DAC-Filter-Tuning

L_Hörer
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DAC-Filter-Tuning

Beitrag von L_Hörer »

Liebe Forenten,

Es wird von DACs mit umschaltbarem Anti-Aliasing-Filter berichtet und darüber, dass bestimmte Filtercharakteristiken besser sind oder weniger gefallen. Ich habe mich deshalb gefragt, wie mein Fireface 400 filtermäßig ausgestattet ist.

Wenn ich Dirac-Impulse bei 44,1 kHz über das FF 400 wiedergebe, messe ich am Analogausgang einen gewandelten Impuls mit symmetrischen Vor- und Nachschwingen, es handelt sich wohl um ein linearphasiges Filter:

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Um bei 44,1 kHz andere Charakteristiken testen zu können, wollte ich den Filter im Fireface umgehen, und zwar mittels eines Upsamplers. Mein Gedanke: Beim 4xUpsampling wirkt das FF-interne Filter bei 176400 kHz, dürfte also für Signale bis 44 kHz kaum Wirkung haben. Und tatsächlich, wenn ich die 44 kHz-Dirac-Impulse in eine 176 kHz-Datei packe, finde ich am Analogausgang:

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Für das upgesampelte 44 kHz-Signal wird also nicht das FF-Filter bestimmend sein, sondern das Anti-Aliasing-Filter des Software-Upsamplers. Ich habe dann in Foobar drei Upsampler-Plugins (SoX, Resampler-V, MultiResampler) eingesetzt, die eine Fülle von Einstellungen erlauben. Hier einige Ergebnisse in Form einer Collage, die Impulse sind wieder am Analogausgang gemessen:

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Was die Impulsform angeht,- und das hat mich im ersten Schritt interessiert - geht offenbar alles. Es wirken folgende Einflussgrößen:
- Passband des Filters
- Stopband des Filters
- Dämpfung des Filters im Stopband
- Phasenverlauf des Filters.

Allerdings:There is no Lunch for free. Den idealen Impuls (Collage unten rechts) erhält man nur mit schmalem Passband (fehlende Höhen) und schlechter Dämpfung im Stopband (Artefakte im Hörbereich) - nicht schön anzuhören. Es ist eine Optimierungsaufgabe, bei der man nicht nur einen Parameter im Auge haben darf. Der Resampler-V erlaubt es, diese Einflussgrößen per Schieberegler zu verändern und zeigt Filterfrequenzgang und Impulsantwort an - damit bekommt man schnell ein Gefühl für die Abhängigkeiten.

Die besonders „schönen“ und kurzen Impulsantworten entstehen, wenn man definiertes Aliasing zulässt (max. Dämpfung wird erst oberhalb 22050 kHz erreicht) und in der Dämpfung des Stopbands kompromissbereit ist.

Mir persönlich haben auf Anhieb die Filter ohne Pre-Ringing besser gefallen als das interne FF-Filter mit Pre-Ringing. Und so höre ich derzeit mit dem Upsampler SoX, Best Quality, minimalphasig.

Das nächste Ziel ist die Untersuchung der Nachteile kurzer Impulsantworten ( Klirr, Artefakte). Ich werde berichten.

Enjoy your Filter,
Heinz
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Buschel
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Beitrag von Buschel »

Hallo Heinz,

dem Charme der kurzen Impulsantworten bin auch schon mal verfallen. Von T+A werbewirksam als das "analoge"-Filter mit minimalem Preringing beworben, stellte sich bei mir auch gleich der sanfteren Eindruck im Vergleich zum "harten" Filter mit Preringing ein. Mittlerweile bin ich eher der Überzeugung, dass ich die früher abfallenden Höhen (etwa -1 dB bei 10 kHz bis -3 dB bei 20 kHz) als angenehmer empfunden habe.

Worauf ich hinaus will: Wenn du linear- und minimalphasig vergleichst, gehst du hoffentlich von gleichen Amplitdenfrequenzgängen aus.

Viele Grüße,
Andree
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L_Hörer
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Beitrag von L_Hörer »

Hallo Andree,

danke für Dein Feedback und den zutreffenden Hinweis auf gleiche Amplitudenfrequenzgänge beim Vergleich. Tatsächlich stehe ich noch ganz am Anfang, was Vergleich und Messung verschiedener Varianten angeht. Ich vermute, dass meine spontane Vorliebe für minimalphasige Filter schlicht mit der Unnatürlichkeit des Preringings zu tun hat. Wenn ich gute analoge Quellen ansehe, dann sieht dort ein Rechteck viel schlechter aus als bei einem früh abfallenden Digitalfilter, aber was es sicher nicht hat ist Preringing .........

Ich habe deshalb im ersten Wurf das eher konservative SoX-Filter genommen (in der Collage links oben), das schwingt relativ lang nach, liegt aber auf der sicheren Seite was Artefakte und Stopband-Dämpfung angeht.

Weitere Erfahrungen folgen, Gruß
Heinz
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frankl
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Beitrag von frankl »

L_Hörer hat geschrieben: Mir persönlich haben auf Anhieb die Filter ohne Pre-Ringing besser gefallen als das interne FF-Filter mit Pre-Ringing. Und so höre ich derzeit mit dem Upsampler SoX, Best Quality, minimalphasig.
Hallo Heinz,

ich habe auch mal verschiedene Programme und Optionen zum Upsamplen (und Downsamplen) ausprobiert. Die nach nicht so langem Test besten Varianten habe ich dann jeweils einem Langzeittest (einige Wochen) unterzogen.

Mein persönlicher Testsieger war auch sox mit Optionen "sox ... rate ... -v -I" oder "sox ... rate ... -v -M" (letzteres entspricht wohl Deinem "SoX, Best Quality, minimalphasig", ich nehme meist die erste Version).

Viele Grüße,
Frank
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L_Hörer
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Beitrag von L_Hörer »

Hallo Frank,

interessant ist, dass beide Filter Deiner Wahl eine Stopband Dämpfung von 175 dB haben (Option -v). Das lässt vermuten, dass geringere Dämpfungen sich eher negativ auswirken - negativer zumindest als das längere Ringing, dass man sich durch die hohe Stopband-Dämpfung gegenüber geringeren Dämpfungen einhandelt.

Bist Du dann für CD-Material beim Upsampling geblieben?

Grüße,
Heinz
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L_Hörer
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Beitrag von L_Hörer »

Liebe Forenten,

mittlerweile habe ich die Messungen abgeschlossen und kann über die Sample-Rate-Konverter (SRC) und ihr Verhalten im Hinblick auf das Einschwingen, den Frequenzgang und die Dämpfung im Stopband berichten.

Weil sich das Ursprungsfile mit 16 bit / 44,1kHz von dem Ergebnisfile mit 24 bit / 176,4 kHz sowohl von der Samplingfrequenz als auch vom Frequenzbereich her unterscheidet waren einfache Loop-Tests nicht geeignet. Ich habe deshalb ein Multi-Sinus-File erstellt mit folgenden Frequenzen gleichen Pegels: 1 kHz, 8 kHz, 18 kHz,19 kHz, 19,5 kHz, 20 kHz, 20,5 kHz, 21 kHz und 21,5 kHz.

Aus den entsprechenden Spektren lässt sich dann schnell der Frequenzabfall des Digitalfilters bestimmen, außerdem geben die zu erwartenden IMD- und Spiegelfrequenzen ein gutes Bild über die Dämpfung des Filters im Stopband.

Obwohl es ziemlich viele Einstellungsmöglichkeiten bei den Konvertern gibt, habe ich mich für wenige typische Messungen entschieden, diese umfassen synchrone Messungen noch auf der digitalen Ebene (direkt hinter dem SRC) und am Analogausgang des Fireface. Gemessen sind jeweils die Spektren und die Impulsantworten.

In den folgenden Screenshots ist die Messung am Analogausgang oben dargestellt und die auf digitaler Ebene unten.

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Es wird deutlich, dass das SoX-Resampler-Plugin seine Sache sehr gut macht - die Einstellungen sind übersichtlich, es kann Aliasing zugelassen werden mit dem Gewinn kürzeren Nachschwingens bei der Impulsantwort. Aber es erscheinen dann deutlich die Spiegelfrequenzen oberhalb von 22050 kHz. Auch steile Filter sind machbar, die trotzdem eine gute Dämpfung im Stopband aufweisen - aber auch ein längeres Nachschwingen.

Mit der Wahl der Filtercharakteristik kann das gesamte Einschwingen der Impulsantwort vom Nachschwingen zum Vorschwingen verschoben werden - und das stufenlos per Regler. Mir haben die Filter ohne Vorschwinger am besten gefallen.

Eine perfekte Impulsantwort erhält man mit dem MultiResampler, der aber im Stopband praktisch keine Dämpfung aufweist. Und zum Vergleich ist der PPHS-Resampler von Foobar noch aufgenommen worden, allerdings bei 88,2 kHz Zielfrequenz, er geht nur bis max. 96 kHz.

Man muss sich also entscheiden, was gefällt, natürlich mit den Ohren, aber Messungen als Ergänzung für das Auge sind da oft hilfreich. Ich bin zum Fan von SoX geworden, zumal als Kommandozeilen-Tool noch viel mehr möglich ist als im Foobar-Plugin angeboten wird.

Möge es helfen, enjoy your filter,
Heinz
pschelbert
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Beitrag von pschelbert »

Hallo

ganz interessante Idee. Jeder kann dann nach seinem Gusto das Filter einstellen/benutzen das ihm passt.

wie ist das Setup zum Musik hören mit dem einen oder anderen Filter? z.B.

flac oder wav-file -foobar - - upsamplen in foobar - Dein Filter (in foobar?) - ff800 - amp - Lautprecher/Kopfhörer

Wie hast das Filter in foobar integriert?

Ich benütze JRiver. Da könnte man mit JRiver upsampeln, dann Ausgang von JRiver an acourateconvolver - ff800 - amp

Für verschieden Sampleraten (96k, 192k) je Filter mit verschidenen dCharakteristiken, die dann verschieden Leute austesten/hören könnten.
Filterdesing mit acourate z.B.

Gruss

Peter
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L_Hörer
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Beitrag von L_Hörer »

Hallo Peter,
pschelbert hat geschrieben: ganz interessante Idee. Jeder kann dann nach seinem Gusto das Filter einstellen/benutzen das ihm passt.

wie ist das Setup zum Musik hören mit dem einen oder anderen Filter?
Bei mir sieht das zur Zeit so aus:

PC mit WinServer AO im Core Modus. Foobar - AcourateAsio - AcourateConvolver - Fireface400 - Abacus A-Box oder Dynaudio BM5a.

Wenn ich in Foobar den AcourateAsio-Treiber nutze, ist die Qualität bestechend, mit FF-Asio und Loopback nicht. In Foobar via DSP das Plugin "Resampler (SoX)" einbinden. Hier ist das so konfiguriert: 44 auf 176 kHz, Best Quality, Passband 90%, Intermediate Phase (25%), Allow Aliasing.

Das heißt, kein Vorschwingen im Filter, geringes Nachschwingen. Es entspricht etwa dem dritten Bild im Beitrag oben. Da habe ich mich hingetastet und da fühle ich mich mit meinem 44 kHz Programm wohl.

Der AcourateConvolver macht die Raumkorrektur und - wichtig - bietet eine gehörrichtige Lautstärkeregelung, für mich als L(eise)_Hörer unverzichtbar.

Upsampeln kannst Du sicher auch in JRiver, soweit dort die Möglichkeiten der Filterwahl so excellent sind wie im SoX. Und dann einstellen, hören und probieren. Ich habe mit Extremwerten angefangen und dann später immer erst einen Tag gehört, bevor ich geändert habe.

Viel Spaß, Heinz
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pschelbert
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Beitrag von pschelbert »

Hallo Heinz

besten Dank, ja sehr interessant. JRiver kann resampeln, verschiedenste habe sich um die Qualität gekümmert (auch Bob Katz), hoffe dass sie sher gut ist, habe allerdings keien Messungne gesehen, wie so oft.

Was meinst du FF mit ASIO und Loopback nicht gut? Loopback im FF RME-FX Mixer, oder Looopback von DA Ausgang zu AD-Eingang mit Kabel?

Ich habe soeben mal einige Messungen gemacht mit dem Firface UFX DA zu AD via Kabel. Mit acourate und ARTA. Sieht excellent aus (wie Specs), aber ist natürlich noch weit weg von 24-Bit, wie alle anderen auch...

Gruss

Peter
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L_Hörer
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Beitrag von L_Hörer »

pschelbert hat geschrieben: Was meinst du FF mit ASIO und Loopback nicht gut? Loopback im FF RME-FX Mixer, oder Looopback von DA Ausgang zu AD-Eingang mit Kabel?
Peter,
im Player kannst Du bei Verwendung des AcourateConvolvers (AC) wählen zwischen Asio Fireface oder AcourateAsio. Mit AcourateAsio spielt der Player direkt zum AC, der beinhaltet nämlich eine virtuelle Soundkarte. Wählst Du den Asio Fireface Treiber, musst Du den Wiedergabekanal im FF per externem Loopback (Kabel) oder besser per internem Loopback (s. Manual) auf den Eingang des AC routen. Bei mir ist bei Nutzung von Foobar die erste Version klar besser als die zweite. Foobar verwende ich, weil er trotz optimiertem Core-Modus vollständig funktioniert.

Gruß
Heinz
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pschelbert
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Beitrag von pschelbert »

Hallo Heinz

gut, ja.
Mit Kabel ist sicher schlecht muss ja wieder AD durchlaufen.
Mit internem RME FX-Loopback müsste nicht so schlecht sein.
Ich habe auch direkt vom JRiver zu acourateconvolver geroutet, ist ja das Einfachste sowieso und wenn's das Beste ist umso besser. Besten Dank für den Tip.

Gruss

Peter
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nihil.sine.causa
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Beitrag von nihil.sine.causa »

Hallo Heinz,

interessante Tests, die Du da gemacht hast. Ich beschäftige mich aktuell mit dem Thema Phasenkorrektur im Zusammenhang mit Equalizer-Plugins für DAWs.

Mich würde interessieren, mit welchen Werkzeugen, die in diesem Thread gezeigten Darstellungen entstanden sind, also die grafischen Auswertetools aber auch die verwendete Mess- und Analysetechnik.

Viele Grüße
Harald
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L_Hörer
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Beitrag von L_Hörer »

nihil.sine.causa hat geschrieben: Mich würde interessieren, mit welchen Werkzeugen, die in diesem Thread gezeigten Darstellungen entstanden sind, also die grafischen Auswertetools aber auch die verwendete Mess- und Analysetechnik.
Hallo Harald,

die Messungen im Zeitbereich am Analogausgang sind mit einem 20 MHz- Digitaloszilloskop gemacht, die Spektren via PC mit einem geeigneten Analysator, ich habe den von Wavelab genutzt.

Ich habe die einzelnen Bilder dann so zusammengefügt (Gimp, Photoshop, etc.), dass eine guter Vergleich der unterschiedlichen Filter am Analogausgang bzw. im Zeitbereich/Frequenzbereich und Analog/Digital möglich ist. Und vorher natürlich das Frequenzgemisch so gewählt, dass sich die wichtigen Dinge zeigen.

Also echte Handarbeit!

Gruß Heinz
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Jahresprogramm
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Beitrag von Jahresprogramm »

Hallo Heinz,

Falls das Filter des Fireface unangenehm auffällt, wäre mein Workaround folgender: Per SoX Resampler mit 100% Passband mit doppelter Samplingrate bzw. 88.2kHz und 96kHz zum Convolver, der per 64Bit FIR Filter die Bandbreite wieder auf max. ca. 21.5kHz beschränkt und an das Fireface übergibt. Somit bekommt das Fireface Material, das weit unterhalb des eingebauten Filters liegt. Dadurch kommt das Filter des Firefaces nicht zum Einsatz und die Aufnahme wird ohne krumme Umrechnungen in der Samplingrate hoch bzw. runter gerechnet.

Habe ich nun ein Denkfehler eingebaut?

Grüße
Alex
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L_Hörer
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Beitrag von L_Hörer »

Hallo Alex,
Jahresprogramm hat geschrieben:Per SoX Resampler mit 100% Passband mit doppelter Samplingrate bzw. 88.2kHz und 96kHz zum Convolver, der per 64Bit FIR Filter die Bandbreite wieder auf max. ca. 21.5kHz beschränkt und an das Fireface übergibt.
Du vermutest, dass der Sox-Resampler mit 100% Passband und doppelter Samplingrate das Signal nicht negativ beeinflusst – das ist leider nicht so. Für das upgesampelte Signal bestimmt gerade das in Sox eingestellte Filter das Ringing und eben nicht das des FF. Meine erste Collage oben zeigt das deutlich. Bei dem von 44 auf 176 kHz upgesampelten Signal wirkt das FF-interne Filter nicht mehr, sondern Du siehst ausschließlich die Auswirkungen der in Sox bzw. anderen Resamplern eingestellten Filter.

Die Filter wirken beim Upsampling-Vorgang selbst. Dein Vorschlag eines mit 100% Passband zu verwenden erzeugt ein ganz erhebliches Ringing, da ein extrem steiles Filter erforderlich ist. Und daran kann eine Folgebehandlung z.B. mit dem AcourateConvolver dann wenig ändern.

Bitte installiere in Foobar das „Resampler-V“ Plugin. Der Resampler-V erlaubt es, die Einflussgrößen per Schieberegler zu verändern und zeigt Filterfrequenzgang und Impulsantwort als Grafik an - damit bekommst Du schnell ein Gefühl für die Abhängigkeiten und dafür, was welche Änderung bewirkt.

Viel Erfolg
Heinz
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