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NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

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Weyoun
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Re: NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

Beitrag von Weyoun »

jodother hat geschrieben:
Noggli hat geschrieben:Habt Ihr Upsampling mal ausprobiert und einen Unterschied festgestellt? Oder kann man sich das Eurer Meinung nach sparen?
Probier's aus und berichte! Wenn ich nicht irre, upsampeln viele DAC intern. Soll angeblich was bringen, aber das eigene Ohr entscheidet.
Das interne Upsampling oder gar Multi-Upsampling (mehr als Faktor 10) in AVRs oder CD-, SACD, oder BD-Playern ist nur dazu da, evtl. Rauschen und andere, systembedingte Störgeräusche in nichthörbare (höhere) Frequenzbereiche zu verschieben (Transformation). Dabei werden dennoch keine "neuen" Informationen hinzugewonnen. :wink:

Mehr Sinn macht dann schon internes Upsampling bezogen auf die Bittiefe und nicht auf die Abtastfrequenz: Angenommen, durch sehr rechenintensive Faltungsalgorithmen muss ein Wert zig mal umgerechnet werden (vor allem bei AVR mit komplizierten Raumeinmess-Systemen aber auch bei z.B. Dolby Atmos), dann ist es besser, wenn der Wert intern mit 24 Bit oder gar 32 Bit gerechnet wird, denn ein 16 Bit-Wert, der zig mal neu berechnet wird (selbst wenn die Raumeinmessung selber gar nicht viel macht), ist hinterher unter Garantie ein anderer Wert (hörbar anders), was bei 24 oder 32 Bit nicht der Fall ist (ist zwar auch anders, aber eben nicht hörbar anders). :wink:
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Re: NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

Beitrag von Virtualizer »

jodother hat geschrieben:
Noggli hat geschrieben:Habt Ihr Upsampling mal ausprobiert und einen Unterschied festgestellt? Oder kann man sich das Eurer Meinung nach sparen?
Probier's aus und berichte! Wenn ich nicht irre, upsampeln viele DAC intern. Soll angeblich was bringen, aber das eigene Ohr entscheidet.
Genau der Meinung bin ich auch. Voodoo ist das ganz sicher nicht, es kommt immer darauf an was sich genau in der Kette vom Abspieler bis zum Lautsprecher befindet.
Wie ist die genaue Architektur des DACs? Wie wird der DAC Chip eingesetzt, welche Features etc.?
Je nachdem gibt es feine, aber durchaus hörbare Unterschiede bei höheren oder entsprechend niedrigeren Sampleraten.
Generell versuche ich mich immer erst mal an der höchsten nativen Samplerate des DACs zu orientieren, vorausgesetzt man kennt oder vertraut der Qualität des eingesetzten Upsampling Algorithmus.

Grüße
engineer
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Re: NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

Beitrag von engineer »

Weyoun hat geschrieben:
Das interne Upsampling oder gar Multi-Upsampling (mehr als Faktor 10) in AVRs oder CD-, SACD, oder BD-Playern ist nur dazu da, evtl. Rauschen und andere, systembedingte Störgeräusche in nichthörbare (höhere) Frequenzbereiche zu verschieben (Transformation).
Wie meinst Du das? Beim upsampeln wird zunächst mal nichts verschoben oder transformiert. (?)
Weyoun hat geschrieben: Mehr Sinn macht dann schon internes Upsampling bezogen auf die Bittiefe und nicht auf die Abtastfrequenz:
Das sollte man aber besser nicht upsampeln nennen.

----

Meine Erfahrungen dazu: Es kann durchaus Sinn machen, einem Endgerät eine höhere Datenrate zuzuführen und zwar dann, wenn es die Daten prozessieren soll (digitale Filter sind etwas genauer auf höheren Raten) und es selber nicht hochsampeln kann (warum auch immer) oder wenn es sich um Daten handelt, bei denen eine Taktrekonstruktion in Echtzeit erfolgen muss, wie bei z.B. S/PDIF. Diese gelingt generell besser, weil die Informationsdichte bezüglich des Taktes höher ist. Das klappt aber insgesamt nur, wenn die Leitung dahin die höhere Rate auch gut packt und zweitens das upsampeln im Sender wirklich verlustfrei passiert. Beides ist nicht notwendigerweise der Fall und so passiert es oft, dass man manche Geräte besser mit 48kHz digital ansteuert und bei 96kHz keinen Gewinn verzeichnet.

Besonders beim Upsampeln von Audio muss man auch aufpassen und genauer hinsehen:

Audiosignale sind aus gutem Grund schon bei der Aufnahme oft leicht bandbegrenzt aufgenommen und gespeichert, da hohe Frequenzen, die an die halbe Abtastrate heranreichen zunehmend Probleme machen. Durch das upsampeln können da neue Probleme hinzukommen:

Signalverarbeitungstechnisch ist es z.B. egal, wie man die neuen 50% Leerstellen im Material füllt - es gibt da unterschiedliche Ansätze bis hin zum Einfügen von Nullen.

Praktisch ist das aber nicht der Fall, weil Audiodaten nach unten bandbegrenzt sind und damit keinen Nullbezog haben womit immer ein versteckter BIAS mitspielt. Konkret gesagt lässt sich für Audiodaten nie ein richtiger Nullpunkt und damit auch kein Mittelwert vorgeben, den man den Daten hinzufügen könnte, um wirklich keine Information hinzuzufügen. Somit ist es praktisch unmöglich, die Leerstellen zu füllen, ohne nicht irgendwelche neuen "geratenen!" Informationen hinzufügen. In der Regel werden die Daten bei Audio daher in irgendeiner Form interpoliert. Was dann dabei am Ende rauskommt, ist dann eine Frage des Interpol-Filters des Senders und später auch der Prozesskette des Empfängers.

Um da passiv zu sein, muss man das hochgesampelte Signal entsprechend konservativ filtern, also z.B. nicht mit einer Grenzfrequenz von z.B. 20kHz mit roll off bis 40kHz, was bei 96kHz möglich und sinnvoll wäre, sondern mit 16kHz bis 24kHz, wie es dem 48er Material entspricht. Damit werden Filterartefakte weitgehend verhindert und zugleich das Matarial nicht verschlechtert. Wenn man praktisch gar keine Artefakte haben will, könnte man auch 12kHz bis 18kHz fahren, was aber das Signal ein wenig verschlechtert.

Zwischenfazit: Beim Hochsampeln bekommt man als ersteinmal ein Problem und damit eventuell eine Klangverschlechterung.

Was ich beobachte:

Die Wandler heutiger DA-Chips sind mit umschaltbaren Filtern bestückt und haben bei 96kHz-Betrieb einen etwas erhöhten Frequenzbereich. Siehe oben! Da das hochgesampelte Material unweigerlich auch höhere Frequenzen beinhaltet, die zuvor nicht (so!) enthalten waren, gewinnt das Signal daher subjektiv an Brillianz und die kann man direkt höhren. Wenn das 96er Signal noch geschickt gefiltert und mit ->dither versehen wurde, darf der Filter im Wandler des Endgeräts auch noch mitsingen, was man indirekt hört.

Es verwunedert daher nicht, dass hochgesampeltes Material anders klingt. Das sind aber alles reine Artefakte die man da hört und überhaupt nichts, was direkt mit dem Audio zu tun hat. Man könnte das auch so machen, dass man das Material absichtlich hochsampelt und etwas mit Höhen anreichert, z.B. mit einem Exciter.

Und genau das machen wir z.B. mit alten Aufnahmen von Bändern, Cassetten und Schallplatten, die schon von Natur aus stark bandbegrenzt sind: Rauschen rausfilte ( damit sogar noch dumpfer machen) und dann einen Exciter drauf, der im Rythmus der Klänge hohe Oberwellen draufknallt, damit der Klang wieder spitzer wird. Und dann geht die Aufnahme aus den 70ern als "digially remastered" auf SACD in den Verkauf und alle freuen sich.

Um das Ganze abzurunden, einen Fall, wo sich das echt lohnt:

Es exisitieren vin vielen Klassikkonzerten alte TonBänder in hoher analoger Aufnahmequalität, von denen man früher nur Cassetten und Schallplatten in den Markt gebracht hatte. Beide Tonträger verlieren rasch an Güte. Wenn man nun hergeht, diese Originale sampelt, Gleichlaufschwankungen rausrechnet (Ich war vor knapp 20 Jahren einer der ersten, die das in Echtzeit gemacht haben) und dann daraus 96er Material in den Markt bringt, ist das ein echter Gewinn. Toppt die Orginalschallplatte locker und sogar auch die ersten 44er 16 Bit-CDs der späten 80er.
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Re: NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

Beitrag von Zweck0r »

Die Nupro wird eingehende Digitalsignale sowieso umrechnen, und zwar auf die Samplingrate/Bittiefe der DSP-Frequenzweiche. Ich würde ein bitgenaues Quellensignal einspeisen und darauf vertrauen, dass die Nupro auch beim Resampling alles richtig macht.

Jedes Resampling auf eine andere Rate als die des Nupro-DSP ist in der Theorie tatsächlich eine Verschlechterung, im Prinzip eine unnötige Umrechnung in zwei Schritten, wobei nach jedem Schritt gerundet wird. Ob das hörbar ist, ist eine andere Frage :wink:
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Weyoun
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Re: NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

Beitrag von Weyoun »

engineer hat geschrieben:
Weyoun hat geschrieben:Das interne Upsampling oder gar Multi-Upsampling (mehr als Faktor 10) in AVRs oder CD-, SACD, oder BD-Playern ist nur dazu da, evtl. Rauschen und andere, systembedingte Störgeräusche in nichthörbare (höhere) Frequenzbereiche zu verschieben (Transformation).
Wie meinst Du das? Beim upsampeln wird zunächst mal nichts verschoben oder transformiert. (?)
Hast schon recht. Ich habe das eher auf z.B. DSD bezogen, wo mit dem zigfachen der Standard-Abtastfrequenz gearbeitet wird, um das Rauschen in Bereiche > 20 kHz zu verschieben.
engineer hat geschrieben:
Weyoun hat geschrieben: Mehr Sinn macht dann schon internes Upsampling bezogen auf die Bittiefe und nicht auf die Abtastfrequenz:
Das sollte man aber besser nicht upsampeln nennen.
Gibt es dafür überhaupt ein Wort? Bit-Upsampling? :wink:
engineer hat geschrieben:Meine Erfahrungen dazu: Es kann durchaus Sinn machen, einem Endgerät eine höhere Datenrate zuzuführen und zwar dann, wenn es die Daten prozessieren soll ...
Genau das schrieb ich doch! Zum Beispiel bei mathematisch aufwendigen Faltungsalgorithmen von Einmess-Systemen oder bei diversen Sound-DSPs benötigt man intern genauere Werte. Allerdings reicht es dazu aus, die "Datenrate", wie du sie nennst, duch eine höhere Bittiefe zu erhöhen und nicht durch eine höhere Samplingrate. Zumal heute alle gängigen µC 32 Bit lange Register haben. Somit ist der reine Rechenaufwand von 16 Bit bis 32 identisch. Wir leben ja nicht mehr im "Mittelalter", als aufgrund von "Registermangel" zwei 16 Bit-Werte per komplizierten Schiebe-Befehlen in ein Register geschrieben werden mussten. :wink:
engineer hat geschrieben:Zwischenfazit: Beim Hochsampeln bekommt man als ersteinmal ein Problem und damit eventuell eine Klangverschlechterung.

Was ich beobachte:

Die Wandler heutiger DA-Chips sind mit umschaltbaren Filtern bestückt und haben bei 96kHz-Betrieb einen etwas erhöhten Frequenzbereich. Siehe oben! Da das hochgesampelte Material unweigerlich auch höhere Frequenzen beinhaltet, die zuvor nicht (so!) enthalten waren, gewinnt das Signal daher subjektiv an Brillianz und die kann man direkt höhren. Wenn das 96er Signal noch geschickt gefiltert und mit ->dither versehen wurde, darf der Filter im Wandler des Endgeräts auch noch mitsingen, was man indirekt hört.
Also hört man u.U. "Geister-Töne", wenn das Upsampling nicht hochwertig genug stattfindet. Noch ein Grund mehr, sowas sein zu lassen.
engineer hat geschrieben:Um das Ganze abzurunden, einen Fall, wo sich das echt lohnt:

Es exisitieren vin vielen Klassikkonzerten alte TonBänder in hoher analoger Aufnahmequalität, von denen man früher nur Cassetten und Schallplatten in den Markt gebracht hatte. Beide Tonträger verlieren rasch an Güte. Wenn man nun hergeht, diese Originale sampelt, Gleichlaufschwankungen rausrechnet (Ich war vor knapp 20 Jahren einer der ersten, die das in Echtzeit gemacht haben) und dann daraus 96er Material in den Markt bringt, ist das ein echter Gewinn. Toppt die Orginalschallplatte locker und sogar auch die ersten 44er 16 Bit-CDs der späten 80er.
Heißt das, diese "Geister-Töne" wirken in diesem konkreten Fall nicht störend, sondern bereichernd? Fällt mir gerade schwer, sich vorzustellen, dass es bei alten Bändern als Master (die bereits an Brillanz verloren haben) guten klingen soll, aber im allgemeinen eher schlecht. 8O
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Re: NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

Beitrag von Virtualizer »

engineer hat geschrieben:Meine Erfahrungen dazu: Es kann durchaus Sinn machen, einem Endgerät eine höhere Datenrate zuzuführen und zwar dann, wenn es die Daten prozessieren soll ...
Oder es wird eben eine bestimmte Samplerate vom jeweiligen DSP Filter vorausgesetzt. D.h. in bestimmten Szenarien findet wohl so oder so ein Up- oder Downsampling statt.
Das wird in manchen DAC Chips wohl direkt im Chip umgesetzt, wobei die eher für rudimentäre Funktionen gedacht sind. Da so gut wie kein Hersteller genauere Details der Umsetzung preisgibt, ist es schwierig hier konkrete Aussagen über das Ergebnis treffen zu können ohne jemals reingehört zu haben.

Ich habe z.B. noch einen DSP Filter vorgeschaltet der bis max. 192kHz Samplerate arbeitet. Und da höre ich sehr große Unterschiede ob ich natives 44.1kHz zuspiele oder eben vorher noch hochsample. Vor allem im Bassbereich habe ich das Gefühl dass bei höheren Sampleraten die Auflösung im Bassbereich um ca. 100% größer ist. Könnte aber auch noch mit dem ADC der nuPro zusammenhängen da ich analog zur nuPro gehe.
In allen Fällen, also egal welche Samplerate, wird das Signal in 32bit Tiefe an den DSP weitergegeben.
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Re: NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

Beitrag von engineer »

Weyoun hat geschrieben:Gibt es dafür überhaupt ein Wort? Bit-Upsampling?
Üblichweise "Hochskalierung".
Weyoun hat geschrieben:... höhere Bittiefe zu erhöhen und nicht durch eine höhere Samplingrate. Zumal heute alle gängigen µC 32 Bit lange Register haben.
Ich gehe jetzt mal davon aus, dass alles Prozessoren so funktionieren, wie sie funktionieren und richtig gebaut sind - unbenommen des Umstandes, dass man heute weniger Kompromisse an die Rechengenauigkeit machen muss. Von daher wäre die Frage der TE so umzudeuten, ob ein Hochskalieren etwas bringt, bevor man es einem Gerät zuführt. Die Antwort wäre definitiv nein. Ob ein Upsampeln etwas bringt, hängt davon ab, wie die technische Behandlung der Daten erfolgt. Wenn z.B. dithering verwendet wird, um das unterste Bit zu erhalten, bringt ein höherer Takt theoretisch Vorteile.
Weyoun hat geschrieben: aufgrund von "Registermangel" zwei 16 Bit-Werte per komplizierten Schiebe-Befehlen in ein Register geschrieben werden mussten
Das sehe ich als losgelöstes Thema, nämlich wie gut und genau der Entwickler rechnen lässt. Das ist in der Tat ein Kompromiss zwischen erreichbarer Genauigkeit und Kosten, bzw prozessierbarer Kanäle. Klar ist, dass eine höhere Auflösung die Genauigkeit erhöht. Da reichen allerdings 32 bit so oder so nicht aus. Bei einem FIR-Filter z.B. braucht man je nach Frequenz für die Koeffizienten bis zu einem Faktor 10 mehr Auflösung, als für die Daten, um keine Fehler zu machen. Das wären z.B. für 24 Bit-Daten schon 28 Bit. Das Rechenergebnis hätte zwischenzeitlich 52 Bit. Von daher kann man bei 64-Bit Systemen davon ausgehen, daß sie keine Kompromisse mehr machen müssen.
Weyoun hat geschrieben: Also hört man u.U. "Geister-Töne", wenn das Upsampling nicht hochwertig genug stattfindet.?
"Geisterton" ist vielleicht gar nicht so schlecht. :-) Es sind halt Geisterfrequenzen, also Tonanteile. Und es sind nicht nur Oberwellen, sondern auch die an den Filtern entstehenden Schwebungsfrequenzen im tieferen Bereich. Sie sind halt anteilsmässig klein. Wenn man einen Sinus hochskaliert und ausmisst, ist das am Deutlichsten. Richtig hochwertig wird ein upsampeln damit nur, wenn die Filtertiefe hoch genug ist, also "viele Samples angschaut werden". Damit ist offline upsampling beliebig gut zu machen, Echtzeit-upsampling begrenzt.

Ich benutze in meiner Workstation z.B. einen FPGA-Resampler mit 24x32 Bit-Multiplikationen und 8192 TAPs. Das sind auch bei 192kHz noch 40ms - überdeckt also eine 50Hz Welle. Die Genauigkeit sind besser 100dB.
Weyoun hat geschrieben:Heißt das, diese "Geister-Töne" wirken in diesem konkreten Fall nicht störend, sondern bereichernd?
Es sind zwei Effekte:

1) Das erhöhte Samplen und Korrigieren ermöglicht, die noch vorhandene Qualität der Bänder zu nutzen und sie entsprechend rauszubringen. Besser, als es auf den ersten Tonträgern war. Eine klare objektive Verbesserung.

2) Generell wirken hohe Obertöne "klangbereichernd" und deutlicher. Das wird von Vielen subjektiv als "besser" empfunden. Das ist ein sehr wichtiger Umstand, der z.B: dazu führt, dass objektiv bessere Lautsprecher mit besseren Hochtönern, minimal dumpfer klingen und schlechter bewertet werden.
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Re: NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

Beitrag von Weyoun »

engineer hat geschrieben:Das sehe ich als losgelöstes Thema, nämlich wie gut und genau der Entwickler rechnen lässt. Das ist in der Tat ein Kompromiss zwischen erreichbarer Genauigkeit und Kosten, bzw prozessierbarer Kanäle. Klar ist, dass eine höhere Auflösung die Genauigkeit erhöht. Da reichen allerdings 32 bit so oder so nicht aus. Bei einem FIR-Filter z.B. braucht man je nach Frequenz für die Koeffizienten bis zu einem Faktor 10 mehr Auflösung, als für die Daten, um keine Fehler zu machen. Das wären z.B. für 24 Bit-Daten schon 28 Bit. Das Rechenergebnis hätte zwischenzeitlich 52 Bit. Von daher kann man bei 64-Bit Systemen davon ausgehen, daß sie keine Kompromisse mehr machen müssen.
Erklär mir mal bitte, wozu man 52 Bit Datentiefe benötigt!
Bei 24 Bit Ausgangsmaterial und Faktor 10 (max. 4 weitere Bits) für evtl. Rundunsfehler bei komplizierten Faltungs-Operationen und anderen Rechenoperationen innerhalb der Digitalfilter, komme ich auf insgesamt 28 Bit. Wieso hälst du nun beide Werte (die unveränderten 24 Bit und die berechneteten 28 Bit beide separat getrennt im Speicher vor? Wozu benötigt man die "unbearbeiteten" 24 Bit denn noch nach den Filterungen und anderen Berechnungen?
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Re: NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

Beitrag von engineer »

Für die Multiplikation eines Faktors auf diie Daten, wie in meinem FIR-Beispiel oder bei der Skalierung von Lautstärke. Du kannst schlecht ein 24 Bit-Signal mit nur 16 Bit modulieren, ohne Qualität zu verlieren. Im Filterbeispiel wären 24 Bit Eingang x 28 Bit Faktor die besagten 52. Wenn man es richtig sauber machen will, müsste man die 52 Bit breiten Zwischenergebnisse in voller Wortbreite aufakumulieren. Bei 1024 TAPs sind das weitere 10 Bit (theoretisch), Bei Signalverabeitung wie Ultraschall und Radar, wo man viel im Rauschen misst und kleine Signale erkennen will, macht man das auch so. Auch beim CUDA-Prozessing machen wir das so - dann einfach mit 64 Bit. MATLAB bietet in der Grundversion leider nur einen INT-Datenvektor mit 56 Bit an und da gibt es immer Ärger.

Vereinfacht benutzt man allerdings beim einigermassen gut ausgesteuerten Audio eher 24x24. In einigen Digitalpulten wird dazu konkret ein 48Bit-Format für die Zwischenergebnisse verwendet, insbesondere in den DSP-Systemen der 56xxx-Serie findet sich das, denn die hatten nämlich 24 Bit Wortbreite und da bot sich das direkt an. Beim Aufsummieren kann man die Zwischenergebnisse dann auch gut und gerne auf 36 Bit runternehmen. Reichte dann wieder für 4096 TAPs. Allerdings kommen selten so genaue Filter zum Einsatz, eben wegen des Aufwandes.
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Re: NuPro & Upsampling - Eure Erfahrungen

Beitrag von Noggli »

Danke für eure zahlreichen Antworten! Ich glaube, im deutschsprachigen Raum handelt es sich hierbei um die umfangreichste Abhandlung des Themas :D Ich lasse das Upsampling nun aus – der Klangtreue wegen :)
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