Abtasttheorem vs. Abtastrate 48 vs. 96 kHz - technischer Hintergrund?

[PeaveyUltra120]

Hallo zusammen,

ich höre in letzter Zeit immer wieder mal Kollegen, Kunden, Verleiher, für die alles unter 96 kHz „unprofessionell“ ist, weil diese der Meinung sind, dass Details verloren gehen.
Deshalb werden dann Geräte wie z.B. das Behringer Wing teilweise belächelt.

Jetzt stelle ich mir die Frage inwiefern die höhere Abtastrate überhaupt eine Relevanz haben kann?
Dass live der Unterschied -sofern es einen geben kann- sicherlich irrelevant ist, das sehen sicher die meisten so. Aber abgesehen davon:

Laut Nyquist-Shannon-Abtasttheorem (Zitat unten) dürfte es ja theoretisch keine Signalanteile im hörbaren Bereich bis 20 kHz geben, die bei einer Abtastrate von 48 kHz nicht erfasst werden könnten. Selbst wenn es keine idealen Tiefpassfilter gibt, dürfte eine maximale mögliche Signalfrequenz von 24 kHz doch eigentlich genug „Reserve“ zu den 20 kHz zulassen, um im hörbaren Bereich alles erfassen zu können, oder?

Oder sind es die Phasenverzerrungen der nötigen steilflankigen Filter, die Artefakte bis in den hörbaren Bereich erzeugen?

Weiß jemand mit Erfahrung in der Audio-Digital-Technik, wie sich die entsprechenden Filter in aktuellen Geräten (z.B. Behringer Wing) verhalten, und hat dazu Bode-Diagramme, Übertragungsfunktionen, etc., um das zu verfizieren?

 

[klaatu]

Erfahrung in der HF-Technik

HF beginnt bei ca. 300 MHz (einer meiner Profs meinte, alles unter 1 GHz und ohne Hohlleiter ist eh Kinderkram), also nichts, was hier zur Geltung kommt.

Steilflankige Filter zeigen im Filterbereich eine große Phasenverschiebung, daher ist das nicht so gut für das Signal. Das Abtasttheorem ist auch nur soweit relevant, wenn man es mit "idealen" Filtern, also unendlicher Steilheit zu tun hat. Daher wird höher abgetastet als mit idealen Filtern erforderlich wäre und die Dämpfung der Filter im Nyquist Bereich ist bereits hoch genug, um einerseits keine oder wenig Phasenverschiebungen zu zeigen als auch die Spiegelung der höheren Frequenzen in das hörbare Spektrum zu minimieren. Das ist halt Ansichts- oder Gehörsache, was man für ausreichend hält. Weiter ist es auch die nachfolgende Bearbeitung des digitalisierten Signals, die einen Einfluss auf die resultierende Qualität hat - je höher die Abtastrate und Auflösung, desto weniger Verfälschungen entstehen durch weitere Rechenschritte.

Mit der digitalen Signalverarbeitung kann man Bücher füllen, ebenso mit Meinungen der Praktiker dazu. Kommt halt darauf an, wie "ideal" oder "praxisrelevant" man unterwegs ist

 

[PeaveyUltra120]

HF beginnt bei ca. 300 MHz (einer meiner Profs meinte, alles unter 1 GHz und ohne Hohlleiter ist eh Kinderkram), also nichts, was hier zur Geltung kommt.

Klar, keine Ahnung wo ich geistig beim Schreiben des Beitrags war, oh man.

im Filterbereich

Bis 20 kHz herunter? Welche Filter, bzw. mit welchen Steilheiten verwendet man?

desto weniger Verfälschungen entstehen durch weitere Rechenschritte

Okay, da fehlt mir der nötige Background in der Audiosignalbearbeitung, welche Berechnungen da tatsächlich alles dahinterstehen, und wie das realisiert wird. Aber liege ich richtig, das es dann im Endeffekt Ungenauigkeiten bzw. Rundungsfehler durch die niedrigere Granularität liegt?

 

[chris_kah]

Ja, aber die heutigen Wandler sind ohnehin Delta Sigma Wandler und da ist die Tastung bei der Wandlung (nicht bei den angelieferten oder abgelieferten Daten) im Bereich 10 - 20 MHz und daher braucht man keine so steilflankigen Filter mehr wie in den Anfangszeiten der CD Spieler.
Viellicht erinnert sich noch jemand an die Werbe-Aufkleber 256-fach Oversampling und so ...

Für die Übertragung des Hörbereichs reichen die 44.1 kHz der CD locker aus, selbst für die Transienten. 48kHz um so mehr.
Bei 96 kHz kann man durch die höhere Taktrate theoretisch kürzere Latenzen erzielen.
Live ist da ohnehin alles Banane und selbst bei Studio-Aufnahmen erschließt sich mir der Sinn nicht wirklich.
Vielleicht bringt es ein letzes hörbares Quäntchen bei klassischer Musik, aber im Rock/Pop Bereich oder gar Rap oder Heavy Metal erschließt sich mir der Sinn nicht,

HF beginnt übrigens schon durchaus bei 10 MHz, weil da schon ab gewissen Leitungslängen die Leitungstheorie zum Tragen kommt (Sagt einer der schon beruflich Designs bis 28 GBit/sec gemacht hat).

Und früher waren sogar 300kHz - 3 MHz Mittelwelle

Und es gibt noch Langwelle. Heute immer noch im Einsatz bei den Funkuhren DCF77 bei 77 kHz, die drahtlos in ganz Euroba übertragen werden.

 

[PeaveyUltra120]

Mit der digitalen Signalverarbeitung kann man Bücher füllen, ebenso mit Meinungen der Praktiker dazu.

Das ist mir natürlich klar, die Frage für mich ist eben, ob die Abweichungen zwischen reellem und idealem System mit dem aktuellen Stand der Technik und Rechenleistung in dem Bereich zwischen 20 und 24 kHz stattfinden, oder Rückwirkungen bis in den hörbaren Bereich zwangsläufig sind.

 

[the flix]

Wenn ein Filter in die Nähe der Nyquist-Frequenz kommt, dann kann es zu Abweichungen vom idealen Verhalten kommen, weil die ideale Übertragungsfunktion auch über die Nyquist-Frequenz hinaus von 1 abweicht. Sprich, ein EQ bei > 10 kHz kann bei identischer User-Parametrierung mit 48 kHz eine leicht andere Wirkung haben, als mit 96 kHz. Das kann man aber zumindest näherungsweise kompensieren. Und ob solche Unterschied auf den üblichen Wiedergabesystemen und bei dem durchschnittlichen altersbedingten Hörverlust in diesem Frequenzbereich tatsächlich ein relevantes Ausmaß annehmen, ist zumindest zu bezweifeln.
Größere Unterschiede kann es bei nicht-linearer Bearbeitung geben, wenn diese Signalanteile > 24 kHz erzeugt. Aber meines Wissens nach arbeiten nicht-lineare Plugins etc. aus diesem Grund oft mit lokal höheren Abtastraten (Over-Sampling).

 

[PeaveyUltra120]

Delta Sigma Wandler

Das heißt, rein bei der Wandlung und Erfassung des Signals dürften durch das extreme Oversampling des Delta-Sigma-Wandlers eigentlich keine
Verluste/Quantisierungsfehler im hörbaren Bereich auftreten, d.h. bis zur Signalbearbeitung im Pult ist es eigentlich nicht nachvollziehbar, dass 96 kHz gegenüber den 48 kHz tatsächlich einen Vorteil hätten, richtig?

Spätestens nach der Wandlung des Bitstreams in ein Multibitsignal muss 48 kHz ja dicke ausreichen, um das bereits gefilterte Signal verlustfrei übertragen zu können, oder?

Weißt du, wie die digitalen Tiefpassfilter nach dem 1-Bitstream üblicherweise realisiert sind?

 

[Duplobaustein]

Für mich ist das im Live Bereich eher eine Sache der Latenz, als eine Sache der Qualität. Im PA Mix hört das keiner, behaupte ich mal zu sagen. ZB bei In Ear Mixen macht es aber schon einen Unterschied, ob ich 4 oder 2ms Latenz im Pult habe. Umso mehr wenn noch digitaler Mic/IEM Funk dabei ist und auch noch dazu addiert.

 

[PeaveyUltra120]

ZB bei In Ear Mixen macht es aber schon einen Unterschied, ob ich 4 oder 2ms Latenz im Pult habe

Ja, aber der Unterschied dürfte wohl eher im us-Bereich liegen, als im ms-Bereich.
Ein Behringer X32 hat z.B. eine Durchlauflatenz von 0,8ms. Eine A&H Avantis 0,7ms.

 

[bad_ROM]

Ich hab mal gehört das klassische Musik, wegen der benutzten Instrumente und deren Klangfarbe, Oberwellen >24kHz hat und man deswegen diese höher abtastet/mischt.
Kann aber auch ein Gerücht sein

 

[Burkie]

Yo,
und rein praktisch genügt es, ein ursprünglich mit 96kHz aufgenommenes Signal (transientenreiche Musik mit Obertönen) wieder nach analog zu wandeln, analog mit 44,1kHz erneut aufzunehmen, und im Blindtest gegen das Original-Signal von 96kHz zu testen.
Und dann zeigt mir mal einen, der tatsächlich im Blindtest dabei Unterschiede hören (nicht erraten) kann.

Grüße

 

[bad_ROM]

Yo Burkie, was soll ich dir sagen....
Leute kaufen auch tausendfach verdünnten Zucker in Kugelform und glauben dass er sie heilt.
Es kommt ein Kunde mit dem Auftrag in 96kHz aufzunehmen, zu mischen und zu mastern. Halt ich es für übertrieben? Ja. Mach ich es trotzdem? Ja.

 

[the flix]

Ja, aber der Unterschied dürfte wohl eher im us-Bereich liegen, als im ms-Bereich.
Ein Behringer X32 hat z.B. eine Durchlauflatenz von 0,8ms. Eine A&H Avantis 0,7ms.

Du vergleichst hier 2 verschiedene Systeme. Die Latenz entsteht in erster Linie durch die Anzahl an Samples, die in einem Block verarbeitet werden. Wir kennen das als Buffersize von Interfaces. Und wenn diese Blockgröße gleich groß bleibt, hast du bei 96 kHz die halbe Latenz von 48 kHz. Natürlich kommen noch die Wandler-Latenzen dazu, aber die sind in der Regel deutlich geringer. Wenn in diesem Beispiel das 96 kHz System näherungsweise dieselbe Latenz hat, wie das 48 kHz System, dann spricht das dafür, dass ersteres mehr Samples pro Block hat.

 

[Mfk0815]

Ich habe bezüglich Latenz keine großen Unterschiede bei halbwegs aktuellen Pulten gefunden, die sind alle so ziemlich unter 2 ms angesiedelt. Knapp 2 ms das StudioLive und 0,5 ms das Tascam SonicView als Ausreißer nach oben und unten, aber sonst sind wir mehr oder weniger so rund um 1 ms, egal ob das Pult mit 48 oder 96 kHz arbeitet.

Du vergleichst hier 2 verschiedene Systeme.

Ist ja auch ein legitimer Zugang wie ich finde. Mir ist die Block-Size, die das Pult intern benutzt so ziemlich egal. Unterm Strich sehe ich das Pult als Black Box, Signale rein, bearbeiten und wieder raus mit einer mehr oder weniger definierten Latenz.
Ich habe mal in der Spec einer Digico SD7 gelesen, dass die bei 96 kHz 1,1 ms und bei 48 zwei ms Latenz hat. Das SonicView 24 hat wiederum die selbe Latenz, egal ob 96 oder 48 kHz.
Und so bin ich als Nicht-Pult-Designer der Meinung dass heute 1 ms plusminus ok ist, und alles über die 2 ms nicht mehr wirklich zeitgemäß ist, egal welche interne Sampling Frequenz benutzt wird.

Abgesehen davon geht der Trend ja inzwischen bei einigen der "Profis" in Richtung Benutzung von externen Plugins (Waves oder generell Plugin Hosts). Da ist dann die Pult Latenz ohnehin nicht mehr der maßgebende Faktor.

Denn man darf auch nicht vergessen, dass es Pulte gibt, die intern zwar mit 96 kHz arbeiten, aber in den Wandlern teilweise durchaus mit 48 kHz. Beispiel sind alle A&H mit SLink (SQ, Avantis oder die aktuellen QU Modelle). Die funktionieren eben auch mit den alten Stageboxen der GLD, die bei 48 kHz wandeln.

Und dann ist da sowieso noch die Frage der Preamps/Wandler zu beachten. Bei A&H gibt es ja einige Kollegen da draußen, die sehr differenzierte Meinungen zu den Preamps haben . Die Stock Preamps/Wandler vom SQ sind da verpönt, es geht dann los mit den DX/GX Preamps/Wandler. Und einige meinen dass man sowieso nur die Premium Preamps benutzen darf. Alles andere ist unprofessionell.

und rein praktisch genügt es, ein ursprünglich mit 96kHz aufgenommenes Signal (transientenreiche Musik mit Obertönen) wieder nach analog zu wandeln, analog mit 44,1kHz erneut aufzunehmen, und im Blindtest gegen das Original-Signal von 96kHz zu testen.

Ich kann mir vorstellen dass es da wohl einen messtechnischen Unterschied gibt, wenn man rein nur das Wandeln an sich durchmisst. Auch ein Argument pro 96 kHz könnte sein, dass sich bei der internen Bearbeitung weniger Artefakte im hörbaren Bereich geben kann. Ein Mischpult ist halt nicht nur ein AD/DA Wandler alleine. In einem Pult passieren so viele andere Dinge die den Klang beeinflussen. Aber auch ist es sicher so, dass die Umsetzung der Bearbeitungsalgorithmen wohl mehr Auswirkungen am Ergebnis haben, als die Sampling Rate alleine, vom Vermögen und Können der Bediener mal ganz abgesehen.

ich höre in letzter Zeit immer wieder mal Kollegen, Kunden, Verleiher, für die alles unter 96 kHz „unprofessionell“ ist, weil diese der Meinung sind, dass Details verloren gehen.
Deshalb werden dann Geräte wie z.B. das Behringer Wing teilweise belächelt.

Unterm Strich ist das ja auch nur eine Meinung unter vielen. Ich denke dass da viel Snake Oil vertrieben wird. Und irgendwie muss man ja auch seine eigene Entscheidung rechtfertigen warum man ein 50.000 €+ System braucht weil eines um 4.000-5.000 € ja gar nicht geht.

Ich für meinen Teil bin froh ein leistungsfähiges System, das trag- und bezahlbar ist, zu benutzen um meinen Job machen zu können. Wenn ich belächelt werde, ist das auch ok.

 

[mix4munich]

und rein praktisch genügt es, ein ursprünglich mit 96kHz aufgenommenes Signal (transientenreiche Musik mit Obertönen) wieder nach analog zu wandeln, analog mit 44,1kHz erneut aufzunehmen, und im Blindtest gegen das Original-Signal von 96kHz zu testen...

Für ein einzelnes Instrument ist das vollkommen ausreichend. Ich würde auch niemals eine Rock- oder Popband mit mehr als 44,1 oder 48 kHz abtasten wollen (okay, wenn ein Pult mit 96 kHz dasteht, nehme ich das notfalls auch). Unterschiede merkst Du höchstens bei einem klassischen Orchester, nicht wegen fehlender Frequenzinformationen, sondern wegen fehlender Richtungsinformationen. Wenn Du ein klassisches Orchester so setzt, dass die zweite Reihe leicht seitlich versetzt ist, dann fällt diese Information weg, und die Musiker sitzen in der Aufnahme wieder hintereinander. Ist das für uns hier im Forum von Bedeutung? Praktisch eher nicht.

 

[Burkie]

Unterschiede merkst Du höchstens bei einem klassischen Orchester, nicht wegen fehlender Frequenzinformationen, sondern wegen fehlender Richtungsinformationen.

Stimmt doch gar nicht. BTDT.
Ist technisch-physikalisch nicht möglich.

 

[maggo1978]

Ich hab zu dem Thema schon vor ein paar Jahren dieses Video gefunden:

View: https://youtu.be/-jCwIsT0X8M?si=ktOO9bKHp5KSIaK9

Der zeigt sehr schön die Unterschiede auf und am Schluss gibts noch ein paar Vergleiche mit Gesamtmixen.

Zwar alles auf DAW und Plugins bezogen, aber die Rückschlüsse für ein Digital-Pult sind ja die gleichen.

Seine Conclusion am Ende: „Don‘t stress about it too much“
Trotzdem interessant mal in diese Detailtiefe hinabzusteigen….

 

[Technika]

Also bezüglich Latenz macht es zumindest bei der DM7 insbesondere bei der Delay-Compensation einen Unterschied:

Ansonsten bin ich der Meinung, dass es im Livebetrieb an so ziemlich allerletzter Stelle auf die samplefrequenz ankommt. Also zumindest ab 48khz aufwärts.

Oder anders ausgedrückt: wer es nicht schafft mit 48khz einen sauberen Mix zu generieren wird es auch mit 96khz nicht schaffen.

 

[Burkie]

Latenz ist für die Monitorwege für die Musiker schon sehr wichtig. Scheint aber stets im grünen Bereich zu sein.
Welche Buzzwords müssten denn noch bemüht werden?
Details, Zeitgenauigkeit, Transienten, Phasenschweinereien, Granularität, Richtungsinformation, Tiefenstaffelung, Stereo, nichtlineare Bearbeitung, Auflösung, Kompression, Jitter, Blockgröße, analoge Ausgangs- oder Eingangsstufen, ...?

Grüße

 

[MS-SPO]

Jetzt stelle ich mir die Frage inwiefern die höhere Abtastrate überhaupt eine Relevanz haben kann?

Da gibt es mehrere Aspekte; Einige werden hier angesprochen: Beitrag #17.

Einmal kleinschrittig:

• um ein Signal der Frequenz f (zB 20 kHz) abzutasten
• brauche ich wenigstens 2 Werte (also f_tast >= 2 f = 40 kHz)
• idealerweise treffe ich dabei das Maximum UND Minimum, mit Pech nur die Nulldurchgängen
• eine höhere Abtastfrequenz trifft dann mehr relevante Punkte, reproduziert das Originalsignal also etwas besser
• für kleinere Signalfrequenzen ist das dann logischerweise in diesem Punkt mit sinkender Frequenz immer besser.

So kommt die "2" in f_tast >= 2 f in die Welt.

Eine der unanagenehmen digitalen Folgen zeigt obiges Video im Spektrum.