Wandler: Wer hört den Unterschied?

Ich sehe das eher als ein Beispiel, wie schnell in der Darstellung der FFT-Kurven Abweichungen entstehen können, die im Detail durchaus gravierend sein können. Um das auszuschließen, müsste man sicher stellen, dass alle Analyser-Programme exakt denselben Ausschnitt aus dem Take einlesen bzw. alle den Take definitiv komplett auslesen. Ich habe keine Idee, ob das so möglich ist. Wenn die Vergleichbarkeit nur eingeschränkt ist, ist auch die Aussagekraft des Vergleichs eingeschränkt, bzw. kann man im besten Fall daraus lernen, wie die unterschiedlichen Softwares mit dem Material umgehen.
Was aber auch seine Bedeutung haben kann, denn wenn jemand eine Audio-Messoftware sucht, kann er einem solchen Vergleich sicherlich interessante Informationen entnehmen, ob das jeweilige Programm für ihn sinnvoll ist oder nicht.

Nicht umsonst gibt es spezielle hochpräzise Messgeräte für solche Aufgaben, die leider nicht ganz billig sind. (Z.B. Audio Precision, siehe hier https://www.ap.com/?lang=de).
 
Wandler erzeugen halt ab und an Delay.. bspw. durch Puffer...


Wie gesagt: Es reicht schon, wenn ein File einfach etwas länger ist (trotz 0-samples)....
 
@EDE-WOLF Dein Beispiel, und der Vergleich hinkt aber in sofern, als dass Fouriertransformation (digital und analog) immer von periodischen Signalen ausgeht. Die FFT macht das als "schnellerer Algorithmus zur Berechnung" keine Ausnahme.
Wenn das eine File nun 10 Samples länger ist, liefert das ganz selbstverständlich eine Unterschied in der Spektraldarstellung, da die zehn samples für die Periodizität mit inbezogen werden.


Ausserdem möchte ich darauf hinweisen, dass Fouriertransformation an sich eine mathematische Abbildung von komplexen Zahlen auf komplexe Zahlen darstellt. Der "einfache" Fall, dass Audiosignale immer nur einen Realteil besitzen (man kann ja nicht "komplex" hören), wird dadurch erschwert, dass die komplexen Fourier-Intensitäten im imgainärteil die Phase der Schwingung mit "speichern". Lässt man den komplexen Anteil bei der Rücktransformation weg, bekommt man lustige Effekte, aber in den seltensten Fällen das Eingangssignal.
In einer Vorlesung an der Uni lassen wir die Studenten selber eine Slow-FourierTransformation programmierern. Die wundern sich regelmäßig, wo denn ihr Phasenversatz herkommt.

Der richtige Ansatz wäre also nicht das anfügen von 0-Samples, sondern die Verschiebung des Eingangssignals mit periodischer Wiederholung. Das zeigt sich dann nur in den imaginären Werten der Fourierkomponenten. Der Realteil der Fourierkomponenten ändert sich dadurch nicht. In den meisten Fällen zeigen die Analyzer auch nur den Realteil an.

Zum Thema digitale Wandler, Bittiefe und Sampling-Frequenz möchte ich noch dieses ganz ausgezeichnete Video empfehlen:


So Far...
Laguna
 
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@EDE-WOLF Dein Beispiel, und der Vergleich hinkt aber in sofern, als dass Fouriertransformation (digital und analog) immer von periodischen Signalen ausgeht.

Stimmt nicht!

Die Fouriertransformation bildet aperiodische (potentiell komplexWERTIGE) auf den reellen Zahlen definierte Signale (Funktionen) (wir nennen sie kurz: Analoge Signale) auf aperiodische (quasi immer) komplexWERTIGE Funktionen (Spektren) ab.

Das digitale Äquivalent (im übrigen NICHT die DFT sondern die DTFT (discrete time Fourier-Transform)) bildet aperiodische (potentiell komplexWERTIGE) auf den GANZEN ZAHLEN definierte Funktionen (wir nennen sie digitale Signale) auf periodische (im grunde immer komplexWERTIGE) auf den reellen Zahlen definierte Funktionen (periodische Spektren) ab.


Die FFT macht das als "schnellerer Algorithmus zur Berechnung" keine Ausnahme.

die FFT ist in der Tat ein schneller Algorithmus der DFT (nicht der DTFT), die wiederum zerlegt ein Signal auf einem "Intervall" (die Bezeichnung hinkt hier, weil mathematisch ein Intervall eigentlich auf reellen Zahlen und nicht auf "Sampleindizes" definiert wird) in eine Summe von sinus/Cosinus (schöner: exponential)-schwingungen.

Mehr zunächst mal nicht. Wenn man nun anfängt die Rücktransformation auf alle Sampleindizes auszubreiten (anstatt nur die zu nehmen für die die FFT auch wirklich berechnet wurde) bekommt man in der Tat eine periodische Fortsetzung des ursprünglichen "Fensters".


Wenn das eine File nun 10 Samples länger ist, liefert das ganz selbstverständlich eine Unterschied in der Spektraldarstellung, da die zehn samples für die Periodizität mit inbezogen werden.

Wenn man es so formulieren will: Ja! Und das schränkt eben die Vergleichbarkeit ein... nichts anderes gebe ich zu bedenken ;)


Ausserdem möchte ich darauf hinweisen, dass Fouriertransformation an sich eine mathematische Abbildung von komplexen Zahlen auf komplexe Zahlen darstellt.
Die ForuierTRANSFORMATION ist eine Abbildung komplexwertiger FUNKTIONEN (definiert auf den reellen zahlen) auf komplexe FUNKTIONEN (definiert auf den reellen Zahlen.
Sie bildet NICHT komplexe Zahlen in die komplexen Zahlen ab...
Und die Fouriertransformation ist "eigentlich" das was wir uns gern angucken würden. Die FFT ist eben nur eine Approximation dieser Fouriertransformation, woraus sich eben die genannten Unterschiede ergeben....


Der "einfache" Fall, dass Audiosignale immer nur einen Realteil besitzen (man kann ja nicht "komplex" hören), wird dadurch erschwert, dass die komplexen Fourier-Intensitäten im imgainärteil die Phase der Schwingung mit "speichern".

Ein reelles Signal (Audiosignal, analog) bildet in der Tat auf eine komplexe Funktion ab, ja.
Der (punktweise) Betrag dieser Funktion ist das, was wir üblicherweise als Amplitudenspektrum angucken...
Der "Winkel" (besser: Die punkweise angewendete Argumentfunktion) nennen wir "Phasengang" betrachten wir (halb zu recht, halb zu Unrecht) oft nicht... und ja: Der fehlt!

Lässt man den komplexen Anteil bei der Rücktransformation weg, bekommt man lustige Effekte, aber in den seltensten Fällen das Eingangssignal.

nicht nur in den seltensten Fällen, sondern NIE... (bei reellem Eingangssignal)

Der richtige Ansatz wäre also nicht das anfügen von 0-Samples, sondern die Verschiebung des Eingangssignals mit periodischer Wiederholung.

DANN würde sich nichts ändern. Der Ansatz ist aber insofern nicht "richtig", dass es hier um das vermessen von Wandlern geht. Die machen kein "zyklisches Delay"...
Wenn man also meint die FFT zum Vergleich heranziehen zu müssen, sollte man sich dieser Effekte bewusst sein! Mehr will ich nicht sagen....

Das zeigt sich dann nur in den imaginären Werten der Fourierkomponenten.

Neee das ist leider falsch... es ändert sich die Phase der komponenten und damit der Real- UND der Imaginärteil...
Der Realteil der Fourierkomponenten ändert sich dadurch nicht. In den meisten Fällen zeigen die Analyzer auch nur den Realteil an.

Auch das ist leider falsch. Analyzer zeigen den Betrag an....
 
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@EDE-WOLF Ich glaube, wir reden schon über die gleichen Sachen, habe nur unterschiedliche Wortschätze bzw. einen anderen Kontext.

So wie ich es im Studium gelernt habe, ist die DFT, wie die FFT exakt und eindeutig. Die FFT ist dabei durch geschickte Kombination der Rechenoperationen schneller. Die FFT an sich ist eben keine Approximation. Die Approximation kommt durch die Abbildung kontinuierlicher Signale auf ein Zeitraster. Auf diesen diskretisierten Daten ist die FFT aber genau so exakt wie die DFT.

So Far...
Laguna
 
Du musst ein paar Dinge auseinander halten....

Die FFT und die DFT mathematisch gleich. Beide dienen (je nach Interpretation) dazu
entweder:
a) ein periodisches zeitdiskretes (also auf den ganzen Zahlen) definiertes Signal in eine Summe von Cosinus-Schwingungen (mit Phase) zu zerlegen
oder
b) einen Ausschnitt eines aperiodischen zeitdiskreten Signals in eine Summe von Cosinusschwingungen (mit Phase) zu zerlegen.

Beide Interpretationen sind zulässig und richtig.


Wir als Audios benutzen die DFT/FFT allerdings meist dazu die "eigentliche" Transformation, die wir haben wollen, nämlich die DTFT (von denen die meisten gar nicht wissen, dass es sie gibt) zu approximieren.
Die DTFT dient dazu ein aperiodisches zeitdiskretes Signal in eine "Frequenzverteilung" zu übersetzen (eben ein "Spektrum").
Dieses Spektrum ist aber eigentlich eine kontonuierliche (keine diskrete) Funktion.
Will sagen: Es kommen keine "diskreten" Frequenzen vor.
Sowas kann man aber - ebensowenig wie ein analoges Audiosignal - gar nicht mit nem Rechner ausrechnen.
Genauso wie wir ein analoges Signal "abtasten" (im Zeitbereich) tun wir es daher im Frequenzbereich auch. Das heißt wir gucken uns nur "abgetastete Frequenz" also quasi "Stützstellen" oder wie du es nennen müsstest ein "FrequenzRASTER" an. DIESES "Abtasten im Frequenzbereich" ist quasi das, was die FFT/DFT tut. Wenn einem nämlich die Abtastung im frequenzbereich "zu grob" ist, man also mehr Zwischenstellen haben möchte, dann gibt es dafür genau die Möglichkeit des "Zero-Paddings", was eben diesen "Apprximationscharakter" durch mehr Frequenzstützstellen verbessert.

Die Approximation kommt durch die Abbildung kontinuierlicher Signale auf ein Zeitraster.

Der dort entstehende Fehler ist Aliasing und nochmal was anderes....


Auf diesen diskretisierten Daten ist die FFT aber genau so exakt wie die DFT.

WIe gesagt: FFT und DFT liefern (bis auf numerische Rundungsunterschiede) das gleiche. Ich habe nie Gegenteiliges behauptet...

Der Wikiartikel ist eigentlich ganz gut:
https://de.wikipedia.org/wiki/Fouriertransformation_für_zeitdiskrete_Signale

Denn was wir "Spektrum" nennen ist eben NICHT die DFT/FFT eines Digitalsignals sondern die DTFT...



...Übrigens: Gutes Video...

EDIT: Sogar SEHR gutes Video... räumt schön mit unsinnigen Audioaussagen auf :)
 
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