ist die Sache hier wohl noch etwas komplexer. Experimentieren in diesem Bereich ist sicherlich mal eine zeitliche Investition wert.

So, jetzt hoffe ich mal dass ich nicht irgendwo Stuss gelabert habe...
 
Hi,

Rein theoretisch müsste man damit die Auflösung verbessern können.

Es gibt aber ein paar Probleme, die das Signal dann aber noch mehr kaputt machen:
- Der zusätzliche Kompressor ist ein zusätzlicher (gesteuerter) Verstärker, der das Signal vor der Wandlung sicher ein kleines wenig verschlechtert (Rauschen, nicht-linearität....)
- Vom analogen Kompressor/Kompander muss das steuersignal ebenfalls A/D gewandelt werden und zwar im idealfall 1:1. Das ist wieder schwierig bis unmöglich.
- Der analoge Kompressor/Kompander hat Regelzeiten (nicht nur von der Erkennungsschaltung, die hier nicht relevant ist, sondern auch vom VCA), nichtlinearitäten.... die 1:1 mit dem digitalen "Encoder"-Kompressor nachgebaut werden müssen.
Punkt 1 ist wahr und lässt sich kaum ausräumen, es sei denn der Preamp ist gleichzeitig der Kompressor...

Die anderen beiden könnte man ausräumen, wenn der Kompressor einen Übertragungsbereich > 20kHz hat!

Folgender Aufbau:

Signal -> Heightcut bei 20kHz -> Sinus-Ton mit konstanter Amplitude und 30kHz dazumischen -> Compressor -> ADC

Die DAW kann dann an der Lautstärke des 30kHz-Sinus herausfinden, wie stark komprimiert wurde. Man braucht also keinen weiteren ADC für die Steuerspannung und keine Nachbildung der Nicht-Linearitäten.


Nochmal zur Frequenzbeeinflussung eines Kompressors:
Bei langsamen Regelzeiten gibt es praktisch keinen Einfluss darauf, welche Frequenzen vorkommen - der Kompressor regelt ausschließlich dynamisch die Lautstärke. Ein Kompressor kann auch per Sidechain angewiesen werden, ausschließlich auf bestimmte Frequenzen zu reagieren - aber auch dann wird das ganze Signal in der Lautstärke beeinflusst - eben dann wenn bestimmte Frequenzen laut sind.

Aber stellen wir uns vor wir haben eine sehr tiefe Sinuswelle. Sagen wir mal 1 Hz! Sie ist so laut, dass der Kompressor auf sie anspricht und zwar mit einer Attack von ca. 10ms.
Dann wird aus der Sinuswelle eine andere Wellenform, denn der Kompressor wird ansprechen und nur die Wellenberge komprimieren. Dadurch entstehen entsprechend der attack / decay - werte quasi 'Höcker' oben und unten auf der Sinuswelle, die eine viel höhere Frequenz haben als die Ursprüngliche Wellenform.
Dieser Effekt ist nicht mehr wirklich sichtbar, wenn die Frequenz höher ist, aber er bleibt in geringem Maße vorhanden. Hören kann man ihn vermutlich nur bei sehr schnellen attack und release-werten.

Was eventuelle Aliaseffekte durch die höheren Frequenzen angeht: Diese treten nicht auf, wenn das Signal oft genug abgetastet wird. Das ist aber heutzutage immer der Fall (denn vor dem ADC wird das Signal entsprechend gefiltert).

Außerdem muss im Thread noch zwischen Quantisierungsrauschen und Bauteilrauschen unterschieden werden. Nur ersteres lässt sich durch höhere Abtastraten minimieren.

mfg
- eth

Nochmal ganz kurz zum Nachhall-Phänomän. Das Liegt einfach daran, dass das Signal weniger Dynamik hat: Vorher haben wir leisen Nachhall und ein relativ lautes Signal. Nach der Komprimierung haben wir zwar immernoch den (genauso) leisen Nachhall, aber auch ein ziemlich leises Signal. Wenn man dann lauter stellt hat man wieder ein lautes signal aber eben auch einen ziemlich lauten Nachhall.
 
Aber stellen wir uns vor wir haben eine sehr tiefe Sinuswelle. Sagen wir mal 1 Hz! Sie ist so laut, dass der Kompressor auf sie anspricht und zwar mit einer Attack von ca. 10ms.
Dann wird aus der Sinuswelle eine andere Wellenform, denn der Kompressor wird ansprechen und nur die Wellenberge komprimieren. Dadurch entstehen entsprechend der attack / decay - werte quasi 'Höcker' oben und unten auf der Sinuswelle, die eine viel höhere Frequenz haben als die Ursprüngliche Wellenform.

Ja, aber nur wenn der Kompressor nach Peak-Detektion arbeitet, nicht nach RMS!



Wenn du so überzeugt von deiner Idee bist, bau dir halt so einen Wandler bzw. schlag sie einem Hersteller vor.:rolleyes:
Meine Meinung dazu ist, dass es unsinnig ist, dem Signal eine analoge Frequenz außerhalb der Bandbreite zu überlagern, nur um anhand deren Amplitude die Regelung des (digitalen!!) Expanders zu steuern. Die Information muss so und so digitalisiert werden, also doch gleich an erster Stelle: Sprich aus der Steuerspannung des 1. analogen Kompressors wird sofort eine digitale Regelinformation für den Expander generiert.

Und mit einer 1 Hz Welle fängt das menschliche Ohr herzlich wenig an;)
 
Ja, aber nur wenn der Kompressor nach Peak-Detektion arbeitet, nicht nach RMS!
Würde mich wundern, wenn ein RMS-Detektor eine 1Hz-Welle vernünftig verarbeiten kann ;-)

Wenn du so überzeugt von deiner Idee bist, bau dir halt so einen Wandler bzw. schlag sie einem Hersteller vor.:rolleyes:
Meine Meinung dazu ist, dass es unsinnig ist, dem Signal eine analoge Frequenz außerhalb der Bandbreite zu überlagern, nur um anhand deren Amplitude die Regelung des (digitalen!!) Expanders zu steuern. Die Information muss so und so digitalisiert werden, also doch gleich an erster Stelle: Sprich aus der Steuerspannung des 1. analogen Kompressors wird sofort eine digitale Regelinformation für den Expander generiert.
Jaa, aber der Kompressor ist ja analog - es dürfte schwierig sein dessen Nichtlinearität nachzubilden. Wenn das ginge könnte man natürlich auch die Steuerspannung digitalisieren. Aber nein - ich bin nicht mehr praktisch überzeugt von der Idee ;-). Theoretisch und als bastelei... mal schaun.

Und mit einer 1 Hz Welle fängt das menschliche Ohr herzlich wenig an;)
Richtig, aber auch bei anderen Wellen gibt es das Phänomen ('einfache' Faltungsalgebra...): Sei v(t) der aktuelle Verstärkungsfaktor zu einem Signal und s(t) das Signal selber, dann ist das komprimierte Signal v(t) * s(t). Das Entspricht im Frequenzraum einer Faltung der Frequenzen von v und s. Wenn V nur niedrige Frequenzen hat, sind die Auswirkungen im Frequenzraum gering. Bei schnellen Attack-Werten kann es aber zu Verzerrungen kommen.

Im Prinzip ist es das was ein Faltungshall mit einem Signal macht - nur dass die Frequenzen 'vernebelt' werden und nicht das Signal.

- eth
 
ethrandil: Du bist auf jeden Fall weit gekommen mit deinem Ansatz. Muss echt sagen, Hut ab. Das mit dem quasi "aufmodulierten" 30kHz ist echt nicht übel. Super Ansatz!

Was diese 1Hz Geschichte betrifft: Da exisiteren viele analoge Kompressor-Schaltungen, die Attack und Release steuern (ala SPL Dynamaxx). Weiß nicht, ob das da hilft, aber würd mich wundern wenn nicht.

Das mit der Nichtlinearität vom analogen Kompressor-Verstärker kann sicher minimiert werden, wenn man einen gut gebauten sehr neutralen VCA mit viel Headroom verwendet.
Sicher besser als das rumschrauben am Preamp-Knopf zwischen unterschiedlichen Takes und anschließendes "Was hatten wir da gerade noch für eine Verstärkung eingestellt"
im Mix bzw. händisches Anpassen der Lautstärkenverhältnisse.
Außerdem ist auch jede Nicht-Linearität im 30kHz Signal "enthalten".

Also ich würde das nicht gleich in die Schublade schieben (so wie ich) und weiter dran grübeln. Müsste mit einem Signalgenerator (Analog Synth Modul oder elektronisches Laborgerät) + "normalen" VCA Kompressor mit gutem Frequenzgang bis 30kHz + 96kHz Sampling-Rate testbar sein.

Was ich schon ein paar mal gemacht habe und was auch funktioniert: Wenn man z.b. eh nur einen Kanal aufnimmt, kann man (wenn vorhanden) dafür gleich meherere Eingänge vom AD-Wandler "opfern". Einfach parallel einen Kanal sehr laut aussteuern, der dann nicht selten clippt und einen sehr "konservativ" (der nie clippt aber extremen Headroom hat). Dann kann man die lauten Passagen von Kanal A und die leisen von Kanal B nehmen.
(Als Beispiel).

Was aber generell gesagt werden muss: Die Unterschiede sind verdammt gering bei "normaler" Dynamik !!

lg. JayT.
 
Jaa, aber der Kompressor ist ja analog - es dürfte schwierig sein dessen Nichtlinearität nachzubilden.

Das geht mittlerweile erstaunlich gut.


Richtig, aber auch bei anderen Wellen gibt es das Phänomen ('einfache' Faltungsalgebra...): Sei v(t) der aktuelle Verstärkungsfaktor zu einem Signal und s(t) das Signal selber, dann ist das komprimierte Signal v(t) * s(t). Das Entspricht im Frequenzraum einer Faltung der Frequenzen von v und s. Wenn V nur niedrige Frequenzen hat, sind die Auswirkungen im Frequenzraum gering. Bei schnellen Attack-Werten kann es aber zu Verzerrungen kommen.

Bestreitet ja keiner und ist völlig richtig. Theoretisch müsste beim Expandieren das Signal dann aber auch genauso wieder entzerrt werden.

Ich habs nur etwas absurd gefunden, das du eine 1 Hz Welle als Beispiel nimmst.
 

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