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Schlangenöl

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  1. Schlangenöl

    Autor: /mecki78 17.10.22 - 12:25

    Ich bin sofort bereit mit jedem um 200 Euro zu wetten, dass er in einem Doppelblindtest nicht den Unterschied zwischen 24/96 und 16/44,1 erkennen kann.

    Denn die die Samplingfrequenz wirkt sich nur auf die den reproduzierbaren Frequenzbereich aus und 44,1 kann bis 22,05 kHz reproduzieren; kein Mensch kann höhere Frequenzen wahrnehmen.

    Und die Bitanzahl wirkt sich nur auf den Rauschabstand aus. Und dieser liegt bei 16 Bit um die 93 dB und schon ab 60 dB können die allermeisten Rauschen nicht mehr wahrnehmen und dB ist logarithmisch (90 dB ist nicht 50% höher als 60 dB, sondern ca. 31 mal höher).

    Viele Menschen denken, dass die Bitanzahl bestimmt, wie "stufig" die reproduzierten Frequenzkurven sind und dass die Frequenzen nahe der halben Samplingfrequenz ungenau wiedergegeben werden, aber das ist beides falsch und liegt daran dass die meisten Menschen keine Ahnung vom Nyquist-Shannon-Abtasttheorem haben und gar nicht wirklich verstehen, wie Sampling und Reproduktion von Musik funktioniert. Jeder der die gerade eben erwähnten Mythen glaubt, der soll sich mal dieses Video anschauen:

    https://www.youtube.com/watch?v=cIQ9IXSUzuM

    Hier werden beide Behauptungen mit einem analogen Oszilloskop in praktischen Versuchsaufbauten widerlegt. Wie man sehen kann, gibt es da keine Stufen, auch dann nicht, wenn man nur 8 Bit nutzt. Weniger Bits führe nur zu immer mehr Rauschen, aber die Kurven sind immer absolut glatt, auch wenn man da rein-zoomed sind da keine Stufen. Und wie man sieht wird eine Frequenz sehr nahe der halben Samplingfrequenz absolut perfekt wiedergegeben. Das dass der Fall ist, das ist schon rein theoretisch durch das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem bewiesen:

    https://de.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Shannon-Abtasttheorem

    Jede Frequenz unterhalb der halben Abstastfrequenz kann perfekt reproduziert werden. Der Denkfehler, der meisten Leute ist, dass sie denken, der DAC erzeugt das analoge Signal, dass dann so an den Verstärker geht, aber das stimmt nicht. Hinter dem DAC befindet sich immer ein Tiefpassfilter und es ist dieser Filter, der das Ausgangssignal erzeugt und das ist ein Analogfilter, da können also gar keine treppenartigen Stufen entstehen. Auch zwingt dieser Filter die DAC Ausgangsspannungen dazu immer eine Frequenz unterhalb der halben Abstastfrequenz zu erzeugen und das wiederum zwingt den Kurvenverlauf so durch die gesampelten Punkte, dass sie wieder genau so aussieht, wie sie vor dem Sampling aussah, selbst dann, wenn keines der Samplingpunkte jemals den Scheitelpunkt der Eingangskurve erfasst hat.


    Man beachte die mittleren beiden Kurven. Diese entsprechen exakt der halbe Samplingfrequenz, also 22,05 kHz bei 44,1 kHz Samplingfrequenz. Und wie man sieht, ist es egal, ob die beim Samplen immer dann gesampled wurde, als die am Scheitelpunkt war oder immer dann, wenn sie die Null-Achse durchlief, nach der Reproduktion sieht sie in beiden Fällen exakt gleich aus und geht im zweiten Fall eben nicht wie von Laien vermutet komplett verloren, denn auch das würde zu einer ungültigen Frequenz führen.

    Sampling funktioniert in Wahrheit durch zwei Tiefpassfilter, einer am Eingang (also dort wo aus analog digital wird) und einer am Ausgang (dort wo aus digital wieder analog wird), welche letztlich zwei Schwingkreise sind. Am Eingang versetzen die eingehenden analogen Signal den Schwingkreis in Schwingung und diese misst dann dann der ADC und am Ausgang versetzt der DAC den Schwingkreis in Schwingung, woraufhin dieser das Ausgangssignal erzeugt. Die Aufgabe von ADC und DAC ist es nicht das eigentliche Signal in Form von Samplewerten zu übertragen, wie auch fälschlicher Weise oft gedacht, sondern die Schwingungen der Tiefpassfilter zu erfassen und digital zu übertragen, denn schwingt der Filter am Ausgang genauso wie am Eingang, dann reproduziert er exakt wieder das gleiche Signal.

    Die PCM Sampledaten in einer WAV Datei beschreiben nicht direkt das analoge Signal, sie beschreiben wie der DAC den Schwingkreis im Tiefpassfilter Energie zuführen muss (Menge und Zeitabstände), damit dieser das korrekte analoge Signal erzeugt. Das Signal entsteht erst im Filter, nicht am DAC.

    Mehr als 16/44,1 macht nur in der digitalen Bearbeitung von Musik Sinn, nicht aber wenn es nur darum geht fertige Musik zum Hörer zu bringen. Mehr als 16 Bit macht ggf. dann Sinn, wenn man einen sehr großen Dynamikbereich abdecken muss und dabei die Lautstärke praktisch digital steuert. Das ist aber bei Musik nicht der Fall. Selbst für Klassik reicht der Dynamikumfang von 16 Bits aus. Wo er nicht ausreicht ist bei der Filmen, weil hier geht der Dynamikumfang von leisen Blätterrauschen im Wald über vorbeifahrende Autos bis hin zu Explosionen, die den Kinositz beben lassen. Da aber der Verstärker der Kinoanlage ja auf einen Konstanten Lautstärkewert eingestellt ist, muss man diese Lautstärkenunterschiede rein digital erzeugen und dafür braucht man mehr Bits, ansonsten geht das Blätterrauschen teilweise im Grundrauschen verloren bzw. der dynamischen Unterschied zwischen extrem leise und extrem laut wäre viel zu gering und würde nicht im Ansatz realistisch herüber kommen (das Blätterrauschen wäre viel zu laut oder die Explosion viel zu leise).

    Wichtig ist dabei noch zu verstehen, dass moderne ADC/DAC Chips bereits im Chip diese Tiefpassfilter verbaut haben, d.h. man sieht oft gar nichts von so einem Filter, aber dennoch ist so ein Filter immer vorhanden. Qualitativ besser ist allerdings ein externer Filter, denn hier geht es um analoge Komponenten und die haben einen gravierenden Einfluss auf die finale Klangqualität. Außerdem gibt es den Filter bei Stereo natürlich zweimal und Abweichungen in den Komponenten führen zu Abweichungen im Klangbild zwischen links und rechts. Auch kann ein DAC so einen Filter auf verschieden Arten mit Energie versorgen. Diese Unterschiede sind dafür verantwortlich, dass eben nicht alle CD Player gleich gut klingen, auch wenn deren digitale Teilstrecke natürlich keinen Einfluss auf die Klangqualität hat.

    /Mecki

  2. Re: Schlangenöl

    Autor: xPandamon 17.10.22 - 12:37

    Man hört den Unterschied, man muss es nur wollen. Sind eben eher filigrane Unterschiede, die sich beim Bass und den Höhen abspielen. Ohne die richtige Hardware merkt man da natürlich nix. Ich kann durch direkte Vergleiche sagen, solange es nicht unterschiedliche Master waren merkt man es teils recht deutlich ^^

  3. Re: Schlangenöl

    Autor: /mecki78 17.10.22 - 13:49

    xPandamon schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Man hört den Unterschied

    Meine 200 Euro stehen. Sag mir wann und wo und wir nutzten gerne dein Equipment.

    Und eine Trefferquote von 50% sagt gar nichts aus, weil das ist statisch nicht besser ist als geraten. Du musst also mehr im Bereich um die 90% liegen. Auch bekommst du nicht zwei Samples nacheinander vorgespielt, sondern es wird ein Lied gespielt und dabei wird zufällig aber ohne Unterbrechung zwischen 24/96 und 16/44,1 mehrfach hin und her geblendet und du musst sagen, wann dieser Wechsel erfolgt ist; denn wenn man den hören kann, dann müsste man ja genau jede dieser Stelle benennen können. Aber jeder nicht erkannte Wechsel ist genauso ein Fehler wie jedes mal, wenn du einen Wechsel erkannt zu haben glaubst und da war gar keiner. Gibt es also 10 Wechsel, dann musst du 8 bis 9 davon korrekt benennen, bzw. wenn du alle 10 korrekt benennst, dann darfst du auch 1-2 weitere Wechsel vermeintlich erkannt haben, die es gar nicht gab.

    Wenn du das schaffst, dann schreibst du Geschichte, denn das hat noch nie ein Mensch geschafft.

    > man muss es nur wollen.

    Da wo es Unterschiede gibt, da nimmt man die auch wahr, auch dann wenn man es nicht will. Die Aussage ist so wie "Man verbrüht sich nur dann an kochenden Wasser, wenn man das auch will".

    > Sind eben eher filigrane Unterschiede,

    Da sind gar keine hörbaren Unterschiede. Da sind messbare Unterschiede, aber die liegen weit unterhalb von dem, was jemals ein menschliches Ohr hat erfassen können.

    Wichtig ist hierbei noch folgendes zu beachten:

    - Wenn Material in 24/96 vorliegt und auf 16/44,1 runtergerechnet wird und das aber schlecht gemacht wird, dann verfälscht das natürlich den Klang und dann ist da ein Unterschied, aber der wurde durch die schlechte Konvertierung hervorgerufen.

    - Wenn natürlich ein DAC in 24/96 besser arbeitet als in 16/44,1, dann kann sich ein Unterschied ergeben, aber der ist dann mangelnder DAC Qualität geschuldet. Ein guter DAC liefert immer gleich gute Qualität ab für jede Bitrate und Bittiefe.

    - Wenn der DAC einen schlechten (billigen) Tiefpassfilter verwendet, oder einen der zu spät einsetzt oder nicht steil genug verläuft, dann kann es zu Aliasing kommen, dabei können Frequenzen entsteht, die es im Ausgangssignal gar nicht gab. Das Problem tritt dann bei 44,1 schon ab 22,05 auf, aber bei 96 erst bei 48 und daher seltener und oft mit Frequenzen, die auch danach nicht hörbar sind.

    In allen drei Fällen liegt das Problem dann aber nicht am Format an sich, sondern daran, wie dieser erstellt oder wie dieses reproduziert wurde. Wenn ich einen schlechten E-Motor mit einen guten Verbrenner vergleiche, dann kann der Verbrenner besser abschneiden, aber das heißt nicht, das E-Motoren grundsätzlich schlechter sind, denn das Problem ist nicht das Konzept des E-Motors an sich, das dann versagt hat.

    /Mecki

  4. Re: Schlangenöl

    Autor: xPandamon 17.10.22 - 13:57

    Im Blindtest wird man den Unterschied nicht immer merken. Ich will auch nicht so tun als sei es eine Offenbarung. Bei mir Zuhause steckt ne gute Soundkarte im Rechner, am Handy ein Hifi Dongle, ich hab Overears, IEM und Onears. Ohne das richtige Setup merk auch ich nicht viel. Aber die Unterschiede sind da, mehr sollte ich damit auch nicht sagen 🤭

  5. Re: Schlangenöl

    Autor: dura 17.10.22 - 14:43

    /mecki78 schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > liegen. Auch bekommst du nicht zwei Samples nacheinander vorgespielt,
    > sondern es wird ein Lied gespielt und dabei wird zufällig aber ohne
    > Unterbrechung zwischen 24/96 und 16/44,1 mehrfach hin und her geblendet und
    > du musst sagen, wann dieser Wechsel erfolgt ist; denn wenn man den hören
    > kann, dann müsste man ja genau jede dieser Stelle benennen können. Aber

    Hahaha!
    Okay, im Eingangsbeitrag hab ich dich noch ernst genommen, aber das ist natürlich lachhaft.
    Nur weil ein unterschied generell hörbar ist, muss das nicht jeder Sekunde, jedem Abschnitt merkbar sein. Wenn man die richtigen Songs und Parts daraus nimmt kannst du die Qualität noch viel weiter runterdrehen und man hört keinen Unterschied, zack niemand braucht was besseres. Oder bei Stille keinen Unterschied erkannt? Na, dann reicht die Qualität wohl.

    An welchen Punkten das liegt, Samplerate, Abtastgröße, Bitrate des Codes, keine Ahnung, aber zwischen Spotify (höchste Qualität) und einer CD höre ich oft genug einen massiven Unterschied.

  6. Re: Schlangenöl

    Autor: Mel 17.10.22 - 15:27

    /mecki78 schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Ich bin sofort bereit mit jedem um 200 Euro zu wetten, dass er in einem
    > Doppelblindtest nicht den Unterschied zwischen 24/96 und 16/44,1 erkennen
    > kann.
    >
    > Denn die die Samplingfrequenz wirkt sich nur auf die den reproduzierbaren
    > Frequenzbereich aus und 44,1 kann bis 22,05 kHz reproduzieren; kein Mensch
    > kann höhere Frequenzen wahrnehmen.
    >
    > Und die Bitanzahl wirkt sich nur auf den Rauschabstand aus. Und dieser
    > liegt bei 16 Bit um die 93 dB und schon ab 60 dB können die allermeisten
    > Rauschen nicht mehr wahrnehmen und dB ist logarithmisch (90 dB ist nicht
    > 50% höher als 60 dB, sondern ca. 31 mal höher).
    >
    > Viele Menschen denken, dass die Bitanzahl bestimmt, wie "stufig" die
    > reproduzierten Frequenzkurven sind und dass die Frequenzen nahe der halben
    > Samplingfrequenz ungenau wiedergegeben werden, aber das ist beides falsch
    > und liegt daran dass die meisten Menschen keine Ahnung vom
    > Nyquist-Shannon-Abtasttheorem haben und gar nicht wirklich verstehen, wie
    > Sampling und Reproduktion von Musik funktioniert. Jeder der die gerade eben
    > erwähnten Mythen glaubt, der soll sich mal dieses Video anschauen:
    >
    > www.youtube.com
    >
    > Hier werden beide Behauptungen mit einem analogen Oszilloskop in
    > praktischen Versuchsaufbauten widerlegt. Wie man sehen kann, gibt es da
    > keine Stufen, auch dann nicht, wenn man nur 8 Bit nutzt. Weniger Bits führe
    > nur zu immer mehr Rauschen, aber die Kurven sind immer absolut glatt, auch
    > wenn man da rein-zoomed sind da keine Stufen. Und wie man sieht wird eine
    > Frequenz sehr nahe der halben Samplingfrequenz absolut perfekt
    > wiedergegeben. Das dass der Fall ist, das ist schon rein theoretisch durch
    > das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem bewiesen:
    >
    > de.wikipedia.org
    >
    > Jede Frequenz unterhalb der halben Abstastfrequenz kann perfekt
    > reproduziert werden. Der Denkfehler, der meisten Leute ist, dass sie
    > denken, der DAC erzeugt das analoge Signal, dass dann so an den Verstärker
    > geht, aber das stimmt nicht. Hinter dem DAC befindet sich immer ein
    > Tiefpassfilter und es ist dieser Filter, der das Ausgangssignal erzeugt und
    > das ist ein Analogfilter, da können also gar keine treppenartigen Stufen
    > entstehen. Auch zwingt dieser Filter die DAC Ausgangsspannungen dazu immer
    > eine Frequenz unterhalb der halben Abstastfrequenz zu erzeugen und das
    > wiederum zwingt den Kurvenverlauf so durch die gesampelten Punkte, dass sie
    > wieder genau so aussieht, wie sie vor dem Sampling aussah, selbst dann,
    > wenn keines der Samplingpunkte jemals den Scheitelpunkt der Eingangskurve
    > erfasst hat.
    >
    > www.dgp.toronto.edu
    > Man beachte die mittleren beiden Kurven. Diese entsprechen exakt der halbe
    > Samplingfrequenz, also 22,05 kHz bei 44,1 kHz Samplingfrequenz. Und wie man
    > sieht, ist es egal, ob die beim Samplen immer dann gesampled wurde, als die
    > am Scheitelpunkt war oder immer dann, wenn sie die Null-Achse durchlief,
    > nach der Reproduktion sieht sie in beiden Fällen exakt gleich aus und geht
    > im zweiten Fall eben nicht wie von Laien vermutet komplett verloren, denn
    > auch das würde zu einer ungültigen Frequenz führen.
    >
    > Sampling funktioniert in Wahrheit durch zwei Tiefpassfilter, einer am
    > Eingang (also dort wo aus analog digital wird) und einer am Ausgang (dort
    > wo aus digital wieder analog wird), welche letztlich zwei Schwingkreise
    > sind. Am Eingang versetzen die eingehenden analogen Signal den Schwingkreis
    > in Schwingung und diese misst dann dann der ADC und am Ausgang versetzt der
    > DAC den Schwingkreis in Schwingung, woraufhin dieser das Ausgangssignal
    > erzeugt. Die Aufgabe von ADC und DAC ist es nicht das eigentliche Signal in
    > Form von Samplewerten zu übertragen, wie auch fälschlicher Weise oft
    > gedacht, sondern die Schwingungen der Tiefpassfilter zu erfassen und
    > digital zu übertragen, denn schwingt der Filter am Ausgang genauso wie am
    > Eingang, dann reproduziert er exakt wieder das gleiche Signal.
    >
    > Die PCM Sampledaten in einer WAV Datei beschreiben nicht direkt das analoge
    > Signal, sie beschreiben wie der DAC den Schwingkreis im Tiefpassfilter
    > Energie zuführen muss (Menge und Zeitabstände), damit dieser das korrekte
    > analoge Signal erzeugt. Das Signal entsteht erst im Filter, nicht am DAC.
    >
    > Mehr als 16/44,1 macht nur in der digitalen Bearbeitung von Musik Sinn,
    > nicht aber wenn es nur darum geht fertige Musik zum Hörer zu bringen. Mehr
    > als 16 Bit macht ggf. dann Sinn, wenn man einen sehr großen Dynamikbereich
    > abdecken muss und dabei die Lautstärke praktisch digital steuert. Das ist
    > aber bei Musik nicht der Fall. Selbst für Klassik reicht der Dynamikumfang
    > von 16 Bits aus. Wo er nicht ausreicht ist bei der Filmen, weil hier geht
    > der Dynamikumfang von leisen Blätterrauschen im Wald über vorbeifahrende
    > Autos bis hin zu Explosionen, die den Kinositz beben lassen. Da aber der
    > Verstärker der Kinoanlage ja auf einen Konstanten Lautstärkewert
    > eingestellt ist, muss man diese Lautstärkenunterschiede rein digital
    > erzeugen und dafür braucht man mehr Bits, ansonsten geht das
    > Blätterrauschen teilweise im Grundrauschen verloren bzw. der dynamischen
    > Unterschied zwischen extrem leise und extrem laut wäre viel zu gering und
    > würde nicht im Ansatz realistisch herüber kommen (das Blätterrauschen wäre
    > viel zu laut oder die Explosion viel zu leise).
    >
    > Wichtig ist dabei noch zu verstehen, dass moderne ADC/DAC Chips bereits im
    > Chip diese Tiefpassfilter verbaut haben, d.h. man sieht oft gar nichts von
    > so einem Filter, aber dennoch ist so ein Filter immer vorhanden. Qualitativ
    > besser ist allerdings ein externer Filter, denn hier geht es um analoge
    > Komponenten und die haben einen gravierenden Einfluss auf die finale
    > Klangqualität. Außerdem gibt es den Filter bei Stereo natürlich zweimal und
    > Abweichungen in den Komponenten führen zu Abweichungen im Klangbild
    > zwischen links und rechts. Auch kann ein DAC so einen Filter auf
    > verschieden Arten mit Energie versorgen. Diese Unterschiede sind dafür
    > verantwortlich, dass eben nicht alle CD Player gleich gut klingen, auch
    > wenn deren digitale Teilstrecke natürlich keinen Einfluss auf die
    > Klangqualität hat.

    Also wenn du den Text jetzt spontan geschrieben hast bekommst du ein Plus von mir ;-)

  7. Re: Schlangenöl

    Autor: /mecki78 18.10.22 - 15:42

    Mel schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Also wenn du den Text jetzt spontan geschrieben hast bekommst du ein Plus
    > von mir ;-)

    Den hab ich in der Tat spontan geschrieben. Die externen Quellverweise musste ich natürlich vorab erst mal suchen (Google Bildersuche und YouTube) und konnte dann erst den Text dazu schreiben (der musste der ja zum zufällig gefundenen Bild passen und dass es das YouTube Video gibt war mir bekannt, aber ich hatte da keinen Link zu und wusste auch nicht mehr wie das hieß).

    Ich wusste allerdings schon vorher, was in etwa ich schreiben will. Denn das ist nicht der erste Text dieser Art, den ich zu diesen Thema verfasst habe; aber ich habe halt auch keine Links auf frühere Beiträge von mir, daher musste ich den komplett neu schreiben.

    Ich bin selber früher auf diese falschen Annahmen reingefallen, bis ich mich mal detailliert mit der Theorie hinter der digitalen Musikreproduktion befasst hatte. Ich hatte sogar selber mal einen DAC für den Parallport gebaut (das geht rein mit Widerständen) und der klang immer irgendwie viel zu schlecht, weil mir niemand gesagt hatte, dass ich da einen Tiefpassfilter dahinter bauen muss, da der sonst nicht korrekt das Signal reproduziert. Ohne den Tiefpassfilter kann das Signal in der Tat stufig werden und die Reproduktion von Frequenzen wird dann umso schlechter, je näher man sich der halben Samplingfrequenz nähert.

    Mit einem Tiefpassfilter dahinter klingt es dann aber sofort um Welten besser, dabei könnte man meinen, den braucht es nicht; der filtert ja eigentlich nur Frequenzen, die gar nicht vorkommen können, weil sie oberhalb von dem Bereich liegen, den der ADC hat erfassen können, also warum sollte man den brauchen? Aber die Theorie von Nyquist und Shannon, auf der heute die digitale Musikreproduktion im Konsumerbreich weltweit basiert, funktioniert eben nicht ohne diesen Filter, denn der sorgt erst für die eigentliche Reproduktion des Signals.

    Denn ohne Filter könnten verschiedene Frequenzen zu den gleichen Samplewerten geführt haben, aber mit Filter bleibt nur eine Frequenz übrig, die durch den Filter durchkommt und die zu diesen Werten geführt haben kann und das ist genau die, die auch am Eingang in dem Moment an lag. Faktisch liefert also der DAC einen Wust an möglichen Lösungen für ein mathematisches Problem und der Tiefpassfilter pickt sich die eine korrekte Lösung aus diesem Wust raus und nur die lässt er durch und das ist das, wovon die meisten Leute nichts wissen oder was die meisten Leute übersehen bei ihren Annahmen, wie ein DAC Musik reproduziert.

    /Mecki

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