DA/AD-Wandlung und Auswirkungen anschaulich erklärt (EN)

[Laurent]

mein CD-player aus den 90er klingt am analog auch anders...fix durchgemessen...1,5dB erhöhung am analogausgang

glücklicherweise hat der cd-player auch noch einen variablen ausgang (analoger ausgang mit lautstärkeregelung), wo man mit viel mühe dann endlich eine einstellung finden kann die messtechnisch identisch ist, und dann auch im blindtest nicht mehr unterscheidbar

Ob es wirklich nur das ist? Ich höre eine andere räumliche Ortung der Instrumente und der Stimme wenn ich über den analogen Ausgang höre - daran war es mir zuerst aufgefallen. Den regelbaren analog out habe ich auch an meinem Yamaha CDX 870 - vielleicht teste ich das noch mal, aber messen kann ich da leider mangels Gerätschaften nichts.

[caine2011]

ah ok, wir haben von 2 unterschiedlichen seiten gesprochen, ich vom DA wandler und du von AD wandler, ok, jetzt macht das sinn
mit AD kenn ich mich nicht wirklich gut aus, daher ist das folgende eher eine vermutung

das rechtecksignal ist wie im video gezeigt begrenzt, das sollte aber je nach wandler eben mit der hälfte seiner genauigkeit gehen, d.h. wenn du einen 200khz wandler hast, dann bildet er bis 100 khz ab, was aber auch nur ein exakteres rechtecksignal (ein rechteckigeres sozusagen) zur folge hat, das ist der hintergrund der fourierzerlegung zumindest
aber da geht es eigenlich nur um die form des rechtecks und nicht den frequenzbereich, daher sollte das auch bei 44khz wandler bis 44khz dasselbe signal geben...nur hört man es nicht
im video hat er ja auch extra die 1khz genbommen, um was hörbares darzustellen, die 20khz dienten ja nur der rechteckdemonstration wenn ich mich recht entsinne?


@laurent: selbes empfinden hier, genau diese empfindungen basieren sehr häufig auf niedrigen lautstärkedifferenzen
hast du kein einmessmikro von einem avr? zusammen mit einem notebook reicht das als erste orientierung

[horch!]

Anders gefragt: ergibt sich die Begrenzung auf ca. 20 kHz automatisch durch die Samplingfrequenz oder wird da noch ein Filter davor gesetzt?

Oh , steht ja im verlinkten Artikel:

So the math is ideal, but what of real world complications? The most notorious is the band-limiting requirement. Signals with content over the Nyquist frequency must be lowpassed before sampling to avoid aliasing distortion; this analog lowpass is the infamous antialiasing filter. Antialiasing can't be ideal in practice, but modern techniques bring it very close. ...and with that we come to oversampling.

[engineer]

Die eigentlich interessante Betrachtung fehlt leider bei der Darstellung:

im video hat er ja auch extra die 1khz genbommen, um was hörbares darzustellen, die 20khz dienten ja nur der rechteckdemonstration wenn ich mich recht entsinne?

1kHz mit 44,1 hinzubekommen ist auch kein wirkliches Problem. Das Problem sind die Frequenzen 10kHz aufwärts bis ran an die halbe Abtastfrequenz. Da sind bei Aufnahme und Wiedergabe die Anti-Aliasing-Filter wichtig und die sind auch bei modernen Techniken nicht beliebig ideal hinzubekommen. Alias-Frequenzen hat man IMMER, die Frage ist, wieviel und welchen Phasengang hat der AD/DA - speziell in dem Bereich. Das macht den Unterschied zu guten Wandlern und erklärt die Beoachtung von oben, dass der digitale Ausgang des CD-Players bessere Resultate liefert.

[horch!]

Die eigentlich interessante Betrachtung fehlt leider bei der Darstellung:

im video hat er ja auch extra die 1khz genbommen, um was hörbares darzustellen, die 20khz dienten ja nur der rechteckdemonstration wenn ich mich recht entsinne?

1kHz mit 44,1 hinzubekommen ist auch kein wirkliches Problem. Das Problem sind die Frequenzen 10kHz aufwärts bis ran an die halbe Abtastfrequenz. Da sind bei Aufnahme und Wiedergabe die Anti-Aliasing-Filter wichtig und die sind auch bei modernen Techniken nicht beliebig ideal hinzubekommen. Alias-Frequenzen hat man IMMER, die Frage ist, wieviel und welchen Phasengang hat der AD/DA - speziell in dem Bereich. Das macht den Unterschied zu guten Wandlern und erklärt die Beoachtung von oben, dass der digitale Ausgang des CD-Players bessere Resultate liefert.

In der Demo geht er bis 20 kHz. Für mein Laienauge sieht die Kurve bei 20 kHz genauso "sauber" aus wie bei 1 KHz. Wo liegt der Fehler?

[engineer]

Der "Fehler" besteht in dem Fehlen eines exakten Phasenvergleichs und einer dynamischen Phasenmessung. Die Kurven auf den Oszilloskopschirmen werden getriggert, d.h. je nach Einstellung der Triggerschwelle wird eine stabile Kurve mit willkürlicher Phase gezeigt. Ein niederfrequenteres Schweben fällt damit unter den Tisch. Diese statische und dynamische Phasenverschiebung kann man mit einer etwas anderen Anordnung leicht zeigen, indem man das erzeugende Signal als Bezug nimmt.

Und: Oszilloskope gelten eher als "Schätzeisen", denn als genaue Messinstrumente, denn wer möchte anhand eines fetten Strahls entscheiden, wie genau die Kurven zusammenpassen? Selbst auf einen DSO ist das nicht direkt darstellbar, da die auch auf nur mit 10/12 Bit sampeln. Einen Fast-Sinus, den ein Laie oprisch nicht von einem guten unterscheiden kann, lässt sich schon mit einem R2R-DAC mit einfachem RC-Filter erzeugen. Wenn, bräuchte man eine Differenzmessung der beiden Signale und eine vorherige Kalibierung der Kanäle.

Von daher ist das Video - sagen wir mal - "unvollständig". Vor allem die Darstellung, es gäbe keine Treppen, ist nur für die digitale Domain richtig. Denn am Ausgang des DACs auf der analogen Seite hat man diese Ecken durchaus ( siehe dazu aber weiter unten).

Richtig und auch sehr anschaulich finde ich die Darstellungen zum Dithering und Noise Shaping, wobei ich nicht sicher bin, ob das der Laie in so kompakter Form auch vollständig versteht. Dabei geht es allgemein gesprochen um das Überwinden der Probleme einer diskreten Abtastfrequenz sowie der limitierten Auflösung beim Sampeln. Durch Überabtasten und Verrauschen kann man die Stufigkeit sozusagen "tunneln".

Moderne DACs nutzen das und verzerren das Signal, das sie ausgeben, passend vor, sodass der rekonstruierende Anti-Aliasing-Filter optimal angesteuert wird und ein möglichst optimales geglättetes Signal erzeugt. Von daher kommen praktisch keine wirklichen Treppen (siehe oben) aus dem DAC, sondern verrauschte Signale. Die sehen auf den ersten Blick noch schlimmer aus, werden aber nach dem AA-filter zu einem glatten Kurvenzug.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Dithering

Auch schon bei der Aufnahme (ADCs) werden diese Techniken genutzt. Trotzdem gelingt das auf beiden Seiten niemals perfekt und ist nach wie vor weit davon entfernt, echte 24 Bit auszulasten. Selbst beste Wandler haben da noch wenigstens einen Faktor 10 Luft.