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Online-Ratgeber: Digitalwandler

4. Aktuelle Ansätze

44,1 kHz und 16 Bit sind zwar heutzutage nach wie vor das Maß der Dinge, wenn es um die Audiotechnik im Consumer-Bereich geht. Allerdings wird kaum mehr in diesem Standard produziert, denn technisch ist heute nicht nur deutlich mehr möglich, sondern es klingt auch einfach besser.

Am offensichtlichsten ist dieser Unterschied, wenn man die Dynamik betrachtet. Bei 16 Bit kann jedes Sample einen von 65.536 Werten annehmen: Ein Bit (zwei Zustände: 1 oder 0) hoch 16 (216). Das sind zwar schon eine ganze Menge dynamischer Stufen, aber dann doch nicht so viele, wenn man bedenkt, wie viele Bit tatsächlich für das Audiosignal genutzt werden können.

Da wäre einerseits der Noise Floor, das Grundrauschen etc., das ungleich Null ist und daher auch digitalisiert wird. Die ersten zwei bis drei dB der Dynamik gehen sicherlich für den Nebengeräuschteppich drauf, der zwar zum Teil außerhalb der hörbaren Bereichs liegt, aber dennoch vorhanden ist (und daher gesampelt wird).

Auch an der Aussteuerungsgrenze sieht es nicht besser aus, denn anders als in der analogen Technik, die auf zu hohe Pegel mit angenehmer Übersteuerung und gewünschter Sättigung reagiert, ist in der Digitaltechnik bei 0 dBFS komplett am Ende: Wenn alle Bits gesetzt sind, schlägt eine weitere Pegelanhebung sofort in unschönste Nebengeräusche um, der Klirrfaktor nimmt sprunghaft zu, es kracht, zirpt und kreischt. Also muss man dem digitalen Audiosignal einen Headroom einräumen, der das Verhältnis von Signalspitzen zum Durchschnittspegel großzügig verarbeitet– und dafür gehen nochmals gut 3, evtl. sogar 4 Bit drauf. Wenn man nun also zurückrechnet, bleiben für unser Nutzsignal wahrscheinlich nur gut 8 bis 10 Bit übrig, was dann zwischen 128 bis 1.024 diskreten Dynamikwerten variiert – und das ist wahrlich alles andere als toll!

Die Lösung liegt darin, die Bit-Tiefe großzügig anzuheben, und schon „hört man auch etwas“. Nach Interims-Lösungen wie 18 und 20 Bit hat sich mittelfristig 24 Bit als Standard etabliert (wenngleich 32 Bit schon vor der Tür steht und in verschiedenen Sequenzern bereits unterstützt wird). Wir rechnen kurz nach: 2 hoch 24 = 224 = 16.777.216 verschiedene Werte. – Wow, das ist im Vergleich zu 65.536 allerdings ein Unterschied...

Selbst wenn man hier dieselben Einbußen für Noise Floor und Headroom abzieht, bleiben dann wenigstens 16 Bit für die Dynamik des Nutzsignals übrig – und das ist dann doch gar nicht so schlecht, sofern man diese 16 Bit wirklich effektiv nutzen kann.

Unterschied in der dynamischen Auflösung zwischen 24 Bit und 16 Bit

Deutlich besser stehen allerdings aktuelle 1-Bit-Wandler da. Zwar hatten wir vorhin erkannt, dass ein Bit nicht reichen kann, um die Dynamik eines Signals effektiv darzustellen – in der auf der Delta-Modulation basierenden Technik reicht es aber doch allemal. Im Prinzip geht es darum, dass der Wandler entscheidet, ob ein Abtastwert höher ist als der vorherige oder niedriger: Nimmt die Amplitude des analogen Signals also ab, setzt der Wandler den Wert 0, nimmt sie zu, gibt er den Wert 1 aus. Kombiniert man dieses Verfahren nun mit einer deutlich höheren Abtastrate (Samplingfrequenz), ergibt sich durch das Delta-Sigma-Verfahren eine „deutlich präzisere Abtastung“ des analogen Signals. Tatsächlich arbeiten hochentwickelte Delta-Sigma-Wandler bei Bedarf mit 384 kHz und mehr – in puncto Näherung und Genauigkeit liegt hier im Vergleich zu 44,1 kHz/16 Bit ein Universum dazwischen! Alle aktuellen hochauflösenden Verfahren wie die SACD (Super Audio CD) oder DSD (nicht Deutschland sucht den Superstar, sondern Direct Stream Digital) arbeiten exklusiv mit Delta-Sigma-Wandlung.

Wie die Beispiele zeigen, wird auch an der Samplingfrequenz gedreht: Nach Nyquist-Shannon liegt die maximale Audiofrequenz bei der Samplingfrequenz 192 kHz bei 96 kHz – und damit weit jenseits der menschlichen Hörgrenze. Bei DSD wird der 1-Bit-Wandler gar mit 2,8 GHz angetrieben – wozu das Ganze also, wenn es doch keiner hören kann? Anders als bei der Dynamik liegen die Vorteile einer hohen Abtastrate (wahrscheinlich) eher in unhörbaren, aber in psychologisch und technisch relevanten Bereichen. Versuche mit Testpersonen (in Japan) haben ergeben, dass Signale mit hoher Abtastrate als „natürlicher“ empfunden wurden als Signale im herkömmlichen CD-Format. Andererseits gibt es auch Versuche, in denen Testpersonen keinen Unterschied zwischen dem CD-Format und dem komprimierten Format MP3 160 kbit/stereo hören können – komisch bis erschreckend!

Allerdings kann man sich gut vorstellen, dass ein Wandler, der im Bereich bis 384 kHz mit hoher Genauigkeit arbeiten kann, erst recht bei 44,1 kHz glänzt. Schließlich muss der Wandler die vorgegebene Abtastrate möglichst akkurat erkennen und die Wandlung extrem genau vornehmen können. Eine Abweichung vom Takt, das Jitter, kann bzw. wird das Audiosignal hörbar verschlechtern, ein so genanntes Phasenrauschen ist die Folge. Selbst wenn der Wandler bei 192 kHz ein (möglichst minimales) Jitter aufweist, spielt dieses Taktzittern bei 44,1 kHz wahrscheinlich keine Rolle mehr: Je besser der Wandler hohe Samplingfrequenzen bereitstellen kann, desto besser können die Signale auch bei 44,1 kHz wiedergegeben werden. In absehbarer Zeit wird sich auch nichts daran ändern, dass 44,1 kHz der Standard für die digitale Audiowiedergabe bleibt – dafür sorgt der Kunde, der sich in der Masse beharrlich hochauflösenden Consumer-Lösungen verweigert.

Je größer der Jitter, desto schlechter wird die Klangqualität

Wenn die Clock eines Wandlers, also der Taktgeber für das Sampling, tatsächlich so fehlerfrei und genau arbeitet, wäre es natürlich schön, wenn alle anderen digitalen Geräte im Verbund davon profitieren könnten.

Bei der Kommunikation zwischen digitalen Geräten kommt es nämlich immer sehr auf das „Taktgefühl“ an. Man kann das mit zwei Zahnrädern vergleichen, die wunderschön ineinander greifen, solange sie synchron laufen. Sobald aber ein Zahnrad minimal anders läuft, als das andere, gibt es Probleme.– Das haut auf Dauer nicht hin. Deshalb macht es Sinn, ein Zahnrad als Antrieb zu verwenden, der das andere Zahnrad steuert – Master und Slave ist hier das Stichwort, das man 1:1 in die Digitaltechnik überträgt. Solange ein Digitalwandler nur mit analoger Peripherie betrieben wird, ist er sein eigener Master und synchronisiert die Abtastrate auf seine interne, Quartz-gesteuerte Clock. Sobald aber ein anderes Digitalgerät angeschlossen wird, muss eine Synchronisation zwischen diesen beiden Geräten hergestellt werden. – Man muss also entscheiden, wer der Master (der Antreiber) und wer der Slave (der Angetriebene) ist. Bei wirklich herausragenden Wandlern beantwortet sich diese Frage von allein: Wenn Sie beispielsweise einen Wandler wie den Crane Song HEDD, Lynx Studio Aurora oder den RME M-32 AD bzw. M-32 DA im Studio installiert haben, werden Sie sich einen großen Gefallen tun, wenn Sie alle anderen Digitalgeräte auf diesen Wandler synchronisieren – und nicht umgekehrt. Entsprechend kann ein herausragender Wandler also auch als Clock-Generator für das ganze Studio benutzt werden und steigert so automatisch die Wertigkeit anderer Digitalgeräte, die sich als Slave auf diesen Wandler synchronisieren.

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Teilnahme- und Durchführungsbedingungen
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  1. Gewinnspiel

    1. Die Gewinnspiele werden von der Thomann GmbH, Geschäftsführer: Hans Thomann, Hans-Thomann-Straße 1, 96138 Burgebrach, Deutschland, durchgeführt.
  2. Teilnahme

    1. Teilnahmeberechtigt sind nur volljährige Personen.
    2. Eine Person nimmt am Gewinnspiel teil, indem sie Gewinnspielfragen richtig beantwortet, das Anmeldeformular ausfüllt und mittels des Buttons "Abschicken" an die Thomann GmbH abschickt.
      Mit Betätigung des Buttons "Abschicken" erklärt sich der Teilnehmer mit den hier angeführten Teilnahme- und Durchführungsbedingungen einverstanden.
    3. Der Teilnehmer ist für die Richtigkeit, insbesondere seiner E-Mail- und/oder Postadresse, selbst verantwortlich. Der Eingang der Gewinnspielantworten und des Anmeldeformulars wird elektronisch protokolliert.
  3. Ausschluss vom Gewinnspiel

    1. Mitarbeiter der Thomann GmbH sowie deren beteiligten Kooperationspartner sowie deren Angehörige sind von der Teilnahme ausgeschlossen.
    2. Bei einem Verstoß gegen diese Teilnahmebedingungen, insbesondere durch den Einsatz unerlaubter Hilfsmittel und anderweitige Manipulationen, behält sich die Thomann GmbH das Recht vor, Personen vom Gewinnspiel auszuschließen. Gegebenenfalls können bei derartigen Verstößen auch nachträglich Gewinne aberkannt und zurückgefordert werden.
  4. Durchführung und Abwicklung

    1. Die Gewinner werden von der Thomann GmbH per E-Mail oder auf dem Postweg schriftlich benachrichtigt und können auf der Website www.thomann.de namentlich veröffentlicht werden. Mit dieser Form der Veröffentlichung erklärt sich der Gewinner ausdrücklich einverstanden.
      Der Anspruch auf den Gewinn verfällt, wenn die Übermittlung des Gewinns aus Gründen, die in der Person des Gewinners liegen, nicht erfolgen kann. In diesem Fall wird per Los ein neuer Gewinner ermittelt.
    2. Der im Rahmen des Gewinnspiels als Preis präsentierte Gegenstand ist nicht zwingend mit dem gewonnenen Gegenstand identisch. Es können Abweichungen hinsichtlich des Modells, Farbe o. Ä. bestehen.
    3. Die Sachpreise werden von der Thomann GmbH oder einem von ihm beauftragten Dritten per Spedition, Paketdienst oder Post an die vom Gewinner anzugebende Postadresse versendet.

      Die Lieferung erfolgt innerhalb der Bundesrepublik Deutschland frei Haus. Darüber hinaus anfallende Transportkosten und Zölle hat der Gewinner zu tragen. Für den Fall, dass die Lieferung über eine Spedition erfolgt, wird sich die Spedition mit dem Gewinner in Verbindung setzen, um einen Liefertermin zu vereinbaren.
    4. Es ist in keinem Falle ein Umtausch der Gewinne, eine Barauszahlung, oder ein etwaiger Gewinnersatz möglich.
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  5. Datenschutz

    1. Der Teilnehmer erklärt sich ausdrücklich damit einverstanden, dass die Thomann GmbH alle erforderlichen Daten für die Dauer des Gewinnspiels speichert und ausschließlich zum Zwecke der Gewinnabwicklung an den jeweiligen Kooperationspartner übermittelt, welcher die Personenangaben ebenfalls für die Dauer des Gewinnspiels speichern darf. Es steht dem Teilnehmer jederzeit frei, per Widerruf von der Teilnahme am Gewinnspiel zurückzutreten. Den Widerruf richten Sie bitte an:

      Thomann GmbH
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      96138 Burgebrach
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  7. Sonstiges

    1. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.
    2. Es ist ausschließlich das Recht der Bundesrepublik Deutschland anwendbar.
Ein Thomann-Fan
Von der Bestellung bis zur Lieferung alles top.
Unbekannt, 17.05.2017

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