Digitale Lautstärkeregelung - besser als ihr Ruf?

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cay-uwe
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Digitale Lautstärkeregelung - besser als ihr Ruf?

Beitrag von cay-uwe »

Schon seit sehr langer Zeit beschäftigt mich das Thema der digitalen Lautstärkeregelung oder Lautstärkesteller.

Immer wieder liest man, dass diese Methoden der Lautstärkestellung mit Klangeinbussen verknüft ist und selbst namhafte Hersteller von DACs oder digitalen Quellen wie CD-Player, etc. lassen den Benutzer etwas in Ungewissen bezüglicher dieser Tatsache.

Für mich als Minimallist - ich bevorzuge wenig Komponenten in der HiFi Kette - ist es wichtig zu wissen, ob z.B. mein CD-Player mit regelbaren Ausgängen tatsächlich bei unterschiedlichen Lautstärken Klangunterschiede ausweist.

In der Vergangenheit, war das weniger relevant, da die Lautstärke analog eingestellt wurde und man dieser Technik keine Verluste nachsagt. Im Prinzip nichts anderes als das was Vor- oder Vollverstärker machen. So war z.B. in mein Yamaha CD-2000 mit solchen Ausgängen versehen. Über Motor wurde die Lautstärke eingestellt. Schon damals las man in der Fachpresse, dass die regelbaren Ausgänge gegenüber den fixen Ausgängen "schlechtere" Klangqualität lieferten. Für mich etwas verwunderlich, denn wenn man sich die Schaltpläne genauer angeschaut hat, waren die "Fixen" und "Variablen" schalt-technisch identisch, nur mit dem Unterschied, dass die einen eine fixe Verstärkung besaßen, die anderen eine variable ...

Mein McIntosh MCD-7007 und mein aktueller MCD-201 sind ähnlich aufgebaut, wobei der Poti durch ein integrierten Baustein ersetzt wurde. Vereinfacht gesagt, ein Halbleiter Poti. Auch diesen CD-Playern wurden Klangunterschiede je nach Ausgang nachgesagt. Rein theoretisch wäre das möglich, weil die Ausgangsstufen durch die integrierte Schaltung etwas unterschiedlich ausfällt. Trotzdem, einmal ausgepegelt war es für mich schwer Unterschiede auszumachen ...

Vor einiger Zeit habe ich mir für unsere Zweitanlage einen 0815 CD-Player, den Yamaha CDX-397 MKII, gekauft. Dieser CD-Player besitzt im hohen Maße integrierte Schaltungen, wobei der DAC alles andere übertrifft, was ich bis jetzt in einen CD-Player gefunden habe. Da ist nämlich eine integrierte Schaltung vorhanden, die DAC, digital Filter und Lautstärkeregelung in einem ist. Nachdem das Signal diesen Baustein passiert, wird das analoge Signal durch eine diskret aufgebaute Ausgangsstufe verstärkt und somit muss sie in der Lage sein niederohmiger Lasten gut zu betreiben. Das hat mich doch sehr überrascht. Das macht nicht mal mein McIntosh MCD-201, der für die Verstärkung einfache Operationsverstärker nutzt.

Laut Beschreibung wird die Lautstärke beim Yamaha CDX-397-MKII digital eingestellt. Persönlich muss ich sagen, dass in dem Bereich der Definition und technischen Realisierung dieser Regelung, es wohl Diskrepanzen gibt, was nun "Digitale Lautstärkeregelung" bedeutet. Streng genommen sollte es sich um eine Pegeländerung handeln, die das digitale Signal rechnerisch in ihren Pegel variiert. Dieser Methode wird Klangminderung nachgesagt, denn beim berechnen der Pegel können tatsächlich Ungenauigkeiten auftreten, die das Signal verfälschen.

Beschäftigt man sich intensiver mit "Digitaler Lautstärkeregelung", dann wird man feststellen, dass damit auch die Möglichkeit gemeint ist, dass man die "Halbleiter Potis", so wie ich sie genannt habe, über einen Spannungs- oder Stromwert einstellt. Diese Einstellungen können natürlich auch digital dargestellt werden. In so eine Fall, ist streng genommen die Lautstärkeeinstellung analog und somit dürfen rein theoretisch keine Klangverfälschungen auftreten.

Dem Ganzen bin ich messtechnisch nachgegangen und habe mir meinen Yamaha CDX-397 MKII vorgenommen. Dabei habe ich die AUDIO CD "Stakkato 2" mit ihren hoch präzisen 1 kHz Signal ( laut AUDIO ) benutzt und Klirrmessungen am Ausgang des CD-Players vorgenommen. Dieses Signal ist mit Vollpegel ( 0 dB ) auf der CD enthalten, womit es ideal ist, um eine Lautstärkeregelung zu untersuchen. Um das Ganze realistisch zu machen, habe ich den Ausgang des Yamaha CDX-397 MKII mit einen Lastwiderstand von 10kOhm beschaltet, da es vielen gängigen Eingangswiderständen von Vor- Endverstärkern entspricht. Das Signal habe ich dann abgespielt und mit ARTA eine Spektralanalyse durchgeführt, die mir gleichzeitig den Klirr misst und berechnet. Dabei habe ich die Lautstärke in 7 gröberen Stufen abgeschwächt. Zur Information der Yamaha CDX-397 MKII besitzt insgesamt 7 grobe Stufen, die jeweils noch in 5 feine unterteilt sind. Insgesamt hat man also 35 Stufen in der man die Lautstärke variieren kann.

Die Ergebnisse meiner Messungen waren:

Stellung 1, THD=0,13%
Stellung 2, THD=0,11%
Stellung 3, THD=0,13%
Stellung 4, THD=0,11%
Stellung 5, THD=0,15%
Stellung 6, THD=0,13%
Stellung 7, THD=0,18%

Stellung 1 ist 0 dB, während bei Stellung 7 der Pegel ca. -18dB gegenüber Stellung 1 abgeschwächt ist.

Der Klirr scheint auf den ersten Blick etwas haoch, aber es muss berücksichtigt werden, dass ich kein Laboraufbau durchgeführt habe. Das ist sehr gut an folgenden Spektralanalysen zu sehen, die die Stellung 1 und Stellung 7 zeigen.

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Die obere Kurve ist Stellung 1, die Untere Stellung 7. Deutlich zu sehen ist, dass die Kurve bei Stellung 7 mehr Störsignale enthält. Diese sind nicht der Regelung zurückzuführen, sondern es handelt sich dabei um äußere Einflüsse. Das ist aber auch nicht so wichtig, sondern vielmehr ist gut zu erkennen, dass der Klirr im Prinzip gleich bleibt. Da alle Messungen unter gleichen Bedingung durchgeführt worden sind, kann man eindeutig daraus schließen, dass die Lautstärkeregelung des Yamaha CDX-397 MKII, keinen Einfluss auf die Klangqualität hat.
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wgh52
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Beitrag von wgh52 »

Hallo Cay-Uwe,

Danke für den interessanten Beitrag und die Arbeit die Du da reingesteckt hast, das sauber hinzubekommen.

Es gibt hier im Forum einige Mitglieder, die digitale Lautstärkeeinstellung erfolgreich nutzen und es gibt sogar einen (Ulli "modmix"), der in seinem DEQX DSP Gerät die digitale der auch per Umschaltung vorhandenen analogen vorzieht... Hier ist also durchaus Raum für Untersuchungen. Ich selbst habe eine geraume Zeit den digitalen Aussteuerungssteller meines MD Recorders, der dem Vernehmen nach mit 24 Bit rechnet, als Lautstärkesteller für meine Aktiv-LS benutzt; das ging verdächtig gut! ...trotz vorhandener Bedenken... An meinem DEQX will ich auch die digitale gegen die analoge Lautstärkeeinstellung testen, zuerst natürlich per Gehör, vielleicht dann auch per Acourate Messung.

Zum Thema Messung von "Klirrverhalten der Messkette" haben wir hier im Forum schonmal Klirrmessungen mit dem Acourate Logsweep Recorder gehabt, es gibt wohl sogar ein "Macro" dafür. Also für verschiedene Lautstärkeeinsteller könnte man durchaus auch breitbandige Klirrmessungen machen, Acourate ist hierfür ein gut brauchbares Analysetool.

Interessantes Thema, mal sehen was sich hier an technischen und hörmässigen Erfahrungen ansammelt.

Gruss,
Winfried

1811
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KSTR
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Beitrag von KSTR »

Hi Cay-Uwe,

ich besitze den CDX-496 und den CDX-596, beide verhalten sich mess- und hörtechnisch an sich unauffällig. Den 596 habe ich näher untersucht (nach einem gehörten "Verdachtsmoment") und mein Exemplar hat definitiv ein spezielles Problem mit Intersample-Overs, wie sie bei vielen CDs der frühen Loudness-War-Phase zustande kommen. Der digitale Pegelsteller befindet sich offensichtlich aber so früh im Pfad (auch SPDIF/TOSLINK gibt umgerechnetes Signal aus), dass ein Absenken des Pegels um eine Balkenstufe (wenige dB) die chaotischen Artifakte erfolgreich verhindert, bei mir. Die kommen von (Hardware-)Rechenfehlern ("Wrap-Around") im digitalen Teil noch auf dem Haupt-Chip, und sind zudem hier pseodo-zufällig moduliert, weil der 596 das 16-Signal mit vier Bits Pseudo-Rauschen auf 20 bit aufpumpt ("dithert"), vor dem Rechnen. Vor dem DAC von AnalogDevices (der auch digital pegeln könnte, was hier nicht verwendet wird) hängt noch ein I2S-ASIC von Yahama, der aber unbeteiligt ist (hab ihn testhalber überbrückt). Da hat der digitale Pegelsteller tatsächlich seinen Segen in der Anwendung, sonst wäre das Gerät sehr problematisch mit manchen lauten CDs... und man sieht hier schön die Tücken der Technik, auch YAMAHA kann mal in einen Messer laufen, was bei diesen betagten Geräten jedoch etwas verzeihlicher ist (mein 596 dürfte jetzt locker 10 Jahre alt sein).

Ob das auf den 396 (gar auf den neueren MkII) und 496 auch zutrifft, wäre noch zu prüfen (irgendwo hab ich die Testsignale noch, Oszi dran und sofort sieht man das Gemetzel ;) )

Grüße, Klaus
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cay-uwe
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Beitrag von cay-uwe »

Hi Klaus,

ich habe den CDX-397 MKII nicht genauer analysiert, sondern habe einfach Klirrmessungen gemacht um festzustellen, ob es irgendetwas auffälliges gibt. Ich behaupte mal nicht, denn wenn man den Klirr als Maßstab nimmt, dann ist das Verhalten recht ähnlich bei allen von mir gewählten Lautstärken.

Ob nun der CDX-397 MKII ein "aufpumpen" durchführt weiß ich nicht, und das wirft nun die nächsten Fragen auf:

1. Pumpt der CD-Player erstmal auf und rechnet dann runter ?
2. oder belässt er das digitale Signal und er All-In-One Chip besitzt einen "Halbleiterpoti", wie ich ihn beschrieben habe ?

Wie auch immer, ich vermute zweites, weil meine Messungen was das Klirrverhalten angeht sehr ähnlich ausfallen.
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KSTR
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Beitrag von KSTR »

Der 396 MkII scheint in wesentlichen Punkten neuer und damit wohl auch im Konzept abweichend zu sein zu meinem alten 596. Von daher ist alles möglich -- schlechter werden sie es kaum gemacht haben --, und ich denke im Rahmen der notwendigen Pegelabsenkungen beim praktischen Hören von mE weniger als 20dB, wenn alles zweckmäßig ausgepegelt ist, muss man sich heute mE recht wenig Gedanken machen, dass noch massive Audioschäden zustande kommen, selbst bei einer rein digitalen Pegelstellung.
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KSTR
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Beitrag von KSTR »

Nachtrag: Die Klirrmessungen erscheinen mir übrigens auffallend schlecht wie die Spektraldarstellung, wie ich mir das nochmal genauer ansehe... da stimmt wohl was nicht ganz am Setup (FFT/Windowing)...
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cay-uwe
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Beitrag von cay-uwe »

Klaus,

das stimmt und im AT Forum wurde ich darauf hingewiesen, dass meine Einstellung für die Messung nicht korrekt war. Ich habe die Messungen mit entsprechender Einstellung von ARTA wiederholt.

Ich habe folgende Einstellungen gewählt und hoffe sie sind ausreichend für eine Aussage:

Gen: External
FS: 44.1 kHz ( damit es mit dem CD-Player übereinstimmt )
FFT: 32768
WND: Kaiser5 ( wie von ARTA empfohlen )
Avg: Linear

Demnach ergaben die Messungen folgendes Bild:

Stellung 1, THD=0,011%
Stellung 2, THD=0,045%
Stellung 3, THD=0,062%
Stellung 4, THD=0,071%
Stellung 5, THD=0,083%
Stellung 6, THD=0,110%
Stellung 7, THD=0,190%

Das sieht plausibler aus und deckt sich mit den Datenblättern von dem Chip. So wie ich das sehen kann handelt sich es bei der Lautstärkeregelung um ein rechnerisches Verfahren vor dem DAC, also "echt" digital. Nichts desto trotz, rein aus Klirrverhaltensicht, kann kann sich das Ergebnis sehen lassen.

Als Beispiel habe ich die Spektralanalyse mit den gewählten Parametern für die Stellung 7 als Bildmessung hinzugefügt.

Bild

An diesen Bild sind die einzelnen Oberwellen besser zu erkennen .

Danke nochmals
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Alex8529
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Beitrag von Alex8529 »

Guten Tag Cay-Uwe,

ich wiederhole mich ja ungern, aber hier doch nochmal

http://aktives-hoeren.de/viewtopic.php?p=28700

Das ist natürlich alles ein bisschen aufwendiger.

Schönen Tach noch

Frank
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cay-uwe
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Beitrag von cay-uwe »

Frank,

kein Problem, mir ging es hier nicht dabei die Diskussion neu zu starten, sondern vielmehr erste Erkenntnisse mit einfachen mitteln auf die Spur zu kommen. Ich muss auch sagen, dass dies nicht ein Gebiet ist, in dem ich tief eingestiegen bin.

Nachdem ich das hier schon mal gestartet habe, dachte ich mir mache ich die Messungen auch an meinen McIntosh MCD-201.

Wie beschrieben, regelt der Yamaha CDX-397 MKII, die Lautstärke digital durch eine Berechnung vor dem DAC. Im Prinzip kann man aufgrund der Messungen sagen, dass das was dem Verfahren nachgesagt wird, dass es ungenauer bei leisen Stellungen wird, zu sehen ist. Der Klirr nimmt zu, und auch die Oberwellenanteile, wie aus den vielen kleinen Peaks oberhalb von 1 kHz zu sehen ist.

Der McIntosh MCD-201 stellt die Lautstärke analog ein und zwar mit einem "Halbleiterpoti", wie ich es genannt habe. Da ich die CD-Player bereits ausgepegelt hatte, weiß ich, dass die maximale Lautstärke beim Yamaha in etwa die Lautstärke 80% beim McIntosh entspricht. Auch beim MCD-201 habe ich 7 unterschiedliche Lautstärken gemessen. Die Ergebnisse sehen wie folgt aus:

Vol 80%: THD=0,187%
Vol 70%: THD=0,159%
Vol 60%: THD=0,093%
Vol 50%: THD=0,060%
Vol 40%: THD=0,050%
Vol 30%: THD=0,043%
Vol 20%: THD=0,039%

Interessant zu sehen ist, dass sich der McIntosh MCD-201 ganz anders verhält, nämlich in umgekehrte Weise. Je lauter, desto höher wird der Klirr. Im Prinzip wie eine Endstufe auch, was typisch für eine analoge Regelung wäre.

Viel interessanter aber ist, wie der Klirr verteilt ist. Repräsentativ habe ich die Messung bei Vol 50% hier eingestellt, denn in dem Bereich höre ich am meisten.

Bild

Deutlich zu sehen ist, dass die Oberwellen weniger ausgeprägt ausfallen als beim Yamaha CDX-397 MKII. Ohne jetzt eine Diskussion entfachen zu wollen, ist das auch mein hörtechnisches Empfinden. Beide CD-Player machen ihre Arbeit gut, doch ich meine, dass der McIntosh MCD-201 seine Aufgabe ruhiger und ausgeglichener angeht.
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Alex8529
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Beitrag von Alex8529 »

cay-uwe hat geschrieben:Frank,

1) kein Problem, mir ging es hier nicht dabei die Diskussion neu zu starten, sondern vielmehr erste Erkenntnisse mit einfachen mitteln auf die Spur zu kommen.

2) Ich muss auch sagen, dass dies nicht ein Gebiet ist, in dem ich tief eingestiegen bin.
Cay-Uwe,

1) das ist ja das "gefährliche" daran.

All zu oft wird Heureka gerufen, weil gleich das erste Messergebnis zur gewünschten Theorie passt.

2) meinst Du damit korrektes messen und analysieren ?

Schönen Abend noch

Frank
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cay-uwe
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Beitrag von cay-uwe »

Alex8529 hat geschrieben:
cay-uwe hat geschrieben:Frank,

1) kein Problem, mir ging es hier nicht dabei die Diskussion neu zu starten, sondern vielmehr erste Erkenntnisse mit einfachen mitteln auf die Spur zu kommen.

2) Ich muss auch sagen, dass dies nicht ein Gebiet ist, in dem ich tief eingestiegen bin.
Cay-Uwe,

1) das ist ja das "gefährliche" daran.

All zu oft wird Heureka gerufen, weil gleich das erste Messergebnis zur gewünschten Theorie passt.

2) meinst Du damit korrektes messen und analysieren ?

Schönen Abend noch

Zu 2: Damit meine ich Spektralanalysen mit ARTA.

Zu 1: Ich bin mir im Klaren, dass man etwas aufpassen muss, und dies nur eine der Möglichen Erklärungen ist. Womit ich nochmals sagen muss, rein technisch gesehen sind beide Messungen gut bis sehr gut, also nichts was auf den ersten Blick erwähnenswert wäre ...

Frank
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