Text zum Nachdenken: Das Rennen um das letzte Bit

[Etna]

Moin!

Musik hat stets etwas mit Emotionen zu tun und die Technik dahinter wird daher oft mit hohen Erwartungen schürenden Werbefloskeln untermalt. In einem Thread hier werden bereits 32Bit Wandler diskutiert. Ich bin letztes Jahr auch nur Kopf schüttelnd auf sowas zum ersten mal in der Bucht gestoßen und konnte nur noch über eine solche Abzocke lachen. 32Bit klingt erst einmal sagenhaft. Viele Denken da auch an mehr Headroom oder mehr Dynamik. Dabei beschreibt dieser Wert lediglich die Auflösung des Signals.

Daher stellt sich die Frage: Sind mehr Bit wirklich besser?

Um dies zu klären möchte ich einen kleinen Schwenk in die Messtechnik machen. Das wirkt zwar auf den ersten Blick etwas merkwürdig, aber auch dort werden hochauflösende und präzise arbeitende AD-Wandler benötigt, um die analogen Signale zu messen und zu bewerten. Was zunächst einmal schockiert ist die niedrige Auflösung von 8Bit eines Oszilloskops. Mitlerweile werden auch Oszilloskope mit einer Auflösung von 12Bit angeboten und es gibt bereits wahnsinnig teure Wandlerkarten für PCs, die sogar sagenhafte 16Bit anbieten. Warum scheint da die Audio-Insdustrie viel weiter zu sein?

Bit ist nicht gleich Bit.

Der obig stehende Satz wirkt erst einmal komisch. Natürlich sind hier und da die Bits vom Anschauungsschema her identisch. Rein rechnerisch ist das ja so. Eine 8Bit Karte löst in 2^8 Stufen, also 256 Stufen auf. Bei 12Bit sind es 4069 Stufen. Bei 14Bit 16384, bei 16Bit 65536, bei 24Bit 16777216 und bei 32Bit unglaubliche 4294967296 Stufen. Das klingt nach dem reinstem Wahnsinn und man sollte nur noch 32Bit Wandler kaufen. Immerhin sind es wahnsinnig viele Schritte um ein Signal zu beschreiben und so kommt man dem analogen Signal super nah. Doch leider macht es keinen Sinn, da das Eingangssignal vom maximalen Line-Pegel leider durch diesen beschränkt wird.
Nehmen wir mal an, dass wir mit unserer Audio-Karte zwischen +4 dBu und +6 dBu aufzeichnen. Das entspricht einer Peak-to-Peak-Spannung von rund 4 Volt. Jede einzelne Stufe des AD-Wandlers löst daher bei einer 12Bit Wandler mit 1000μV auf, ein 14Bit Wandler kommt auf 250μV, bei 16Bit sind es bereits 60μV. Spaßeshalber habe ich auch die Werte für 24 und 32Bit ausgerechnet: Bei einem 24Bit Wandler sind es 0,238μV und bei 32Bit liegen wir bereits im NANO-Voltbereich. Ich gebe zu, diese Werte sind teilweise stark gerundet. Allerdings kann man da die Größenordnung gut einschätzen.

Nur was bedeuten diese Werte?

Je besser der Wandler auflösen kann, desto feiner zeichnet man das Rauschen des eigenen Equipments auf!!! Auch in Sachen Verzerrung wird da das eigene Equipment gefordert. Auf der digitalen Seite ist dies nicht so schwer zu gestalten, doch auf der analogen Seite fordert alles über 24Bit Elektronik mit wesentlich höherer Spannung, äußerst kurze Kabelwege und guter Abschirmung. Es ist möglich, allerdings muss man sich weit weg vom normalen Line-Signal bewegen, um derart hoch auflösende Wandler sinnvoll einsetzen zu können.

Anhand folgender Bilder erkennt man bereits eindeutig wie hoch bereits die prozentualen Unterschiede bezüglich des Eigenrauschens und der dynamischen Parameter zwischen einem 12Bit und einem 16Bit AD-Wandler von PC-Messkarten sind:

Daher ist dieses Rennen nach dem letzten Bit stark zu hinterfragen. Wenn man es sachlicher nachlesen möchte, gibt es hier einen wundervollen Artikel von Elektronik, der mich zum Schreiben dieser Zeilen inspiriert hat:
http://www.elektroniknet.de/messen-testen/pc-messtechnik/artikel/97295/
Man erkennt auch woher die Bilder stammen.

Das sollte einem zu denken geben.

Ich hoffe der Text hat einen kleinen mathematischen Einblick gegeben, was es bedeutet so hoch auflösende Wandler in seinen Geräten einzubauen. Letzten Endes entscheidet natürlich das Ohr. Ich bin kein Feind der hochbittigen Auflösung, doch ich freue mich recht günstig saugute Wandler beispielsweise in einem ADAT-Gehäuse mit nur 16Bit nutzen zu können. Alles ist nicht nur Frage der verwendeten Technik, sondern auch wie man diese einsetzen kann.
Ich habe mitlerweile auch recht viele hochauflösende Musikdownloads auf meinem Rechner, bei denen ich ernsthaft baff bin, um wie viel besser Diese klingen, als die Aufnahmen der CD. Doch leider kann ich mangels Vergleich nicht wirklich einschätzen woher diese Steigerung der Qualität kommt. Sei es nur die höhere Abtastrate (Nein, nicht die Auflösung in Bit, sondern der Wert, der meist in kHz angegeben wird.) oder ob es doch ein anderes Mastering extra für diese Downloads gab. Immerhin unterscheidet das auch eine gute von der schlechten Schallplatte. Die Guten bekamen ein separates Mastering und die Schlechten erhalten leider einfach das Mastering der CD, sodass dann die Nadel viele Verzerrungen an den Verstärker schickt.
Ich besitze allerdings auch Negativbeispiele der 24Bit-Aufnahmen. Einige sind unhörbar, weil sie einfach nur noch zu rauschen und zu britzeln scheinen. An den Rechnungen hat man bereits gesehen, welche Anforderungen an der gesammten Kette hängen, damit man nicht nur fein aufgelöstes Rauschen aufzeichnet, sondern auch ein Mehrwert an Signal damit erhält.

Für Kommentare und Kritik bin ich sehr offen!

Nen schicken Gruß,
Etna

 

[zulu]

Interessant sind letztendlich Messwerte wie ENOB (effective number of bits), denn auch wenn auf einem Wandler 32 Bit steht, kann es sein, dass nur 20 ENOBs rauskommen.
Ebenso kann ein schlechter 24-Bit Wandler schlechter abschneiden wie ein guter 16-Bit Wandler (!) wobei dies bei den meisten (Semi-)Pro Geräten nicht der Fall sein dürfte.

Wer also erwartet, dass beim Kauf die extra Euronen für die zusätzlichen Bits im Sinne von Audioqualität stehen, den muss ich leider enttäuschen.


Was die höher aufgelösten Dateien betrifft: einfach von 96/24 auf 44.1/16 resamplen (mit einer ordentlichen Software, gratis gibt's zB. SoX) und wieder auf 96/24 zurück. Dann vergleichen. Ja, die Dateien werden (heimlich) weniger "zermastert" und dafür teurer verkauft.

 

[Etna]

Das mit dem Resample ist eine wundervolle Idee! Das werde ich mal umsetzen.

 

[Etna]

Hey Zulu,

Ich habe mir ein wenig Zeit gelassen und muss sagen: Du hattest recht! Nachdem ich einige meiner Lieblingsstücke aus dem "High-End-Regal" resamplet habe, sind die unterschiede zwischen dem gleichen Track so gering, dass ich den mit meiner Anlage nicht immer im Doppelblindtest heraushören konnte. Da steckt scheinbar echt ein anderes Mastering dahinter. Mensch, gibt es dann bald drei Masterings pro Release? 1. Platte 2. HD in 24Bit 192kHz für Highendige 3. CD und Radio ???

 

[XaserIII]

Tja, sehr interessanter Beitrag.

Ich persönlich höre hier zum ersten mal von 32bit-Wandlern und muss sagen, dass ich diese Idee auch gewissermaßen Unsinnig finde. Wenn man zudem daran denkt, dass sich eigentlich alle von Menschen hörbaren Frequenzen mit 48kHz (max) Abtastrate ohne Informationsverlust samplen lassen, fragt man sich auch, warum es heute bereits Interfaces mit 192kHz gibt.

Genau so wenig denke ich, dass sich eine deutlich bemerkbare verbesserung des Soundsignals bemerken lässt, wenn man von 24bit auf 32bit hochgeht (von den ja schon angesprochenen ENOBs mal ganz abgesehen). Ob die Boxenmembran nun 1mm oder 1,00002 mm vorschnellt (rein ausgedachter Wert) dürfte, verglichen zu anderen Klang-beeinflussenden Faktoren wie Verstärker, Boxen, Raumakustik, Störsignale etc etc etc nun wirklich keinen Unterschied mehr machen.

Jedenfalls ein sehr interessanter Beitrag, hat Spaß gemacht, ihn zu lesen

MfG,
Xaser

 

[Laguna]

Interessanter Beitrag und schön dargestellt!
Andererseits, solange sich die Leute von Jungfrauen bei Mondschein geflochtene Goldkabel an die Boxen klemmen, werden sie auch 32 und 64 Bit Wandler kaufen.
Sei es drum. Wer das Geld ausgeben möchte und wer meint, dann einen Unterschied zu hören, der hat sein Geld offensichtlich gut investiert. Man soll den Leuten ihre kleinen Freuden nicht schlecht reden!

So Far...
Laguna

 

[Telefunky]

... Jede einzelne Stufe des AD-Wandlers löst daher bei einer 12Bit Wandler mit 1000μV auf, ein 14Bit Wandler kommt auf 250μV, bei 16Bit sind es bereits 60μV. Spaßeshalber habe ich auch die Werte für 24 und 32Bit ausgerechnet: Bei einem 24Bit Wandler sind es 0,238μV und bei 32Bit liegen wir bereits im NANO-Voltbereich...

abgesehen von den extrem kleinen Messwerten kommt noch eine weitere Komponente ins Spiel:
je feiner die Stufen, desto genauer muss das Taktsignal sein, damit diese auch als 'gültig' eingeordnet werden können.
(gelegentlich als 'aperture' des Wandlers bezeichnet)
bei 24 bit sind das Werte, die sich nur noch unter Laborbedingungen realisieren lassen, 'bezahlbar' müsste etwa bis 20 bit reichen
(was aber bereits high-end ist und zudem eine entsprechend hochwertige Signalkette erfordert)

Pop, Rock und Funk fallen da schon mal komplett durch's Raster, von Metal ganz zu schweigen
die einzige Richtung, die solche Dynamik auch tatsächlich ausreizt ist die Klassik...
womit aber nicht die Best-of Arien der Wohnzimmer-Hörer gemeint sind, ergo bleibt ein verschwindend kleiner Markt

bei der Sample Rate sieht's etwas einfacher aus, das hört man auch halb taub sofort raus
alles ab 64 khz liefert Aliasing Artefakte nur noch im Ultraschallbereich, es klingt sofort wie aufpoliert

durch Resamplen einer 96khz Aufnahme wird in jedem Fall Aliasing (wieder) eingeführt und das hörbar...
wir sind inzwischen komplett an digitales Audio gewöhnt
ich kann zB kaum zwischen verschiedenem Digital-Equipment (im Mix) einer Aufnahme unterscheiden
aber eine rein analoge Produktion höre ich relativ zuverlässig heraus ohne auf Artefakte zu achten
sie klingt einfach 'anders' - selbst über ein digitales Medium
insofern liegt der sprichwörtliche Hase auch bei der Produktion, dh Signalverarbeitung, Plugins etc im Pfeffer
es ist aber längst Alltag geworden und wird oft gar nicht mehr wahrgenommen

mir gehen bits und bytes komplett hinten vorbei - ich nehme, was mir klanglich zusagt
Tape bleibt mein non-plus-ultra, ist aber (leider) ziehmlich unpraktisch...

wie es der Zufall will: gerade drauf gestossen - klingt analog
https://soundcloud.com/mathilde-bitterend/01-two-three-eight

cheers, Tom

 

[Etna]

Cool!

Ich dachte dieser Thread stößt auf blinde Augen (oder doch besser taube Ohren?). Zumindest liegt er ein paar Monate in der Versenkung und wurde nur wieder hoch gezimmert, weil ich mal dachte den Resamplingversuch zu beantworten.

Tja, sehr interessanter Beitrag.

Ich persönlich höre hier zum ersten mal von 32bit-Wandlern und muss sagen, dass ich diese Idee auch gewissermaßen Unsinnig finde. Wenn man zudem daran denkt, dass sich eigentlich alle von Menschen hörbaren Frequenzen mit 48kHz (max) Abtastrate ohne Informationsverlust samplen lassen, fragt man sich auch, warum es heute bereits Interfaces mit 192kHz gibt.

MfG,
Xaser

Danke erstmal!
Nunja, das Oversampling ist dazu gedacht, dass man den höchst hörbaren Sinus genauer abtasten kann, damit nicht ausversehen durch Interpolation doch ein viel zu tiefer Bass daraus wird oder gar ein Offset. Eigentlich ein guter Weg, da die Näherung auf dieser Weise immer besser wird. Irgendwann stößt man allerdings auf Grenzbereiche.

Interessanter Beitrag und schön dargestellt!
Andererseits, solange sich die Leute von Jungfrauen bei Mondschein geflochtene Goldkabel an die Boxen klemmen, werden sie auch 32 und 64 Bit Wandler kaufen.
Sei es drum. Wer das Geld ausgeben möchte und wer meint, dann einen Unterschied zu hören, der hat sein Geld offensichtlich gut investiert. Man soll den Leuten ihre kleinen Freuden nicht schlecht reden!

So Far...
Laguna

Auch dir Danke!
Japp, das nennt man dann Psychoakustik. Ich will nicht auf einen bereits durchdiskutiertes Thema wie Kondensatorklang eingehen, aber das Gute ist: "Wenn ich viel Geld ausgebe, dann muss es gut sein und weil ich getüftelt habe, wurde es auch besser." Das ist die Einstellung von Vielen.

durch Resamplen einer 96khz Aufnahme wird in jedem Fall Aliasing (wieder) eingeführt und das hörbar...
wir sind inzwischen komplett an digitales Audio gewöhnt
ich kann zB kaum zwischen verschiedenem Digital-Equipment (im Mix) einer Aufnahme unterscheiden
aber eine rein analoge Produktion höre ich relativ zuverlässig heraus ohne auf Artefakte zu achten
sie klingt einfach 'anders' - selbst über ein digitales Medium
insofern liegt der sprichwörtliche Hase auch bei der Produktion, dh Signalverarbeitung, Plugins etc im Pfeffer
es ist aber längst Alltag geworden und wird oft gar nicht mehr wahrgenommen

cheers, Tom

Hey Tom! Das finde ich wirklich interessant. Hast du dazu Beispiele? Oder kannst du das mit dem Aliasing anders umschreiben? (Ich meine jetzt nicht die Technik dahinter, sondern das Hörerlebnis das du dadurch empfindest.)

Als ich deinen Text zumindest las hatte ich sofort drei Platten aus meinem Regal im Kopf. Es gibt Produktionen die auf Platte einfach aufgrund des anderen Masterings oder allgemeiner Herangehensweise wesentlich genialer klingen als auf anderen Medien. Es gibt allerdings auch Platten die höre ich einmal und dann nie wieder. Das ist immer dann der Fall, wenn das Loundness-War-Mastering auf der Platte auch umgesetzt wurde. Leider habe ich sogar eine Platte, die ich ab dem ersten Song unhörbar finde, da die Becken des Schlagzeugs eindeutig digital clippen!!!
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Was ich auch ziemlich konfus finde ist, dass es immer günstiger wird seine Musik professionell aufzunehmen, zu mischen und zu mastern. Ich habe auch eine Soundkarte die (angeblich) 24Bit bei 192kHz kann. Mit modernen DAWs ist fast alles möglich. Selbst die digitalen Instrumente kann man kaum noch im Hintergrund von Echten unterscheiden. (Zumindest habe ich mir gerade Strings gekauft, die ich absolut feier!) Allerdings hören immer mehr Leute MP3 und anderen Digitalmüll auf Viedeoplattformen und Co. Da lohnt es sich doch fast nicht mehr die bestmögliche Audioqualität zu realisieren, wenn ein Mobiltelefon als HiFi-Anlage reicht. High-Ender per se sind also ein sehr rahes Stück Mensch...

Gruß,
Etna

- - - Aktualisiert - - -

Achja,

das hier habe ich ja fast vergessen zu kommentieren:

Tape bleibt mein non-plus-ultra, ist aber (leider) ziehmlich unpraktisch...

cheers, Tom

Es geht auch praktisch! Ich habe eine Akai MG14D in meinem Rack. Das ist ein 12- Kanaler auf Halbzoll-Tape in einer proprietären Kassettenform. Habe das Teil mit defektem Antrieb inklusive einer Hand voll Kassetten für unter 50,- Euro aus der Bucht gefischt. Das Teil konnte ich wunderbar leicht reparieren und die Kassetten sind aufschraubbar und somit mit normalem Tape von RMG nachfüllbar. Das habe ich auch mit allen Kassetten gemacht. Klar, geht dabei am Anfang Zeit drauf. Ein Wochenende fürs Reparieren und das andere mit dem Oszi und spitzen Ohren fürs Pegeln und Einmessen. Ein weiteres Wochenende für ein bisschen Wickeln und gut. Danach hat man erst einmal Ruhe und freut sich darüber. Ich suche jetzt nur noch günstige gebrauchte ADAT-Wandler, die ich für das Durchschleifen des Tapes (und anderer Geräte) in meiner digitalen Kette verwenden kann.

Naja... so viel dazu.

Was vielleicht auch ein Kommentar wert ist. Jedes normale Digitaloszilloskop hat "nur" 8 Bit Wandler. Das auch nicht ohne Grund. Und die highendigen 16 Bit Wandler gibt es nur als PC-Karten, um die Datenmenge verarbeiten zu können und kosten auch nicht ohne Grund ordentlich 4-Stellig. Es ist einfach jede Menge Schaltungsaufwand mit höchstwertigen bauteilen gefragt, um die vollen 16 Bit nutzen zu können.

Nur ein paar kleine Cents dazu...

 

[Telefunky]

wie du oben schon herausgefunden hast, sind die Zahlen quasi der Loudness War des Marketings - bigger is better
99,5% der homerecordler besitzen keine analoge Signalkette, die einen Störabstand von > 96 dB hat
bei 12dB headroom liegt man immer noch bei 84 dB, wenn man 2 bits 'opfert'
für eigene Mikrofonaufnahmen dürften 60-70 dB SNR das höchste der Gefühle sein
ein Austeuerungsproblem kann ich da irgendwie nicht erkennen
(vielleicht denke ich aber auch nur zu verquer und es erklärt mir jemand...)

das Duo aus dem Soundcloud link hat auch eine Seite bei Bandcamp, da finde ich den Kommentar zur Produktion recht interessant
offenbar wurde das grösstenteils mit Drummachines, Synths und Gesang direkt auf ein Tascam 238 Cassettendeck aufgenommen
es klingt deutlich 'anders' als VST, selbst wenn man unterstellt, dass da noch Schnitte am Rechner gelaufen sind

imho sind es die vielen kleinen digitalen Bearbeitungsschritte im Sequencer, die sich letztlich dem Klang aufprägen
im Gegensatz dazu sind die Sounds hier glasklar, punchy, fett ... und weitgehend aliasingfrei
egal wie oder was: diese Produktion in Cubase mit virtuell analoger Technik dürfte ein ziehmliches Problem darstellen...

einen einfachen Test müsstest du auch selbst machen können:
ideal dürfte der Waldorf PPG mit seinen kruden Wavetables sein (davon gibt's bestimmt eine Demo)
hör ihn dir eine Weile an und dann schalte das System einfach auf 96 khz
du wirst den Synth nicht wiedererkennen

cheers, Tom

 

[Etna]

Ok, jetzt wird das Bild klarer.

Ich dachte dieser zum Genre passender Low-Fi Charakter wäre zu Beginn als Scherz gemeint. Da habe ich nur kurz rein gehört und jetzt erst differenzierter gelauscht.

Vielleicht ein passendes Schlusswort: Was lernen wir daraus, Kinder? Nicht stets behaupten aufgrund akuten Mittelmangels behaupten keine ordentliche Mukke verzapfen zu können, sondern konzentriert euch auf eure Kreativität und eigener musikalischer Fähigkeit.