Alles fließt - von der Einheit aller Dinge

[Bernd Peter]

Hallo,

es gibt uralte Grundanschauungen, die auch für den modernen technischen Bereich immer noch zutreffen.
Für manchen besteht die Digitaltechnik nur aus Nullen und Einsen, mehr ist da nicht.
Wenn da vorne und hinten die Prüfsumme übereinstimmt, kann nichts anders sein.
Theoretisch.

Zum praktischen Einsatz der Digitaltechnik bedarf es jedoch der Elektrotechnik.
Und die hat so ihre Eigenarten und Gegebenheiten, ich denke beispielhaft an:
Jitter in all seinen Formen, Spannungsschwankungen, vagabundierende Ströme, Hochfrequenz, Transienten, Funktionserdung, Potentialausgleich, Serienschwankung bei Bauteilen usw..
Dazu gesellen sich prinzipbedingte unterschiedlich schnelle Arbeitsgeschwindigkeiten in der digitalen Verarbeitung und Weiterleitung.

Da ruckelt es nicht wenig. Wie bei einem Fahranfänger, mal bremst er, mal gibt er Gas.
Und deshalb hat man den Puffer (Cache) entwickelt. Der kann soft- und hardwaremäßig ausgebildet werden.
Ein Datenzwischenspeicher. Da muss das Betriebssystem nicht erst nachladen, die Zugriffszeiten werden optimiert.
Ist der Cache klein, ist er schnell, mit wachsender Größe wird er langsamer.
Je mehr Puffer man braucht, umso größer ist aber die Belastung für den Prozessor, der alles steuert.
Ist das Betriebssystem und der Prozessor zu sehr mit anderen Dingen beschäftigt, können Daten nicht zum besten Zeitpunkt entgegengenommen, verarbeitet oder weitergeleitet werden.
Man merkt, wenn es um festzulegende Prioritäten geht, beißt sich die Katze gelegentlich in den Schwanz.
Aber zurück zum Puffer.

Ich habe das schon oft gehört: Was soll es, die Daten fließen ja in einen Puffer. Und gut ist es.
Das war fast wie ein Totschlagargument für weiteres Denken.
Ich bin mir zwischenzeitlich - dank DB - sicher, daß auch ein Puffer besser seine Funktion erfüllt, wenn er kontinuierlich beschickt wird.
Da müssen die Entwickler sorgfältiger nachdenken und arbeiten.
Ziel ist - selbst in der Digitaltechnik - ein möglichst gleichmäßiger Datenfluss.

Gruß

Bernd Peter

PS: Gemeinschaftsproduktion von Bernd Peter, modmix, digifix und Friedemann. Sachliche Kritik ist willkommen, wir lernen alle.

[uli.brueggemann]

Wie schafft es die Menschheit (bzw. mein Wasserwerk), dass das Wasser nicht ruckelweise aus dem Wasserhahn kommt, sondern doch eher gleichmässig ?

Obwohl es mal regnet, mal nicht. Obwohl es morgens mehr Leute im Badezimmer duschen als um 12 Uhr.
Obwohl ... Zumindest in unseren Landen.

Ich verstehe den Ansatz von Dan Bellity so, dass es besser ist, es gleichmässig regnen zu lassen. Bzw. den Wasserverbrauch möglichst konstant zu halten. Wäre schön, wenn es so realisierbar wäre.

Was ist der Sinn von Stauseen und Wassertürmen?

Grüsse
Uli

[Bernd Peter]

Hallo Uli,

das ist ein sehr gutes Beispiel.

Genau über das Puffern bei Wasser (Zwischenbecken) haben Rene und ich gesprochen und verglichen.

Also Rene, sag mal was dazu, Du Wasser- und Pumpenexperte.

Gruß

Bernd Peter

[Fujak]

Hallo Bernd Peter,

interessanter Beitrag, dem ich inhaltlich voll zustimme. Ähnliches hatte ich eben gerade in Sigis Thread zum neuen La Rosita PlugIn geschrieben. Wir kennen das gleiche Phänomen ja auch bei der Dual-PC-Setup bei JPlay. Hier kann man im Wifi-Monitor erkennen, dass bei einer PacketSize=0 die Übertragungsrate mit einer höheren Frequenz mit geringer Amplitude schwankt, während bei einer maximalen PacketSize=4 die Übertragungsrate mit einer geringeren Frequenz bei höherer Amplitde schwankt.

Klanglich wirkt sich das so aus, dass die höhere Packetsize mit größerer Schwankungsbreite einen dumpferen unpräziseren Bass und schärfere Mitten produziert (was von manchen als warmes Klangbild empfunden wird), während die kleine Packetsize mit geringerer Schwankungsbreite einen schlankeren, präziseren Bass und weicheren oberen Mittenbereich produziert.

Das ist für mich insofern nachvollziehbar, als eine Schwankung mit größerer Amplitude auch die CPU und andere Komponenten oszillierend belastet, was nicht zuletzt durch einen oszillierenden Stromverbrauch viel Unruhe in die Elektronik bringt, die nur begrenzt kompensiert wird und damit potenziell mehr Jitter heraufbeschwört.

Daraus ergibt sich für eine Streamer-Lösung natürlich die Anforderung eines "Low-Ripples" in der Übertragungsbandbreite, was eine kontinuierliche Beschickung des Übertragungsbuffers erfordert.
Wie ich in Sigis Thread kurz andeutete, vermute ich, dass eine gleichmäßige Beschickung des Buffers nur durch Kaskadierung möglich ist, d.h. vor den Buffer, einen weiteren (oder auch zwei) zu schalten, der die Beschickung selbst buffert.

Grüße
Fujak

[Thias]

Ich habe das schon oft gehört: Was soll es, die Daten fließen ja in einen Puffer. Und gut ist es.

Das war fast wie ein Totschlagargument für weiteres Denken.

Ich bin mir zwischenzeitlich - dank DB - sicher, daß auch ein Puffer besser seine Funktion erfüllt, wenn er kontinuierlich beschickt wird.

Hallo,

ob man das nun als Totschlagargument bezeichnet oder nicht, DAS ist nun mal die einzige Aufgabe eines Puffers. So lange noch ausreichend Daten vorhanden zum Auslesen ist es egal, ob der Puffer halb voll oder halb leer ist , oder auch ganz voll. Erst wenn nicht genügend Daten mehr drin sind kommt es zum drop out. Ich kann meine CPU stressen bis zu 80% Last und höre keinen Unterschied, erst darüber kommen Knackser.

Meine Meinung:
So lange im PC die Daten paketweise verarbeitet werden, geht das über Register und Berechnungen absolut diskontinuierlich und muss somit notwendigerweise gepuffert werden.

Jitter in all seinen Formen, Spannungsschwankungen, vagabundierende Ströme, Hochfrequenz, Transienten, Funktionserdung, Potentialausgleich, Serienschwankung bei Bauteilen usw..
Dazu gesellen sich prinzipbedingte unterschiedlich schnelle Arbeitsgeschwindigkeiten in der digitalen Verarbeitung und Weiterleitung.

... das spielt alles überhaupt keine Rolle, solange das Musiksignal noch in Form von Zahlen als Berechnungsvorgänge vorliegt. Da dürfte doch Konsens vorliegen, 1+1 ist im Leerlauf und in Vollast =2.
Dafür wurde die Digitaltechnik ja erfunden, um alle analogen Einflüsse auszuschalten.

Es wird erst ab dem Zeitpunkt interessant, wenn analoge Komponenten hinzukommen. Das ist erstmalig die Samplingfrequenz, wenn einem bestimmten Zeitpunkt eine Zahl (Analogwert) zugeordnet wird. Meines Wissens erfolgt das erst in der Soundkarte. Es ist dann selbstredend, dass diese möglichst außerhalb vom PC sein soll und eine sehr gute und unabhängige Stromversorgung braucht sowie einen konstanten Takt.

Das ganze Thema irritiert mich schon länger hier im Forum, vielleicht die richtige Stelle mal meinen "Unglauben" zum Ausdruck zu bringen, vielleicht kann mich jemand mal bekehren. Einer Maschine werden menschliche Gefühle wie Streß... unterstellt. Für nachvollziehbare Argumente bin ich immer offen. Aber wurden diese Klangverbesserungen durch "Beruhigung" des PC jemals halbwegs verblindet verifiziert?

Edit:
Ulis Beispiel vom Wasserhochbehälter ist sehr schön und anschaulich, das meinte ich genau auch

Viele Grüße
Thias

[Bernd Peter]

Hallo Thias,

Es wird erst ab dem Zeitpunkt interessant, wenn analoge Komponenten hinzukommen.

genau so ist es, all die elektrotechnischen Unzulänglichkeiten, die bei der Verarbeitung und Weitergabe der digitalen Daten vorliegen, werden bei der analogen Ausgabe mehr oder weniger hörbar.

Das Problem für den HiFi-Bereich ist die Elektrotechnik, die untrennbar mit der Digitalwelt verbunden ist.

Und darum ist es müßig, klangliche Gegebenheiten allein an Prüfsummen aus der Digitalwelt zu messen.

Gruß

Bernd Peter

[Thias]

genau so ist es, all die elektrotechnischen Unzulänglichkeiten, die bei der Verarbeitung und Weitergabe der digitalen Daten vorliegen, werden bei der analogen Ausgabe mehr oder weniger hörbar.

... die sind nach meiner Meinung eben nicht hörbar, können nicht hörbar sein, weil sie völlig uninteressant sind. Sie werden erst hörbar, wenn ein kontinuierlicher Datenstrom erzeugt wird und nicht bei Paketbearbeitung.

... und nochmal, da wir gerade bei den Allegorien sind:
Ich bin Maschinenbauer und kein Wasserwerker.

Die Sendung mit der Maus:

Man stelle sich ein Transportband vor (Zeit), welches sich getaktet vorwärts bewegt (Samplingfrequenz). Auf diesem Band befinden sich Kästchen, die aus einem großen Trichter befüllt werden sollen. Das Band hält unter dem Trichter an und befüllt das Kästchen mit genau einer Zahl (Analogwert). Mag der Trichter voll oder fast leer sein, es kann unten immer nur eine Zahl rausfallen. Es ist auch egal, wie groß der Staudruck im Trichter ist, ob alle Zahlen einzeln reinfallen oder auf einmal, mit Schwung oder gebremst, unten fällt immer nur eine Zahl raus. Die Zahlen werden zwar just in time angeliefert, aber mal sind es große Trucks oder auch mal UPS, auch gibt es mal Stau in der Zulieferung. Es muss aber immer ein Mindestbestand im Trichter vorhanden sein, dafür müssen die Lieferanten sorgen, sonst gibt es Vertragsstrafen. Die Zahlen können übrigens in ganz unterschiedlichen Fabriken in sehr komplizierten Verfahren wie Faltung usw. hergestellt werden.

Aber nun wieder zu unserem Band. Dieses fährt dann in eine Maschine zur weiteren Bearbeitung (DA-Wandler). Die Zahl wird genommen und dasraus eine Ausgangsspannung hergestellt. Für die Präzession dieser Maschine ist lediglich die Taktgenauigkeit des Bandes (Jitter) und der Spannungswert von Bedeutung. Die richtigen Zahlen sind natürlich Voraussetzung. Liegt in einem Fach mal keine Zahl, ist es leer und es entsteht eine Fehlstelle. Und das kann ich hören.

War das nicht schön beschrieben?

[Bernd Peter]

Hallo Thias,

momentan siehst und beschreibst Du nur die Digitalwelt.

Es gibt noch was anderes zu entdecken.

Gruß

Bernd Peter

[wgh52]

Hallo Freunde,

ja, ein interessantes Thema, wo unsere diesbezüglichen Wissensträger die Chance erhalten mal mit Vorurteilen, Halbwissen und Mißverständnissen aufzuräumen.

Ich verstehe von alldem ja eher wenig, bin darum interessiert (m)ein Denkmodell testen zu lassen:
Ob ein Datenpuffer groß oder klein ist, scheint mir nicht allein klanglich relevant zu sein. Ich könnte mir vorstellen, daß kontinuierliches Nachladen des Buffers klanglich weniger negativ auffällt als wenn z.B. alle (paar) Millisekunden bis zig Millisekunden (entspräche ja ca. Tief/Mitteltonbereich) jeweils mit einem "grossen Burst" nachgeladen wird. Stichwort: Aus "gepulster" Netzteilbelastung resultierende Versorgungs(un)sauberkeit. Dieses Szenario ist natürlich nur ein Aspekt unter vielen anderen, aber lasst mal hören...

Gruß,
Winfried

2594

[Thias]

... um bei meinem Beispiel zu bleiben:

Es spielt keine Rolle, wie die Zahlen geschrieben sind, klar und groß, etwas verschwommen... Hauptsache sie können gelesen werden (und das wird nachgeprüft). Wenn sie nicht gelesen werden können gibt es eine Reklamation. In der Maschine (DA-Wandler) kommt es nur auf den Wert der Zahl an, da spielt es keine Rolle ob man sie deutlich oder undeutlich lesen konnte, sie bleibt gleich. Aus einer unscharfen oder wackligen 9 wird keine 8. Ausgegeben wird eine Spannung in 16 oder 24 bit Stufung. Klangentscheidend ist dieser Wert in Verbindung mit dem Takt.

Diese Ausgangsspannung, die man entsprechend der bits teilt, muss stabil und sauber sein und sollte demnach seperat erzeugt sein. Die Spannungen zum Berechnen der Zahlen-Pakete (also vor dem Puffertrichter) ist völlig uninteressant für den Klang.

[Bernd Peter]

Hallo Thias,

Diese Ausgangsspannung, die man entsprechend der bits teilt, muss stabil und sauber sein und sollte demnach seperat erzeugt sein

lassen wir mal den Digital Noise Floor weg und reden über diese angesprochene Ausgangsspannung.

Wir befinden uns nun in der elektrotechnischen Welt.

Keine Bits und Zahlen.

Aber es wird erwartet, daß die Spannung stabil und sauber ist. Ist sie das, weil die Prüfsummen passen?

Gruß

Bernd Peter

[uli.brueggemann]

Thias:
ich will Dein Beispiel mal etwas weiter aufbauen und aufdröseln.
Stell Dir vor der Puffer wird von einem Truck auf einmal beladen. Da er dann so schwer wird, drückt es ihn nach unten und er blockiert ein Kästchen. Das geht so also nicht.
Ergo erfindet man schnell eine Gewichtskompensation, ein dicker Motor verschiebt den Trichter nach oben.

Nun braucht der Motor Strom. Kein Problem, wenn der Trichter kontinuierlich in kleineren Mengen befüllt wird. Wenn nun aber ein Truck kommt, muss der Motor so viel Strom ziehen (Impulslast), dass das Licht in der Bude flackert und das Transportband ruckelt. Und nicht nur das, auch die nachfolgende Bearbeitungsmaschine (D/A-Wandler) zickt rum, weil die Kondensatoren (übrigens ebenfalls Puffer, die werden von unseren Analogspezialisten hingegen nie bezweifelt und lieber vervielfacht als reduziert !) auch nicht ausreichen und die Spannung nicht stabil bleibt.

Es zeigt sich, dass also alles in allem trotz der digitalen Verarbeitung Störungen auftreten und durchgereicht werden. Was denn aber nicht an der Befüllung des Trichters an sich liegen muss, sondern auch an einer Fehlkonstruktion des ganzen Drumherums liegen kann. Angenommen, die Bearbeitungsmaschine (D/A-Wandler) hätte ein eigenes Elektrizitätswerk ...

Ich denke, so in etwa meinen das die Kollegen mit der dicken Prozessorlast. Oder nicht?

Grüsse
Uli

[Jahresprogramm]

Hallo,

Genau über das Puffern bei Wasser (Zwischenbecken) haben Rene und ich gesprochen und verglichen.

Ahm, der gedrosselte Wasserabfluss kann ohne zusätzliche Hilfe/Energie nicht konstant gehalten werden. Wenn der Zulauf zum Puffervolumen so variabel ist, dass es ständig zu Niveauschwankungen kommt, so ändert sich der geodätische Druck am Auslauf und somit der Volumenstrom nach dem Puffer.
In diesem Sinne ist ein möglichst flaches Volumen ohne große Neveauschwankungen besser. Es gibt tausend weitere Beispiele für Puffer, wo ein konstanter "Abfluss" nur mit zusätzlichen Maßnahmen zu realisieren ist.

Was hat es mit Digitaltechnik zu tun?
Just my two cents..

Grüße
Alex

[ESM]

Hallo Uli,

Der DAC hat in der Regel doch eine unabhängige Stromversorgung, die von dem digialen Stess im Audio PC nahezu unbeeinflusst bleiben müsste?!

Gruß Erwin

[Thias]

Es zeigt sich, dass also alles in allem trotz der digitalen Verarbeitung Störungen auftreten und durchgereicht werden. Was denn aber nicht an der Befüllung des Trichters an sich liegen muss, sondern auch an einer Fehlkonstruktion des ganzen Drumherums liegen kann. Angenommen, die Bearbeitungsmaschine (D/A-Wandler) hätte ein eigenes Elektrizitätswerk ...

... ok, ich hätte erwähnen sollen, dass die Verabeitungsmaschine ein eigenes Atomkraftwerk hat (denn nur das bringt kontinuierlich Strom und nicht Wasserkraft oder gar Windkraft)
Ein mögliches Fazit?

Ein DAC im PC ist natürlich stark gefährdet, aber ein externer DAC mit eigener Stromversorgung (von mir aus auch Krafzwerk) und eigener sauberer Clock dürfte von einer belasteten CPU mit ein paar Watt mehr oder weniger nicht viel spüren.