DA-Wandler ohne Glättungsfilter

[Bernd Peter]

Hallo Frank,

danke für deine Stellungnahme, hinsichtlich des besten Filters siehe

http://www.resonessencelabs.com/digital-filters/,

hier ein Ausschnitt:

This is because we are audiophiles too, and we recognized that our customers, and ourselves, would prefer certain filter characteristics that are not in the default configuration of the Sabre DAC chip. What can be the source of these preferences, since the pre-installed Sabre DAC filters are almost mathematical perfection?

Again, we just have to trust the listening process, and that shows us (and certain key customers who act as beta-testers for us) that there is a predictable preference for what is not a mathematically precise filter in the listening experience. Interestingly, not all listeners seem to agree, some choose the mathematical perfection of the build-in Sabre filters, but we judge the majority of our key customers choose a slightly different filter, and in response to this, software versions 2.1 and later provide a choice of seven filters. To explain why there are seven, we need to say more about digital filters and how they are perceived by the human ear.

.

Gruß

Bernd Peter

[uli.brueggemann]

danke für deine Stellungnahme, hinsichtlich des besten Filters siehe ...

Danke für den Link, es ist auf jeden Fall ein interessanter Text. Letztlich läuft aber auch dieser Inhalt schlichtweg auf einen Kompromiss hinaus. Man versucht denn doch bei den Filtern das Vorschwingen der Filter so klein als möglich zu machen, zieht aber linearphasige Filter vor, da sie eben keine Phasendrehungen bewirken und die Gruppenlaufzeit konstant lassen. Dafür nimmt man dann Änderungen im Frequenzgang in Kauf (die aber nicht dargestellt werden).

Je steiler das Filter desto mehr preringing. Wenn man z.B. 20 kHz als Startfrequenz betrachtet, ab der der Frequenzgang abfällt, hat ein Filter mit -300 dB Dämpfung bei 22.05 kHz definitiv mehr Vorschwingen als ein Filter mit -60 dB. Man kann nun mit dem "60dB"-Filter aber auch z.B. -120 dB bei 22.05 kHz erzielen, indem man eben die Startfrequenz von 20 kHz weiter nach vorne legt, also z.B. bei 18 kHz beginnt.

Es gibt also beliebige Variationsmöglichkeiten. Wenn man also Wert aufs Timing legt, muss man Kompromisse beim Frequenzgang eingehen.
Und wenn man meint, dass man ohne Filter auskommt, weil man dann das beste Timing hat, muss man akzeptieren, dass es Aliasing = gespiegelte Frequenzen im Hörbereich gibt.

Eigentlich ganz einfach, aber sooviel Diskussion ...

Grüsse
Uli

[Diskus_GL]

Hallo,

ich weiß nicht, wieso hier immer wieder mit Dirac- und Rechteckimpulsen argumentiert wird.

Weil der erste Anstieg eins Rechtecksignal oder eines Impulses dem Signalverlauf von Musik am nächsten kommt... auf jeden Fall wesentlich näher als ein Sinussignal.
Für den zu reproduzierenden Signalverlauf ist egal, ob der DAC eine einzelne Sinusschwingung bestimmter Frequenz wiedergeben kann oder nicht - diese Problematik tritt nur bei der Aufnahme auf (oder bei Testsignalen, die wir aber nicht hören wollen).
Die zu reproduzierenden Pegel bei jedem Sample sind vorgegeben (durch das bereits aufgenommene Musiksignal) und es gilt die Pegelunterschiede zwischen den Samples so exact wie möglich zu reproduzieren und vor Allem diese Pegel(unterschiede) nicht zu verändern (z. B. durch Pre- oder Postringing).
Wenn man sich dann mal ein reales Musiksignal ansieht, sieht man, daß die Pegelunterschiede oft seht steil sind und bez. der Pegelunterschiede zwischen wenigen Samples eher dem Anstieg eines Impulses entsprechen als dem Anstieg einer 22,5kHz Sinusschwingung (wenn dann müsste man den DAC mit einer Sinusschwingung testen, die deutlich höher ist, um einen ähnlichen Pegelanstieg zu testen).
Ich sehe das Problem ja darin, daß ein FIR-DAC sein Reproduktionsverhalten in Abhängigkeit der Pegelunterschiede pro Sample verändert - eben bei "steilflankigem Signalanstieg mit ausgeprägterem Pre- und Postringing und bei flachen Signalanstiegen mit deutlch weniger Ringing (weswegen eben Sinusschwingungen besonders gut von FIR-DACs reproduziert werden - nur, daß Musik so gut wie keinen sinusförmigen Verlauf hat... wobei ja eigentlich auch der "extremste" vorkommende Signalverlauf der bei Musik vorkommen kann massgeblich ist...)...

Grüsse Joachim

[dietert]

Hallo Uli,

wenn du den Text bitte nochmal anschaust, so wirst du lesen, dass es gar nicht um die Dämpfung des Filters bei 22,05 KHz geht, sondern um die Dämpfung bei 24,1 KHz, wo die ersten Spielfrequenzen liegen. Somit gewinnt man einen Faktor 2 und bekommt ein Filter mit deutlich weniger Ringing. Korrekt?

Hallo Joachim,

der Gedankenfehler der NOS-Apologeten ist, dass zwischen Audio-Signal und ADC-Clock keine definierte Phasenbeziehung besteht. Deswegen führt die naive Interpretation des einen Samples, was man bei einem Dirac-Impuls bekommen könnte, wenn es das Anti-Aliasing-Filter vor dem ADC nicht gäbe, zu einem Jitter von etwa +/- 10 usec. Man hat dann keinen DAC vor sich, sondern einen Vocoder. Hans-Martin würde vielleicht schreiben: Na ja, wem's gefällt...

Grüße,
Dieter T.

[phase_accurate]

Wenn man sich dann mal ein reales Musiksignal ansieht, sieht man, daß die Pegelunterschiede oft seht steil sind und bez. der Pegelunterschiede zwischen wenigen Samples eher dem Anstieg eines Impulses entsprechen als dem Anstieg einer 22,5kHz Sinusschwingung (wenn dann müsste man den DAC mit einer Sinusschwingung testen, die deutlich höher ist, um einen ähnlichen Pegelanstieg zu testen).

Spätestens nach dem Passieren des A/D seitigen Anti Aliasing Filters wird kein Musiksignal mehr steilere Anteile haben als ein Sinus gerade unterhalb der Nyquistfrequenz.

Gruss

Charles

[uli.brueggemann]

Wenn man sich dann mal ein reales Musiksignal ansieht, sieht man, daß die Pegelunterschiede oft seht steil sind und bez. der Pegelunterschiede zwischen wenigen Samples eher dem Anstieg eines Impulses entsprechen als dem Anstieg einer 22,5kHz Sinusschwingung (wenn dann müsste man den DAC mit einer Sinusschwingung testen, die deutlich höher ist, um einen ähnlichen Pegelanstieg zu testen).
Ich sehe das Problem ja darin, daß ein FIR-DAC sein Reproduktionsverhalten in Abhängigkeit der Pegelunterschiede pro Sample verändert - eben bei "steilflankigem Signalanstieg mit ausgeprägterem Pre- und Postringing und bei flachen Signalanstiegen mit deutlch weniger Ringing (weswegen eben Sinusschwingungen besonders gut von FIR-DACs reproduziert werden - nur, daß Musik so gut wie keinen sinusförmigen Verlauf hat... wobei ja eigentlich auch der "extremste" vorkommende Signalverlauf der bei Musik vorkommen kann massgeblich ist...)...

Hallo Joachim,

darf ich Derjenige sein, der Dir einmal den Zahn der Unwissenheit zieht? Argumentationen mit gefühltem Halbwissen taugen nun nicht wirklich.

Hierzu ein Beispiel mit einem Ausschnitt einer realen Musik (Marilyn Mazur, Drum Improvisation), also Schlagzeug mit steilsten Flanken, eben kein Sinus.
Der 44/16 Originaltrack sieht schon einmal so aus:

Gemäß der 44100 Abtastung können in dem gespeicherten Stück nur Frequenzen bis 22.05 kHz vorhanden sein.

Nun nehme ich einmal ein linearphasiges sinc-Filter mit 22040 Hz Eckfrequenz. Das Filter ist 65536 taps lang, erzeugt also ein Vorschwingen und Nachschwingen von jeweils 32786 Samples = 0.743 Sekunden. In den Augen der preringing-Kritiker viel zu lang und total schlecht. Der Frequenzgang hierzu:


Nun falten wir mal das Musikstück mit dem FIR-Filter, das Ergebnis ist übrigens mit dem Ausgangssignal übereinander gelegt dargestellt:


Dazu auch gern einmal ein wenig reingezoomt:


Man erkennt prima, dass es keine Sinusschwingungen sind, sondern steilflankige Signalverläufe. Und man erkennt prima, dass das der blaue Kurvenverlauf nicht anders ausschaut als der darunterliegende rote Kurvenverlauf des Ausgangssignals (man erkennt kleinste Differenzen,das Filter ist hier ja nicht bis 22050 Hz). Wo wird hier das Timing schlechter?
Zum Vergleich noch einmal der Verlauf des Originalsignals:


q.e.e. (quod erat expectandum)

Grüsse
Uli

[uli.brueggemann]

wenn du den Text bitte nochmal anschaust, so wirst du lesen, dass es gar nicht um die Dämpfung des Filters bei 22,05 KHz geht, sondern um die Dämpfung bei 24,1 KHz, wo die ersten Spielfrequenzen liegen. Somit gewinnt man einen Faktor 2 und bekommt ein Filter mit deutlich weniger Ringing. Korrekt?

Dieter,

Du kannst gerne in meinem Text die Frequenz 22.05 kHz gegen 24.1 kHz austauschen. Was aber nichts an der Aussage des Textes ändert. Korrekt?

Grüsse
Uli

[Fujak]

Hallo Bernd Peter und andere,

wie angekündigt habe ich mich gleich heute früh (Morgenstund' hat DAC im Mund) mit meiner Flex an die Arbeit gemacht, und nach einer Viertelstunde (Alu schneidet sich eben butterweich): Voila, der HE-7 ist geöffnet.




Mittels der Jumper in den NOS-Modus versetzt und meine Sinus-Signale durchgeschickt:

NOS-Modus 44.1 kHz:




NOS-Modus 88.2 kHz:




NOS-Modus 96.0 kHz:




NOS-Modus 192.0 kHz:



Man kann sehen, dass erst eine Samplerate von 192.0 weitgehende Ähnlichkeiten mit dem Sinus von 8xOS 44.1kHz aufweist.

Aufgefallen ist mir übrigens das wilde Gezappel der Wellenform im NOS-Modus. Wenn man das durch maximale Erhöhung der Persistenz der Anzeige grafisch sichtbar macht, kann man sehen, wie eine 10kHz Sinuswelle über die Zeit betrachtet am Output herauskommt (wie sie klingt, mag sich jeder vorstellen). Die Zeitbasis ist gegenüber den obigen Oszillogrammen verdoppelt, um eine größere Variationsbreite der Wellenformen darstellen zu können.

NOS-Modus 44.1 kHz:




NOS-Modus 96.0 kHz:




NOS-Modus 192.0 kHz:



Übrigens ein 2-fach Oversampling bei 44.1kHz bedeutet schon weniger zeitliche Abweichung vom Original, als bei 44.1 im NOS-Modus:

2xOS-Modus 44.1 kHz:



Das liegt etwa in der Größenordnung von 88.2/96.0kHz im NOS-Modus.

Nun ist die Kiste wieder sorgfältig zugeschweißt, und ich höre Musik - im 8x Oversampling Modus.

Grüße
Fujak

[dietert]

Hallo Uli,

nein, ich finde ein Faktor zwei ist nicht egal. Das von dir vorgeschlagene Filter mit einem flacheren Verlauf und weniger Ringing könnte dann eben so liegen, dass es nicht in das Nutzsignal schneidet.

Grüße,
Dieter T.

[uli.brueggemann]

nein, ich finde ein Faktor zwei ist nicht egal. Das von dir vorgeschlagene Filter mit einem flacheren Verlauf und weniger Ringing könnte dann eben so liegen, dass es nicht in das Nutzsignal schneidet.

Dieter,

mir ging es um die prinzipielle Darstellung. Also wohin man die Eckfrequenz legt und wie es ab dann mit der Filtersteilheit ausschaut. Und damit dann auch das resultierende pre-ringing eines linearphasigen Filters.

Im übrigen wäre ich Dir zu Dank verbunden, so Du mir einmal ein FIR-Filter zusenden könntest, welches bei einer Abtastfrequenz von 44.1 kHz einen Pegel von z.B. -96 dB bei 24.1 kHz hat.

Grüsse
Uli

[uli.brueggemann]

Fujak,

a) das erste Oszi-Bild zeigt schön die Treppenfunktion im NOS-Modus, wobei dann noch ein nachgeschalteter Tiefpass das Signal verrundet. Der Tiefpass scheint wohl in Neuseeland zu fehlen.

Ein weiterer netter Test wäre es nun, wenn Du das analoge Signal z.B. mit einem nachfolgenden AD-Wandler mit 192 kHz digitalisierst. Dann kannst Du prima per FFT das Spektrum dazu betrachten. Eigentlich sollen ja nur 10 kHz auftauchen ...

b) Der Oszi triggert ja nun mit gewählter Zeitbasis bei den 10 Khz so, dass eigentlich ein stehendes Bild zustandekommen müsste. Da aber die Abtastfrequenz mit 44.1 kHz nicht in dieses Raster passt, liegen die Stützpunkte (PCM-Werte) ja auf dem Sinus nicht auf einer jeweils konstanten Position. Insofern hat ein nächster Oszi-Durchlauf bereits dadurch einen anderen Wellenverlauf (andere Lage der Treppenstufen). Und bei vielen Durchläufen bekommst Du eben das beobachtete "verjitterte" Bild, was aber nichts mit Jitter zu tun hat.

Grüsse
Uli

[cay-uwe]

...

Hierzu ein Beispiel mit einem Ausschnitt einer realen Musik (Marilyn Mazur, Drum Improvisation), also Schlagzeug mit steilsten Flanken, eben kein Sinus.
Der 44/16 Originaltrack sieht schon einmal so aus:

Gemäß der 44100 Abtastung können in dem gespeicherten Stück nur Frequenzen bis 22.05 kHz vorhanden sein.

Nun nehme ich einmal ein linearphasiges sinc-Filter mit 22040 Hz Eckfrequenz. Das Filter ist 65536 taps lang, erzeugt also ein Vorschwingen und Nachschwingen von jeweils 32786 Samples = 0.743 Sekunden. In den Augen der preringing-Kritiker viel zu lang und total schlecht. Der Frequenzgang hierzu:


Nun falten wir mal das Musikstück mit dem FIR-Filter, das Ergebnis ist übrigens mit dem Ausgangssignal übereinander gelegt dargestellt:


Dazu auch gern einmal ein wenig reingezoomt:


Man erkennt prima, dass es keine Sinusschwingungen sind, sondern steilflankige Signalverläufe. Und man erkennt prima, dass das der blaue Kurvenverlauf nicht anders ausschaut als der darunterliegende rote Kurvenverlauf des Ausgangssignals (man erkennt kleinste Differenzen,das Filter ist hier ja nicht bis 22050 Hz). Wo wird hier das Timing schlechter?
Zum Vergleich noch einmal der Verlauf des Originalsignals:


q.e.e. (quod erat expectandum)

Grüsse
Uli

Uli,

vielen Dank für Deine Mühe, das mal an einem echten Musikstück zu demonstrieren.

Nur so just for fun, wenn es Deinen Zeit erlaubt: Kannst Du statt dem linearphasigen Filter ein minimalphasiges Filter benutzen ?

[uli.brueggemann]

Nur so just for fun, wenn es Deinen Zeit erlaubt: Kannst Du statt dem linearphasigen Filter ein minimalphasiges Filter benutzen ?

Voilá:


Grüsse
Uli

[cay-uwe]

Uli,

danke, das ging ja schnell, aber was wären die Eckdaten vom Filter und kann man das Original mit in das Diagramm einfügen ?

[Diskus_GL]

Hallo Uli,

Vielen Dank für Deine Mühe. Die Beispiele helfen sehr.
Hätte ich in der Tat - nach meiner Vorstellung - anders vermutet.
Insofern werde ich mich mit der Thematik nochmal beschäftigen...

Grüsse Joachim