Können Frequenzen >20kHz noch wahrgenommen werden?

martian_23 schrieb:

Kein abrupter Signalstopp heisst nichts anders als langes Nachschwingen. Je näher bei der Filter-Eckfrequenz, desto extremer, denn hier sind fast keine Transienten mehr möglich, nur noch kontinuierliche Sinuswellen.

Der "Fehler" in deinen Überlegungen entsteht dadurch, dass du völlig übersiehst, dass "Frequenz", "Phase", "Zeit", "Transienten" untrennbar miteinander verbunden sind. Im Grunde genommen ist es alles das selbe nur aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet.

Die Begrenzung entsteht wie du richtig erkennst durch die Tiefpassfilterung. Aber auch das Ohr wendet diesen Tiefpass an und kann somit Transienten auch nur bis zu einer gewissen "Steilheit" übertragen.

In beiden Fällen (Technik und Biologie), hängt das Transientenverhalten nur von der oberen Grenzfrequenz ab. Deshalb ist der Zusammenhang den du herbeiredest so nicht richtig!

Durch das Oversampling kann man - wie Uwe das schon richtig bemerkt hat - "moderatere" Filter verwenden. Die negativen Effekte des Filters verschwindet dadurch nicht. Nur lassen sie sich so steuern, dass sie im hörbaren Bereich keine Artefakte mehr erzeugen.

trench schrieb:

Der "Fehler" in deinen Überlegungen entsteht dadurch, dass du völlig übersiehst, dass "Frequenz", "Phase", "Zeit", "Transienten" untrennbar miteinander verbunden sind. Im Grunde genommen ist es alles das selbe nur aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet. Die Begrenzung entsteht, wie du richtig erkennst, durch die Tiefpassfilterung. Aber auch das Ohr wendet diesen Tiefpass an und kann somit Transienten auch nur bis zu einer gewissen "Steilheit" übertragen. In beiden Fällen (Technik und Biologie), hängt das Transientenverhalten nur von der oberen Grenzfrequenz ab. Deshalb ist der Zusammenhang, den du herbeiredest, so nicht richtig!

Doch, schon. Und er ist auch Gegenstand alternativer (Filter-)Konzepte. EMMLabs versucht die Nachteile beider Ansätze (Zeit- und Amplitudenoptimierung) durch einen raffinierten alternierenden Algorithmus zu umgehen, der mal zeit-, mal amplitudenoptimiert ist.

Es ist schon richtig, dass auch das Gehör selber einen Tiefpass bildet, aber der lässt sich nicht mit elektrischen Filtern vergleichen, d.h. es muss keine Filterresonanz (Zeitverschmierung) erwartet werden, da die Filterwirkung darin besteht, dass schlicht keine Rezeptoren für höhere Frequenzen vorhanden sind (nehmen wir mal an).

Du vergisst aber, dass die schädliche Wirkung des Filters auf die Transientenwiedergabe weit in den Hörbereich hineinspielt – wie in vorausgehenden Postings erwähnt –, was sich auch in der entsprechenden Modifikation des Amplitudenfrequenzgangs und der Elimination der originalen Amplitudenmodulation ausdrückt. Wieso sollte ich die Verlängerung eines 10-kHz-Tone-Burst nicht hören können! Zeitverschmierung durch konventionelle Antialiasingfilter ist Realität und – offenbar – hörbar.

Durch das Oversampling kann man - wie Uwe das schon richtig bemerkt hat - "moderatere" Filter verwenden. Die negativen Effekte des Filters verschwindet dadurch nicht. Nur lassen sie sich so steuern, dass sie im hörbaren Bereich keine Artefakte mehr erzeugen.

Es entstehen in jedem Fall Artefakte. Ob mit oder ohne Oversampling, es ändert sich nichts Grundsätzliches an der Rechteckwiedergabe mit dem charakteristischen Gibbs-Phänomen (kannst du gerne mit einer Google-Suche nach entsprechenden Oszillogrammen überprüfen). Was sonst kannst du mit negativen Effekten und Artefakten meinen? Lies mal obigen Link zur Filtertheorie!


martian_23

martian_23 schrieb:

Es ist schon richtig, dass auch das Gehör selber einen Tiefpass bildet, aber der lässt sich nicht mit elektrischen Filtern vergleichen, d.h. es muss keine Filterresonanz (Zeitverschmierung) erwartet werden, da die Filterwirkung darin besteht, dass schlicht keine Rezeptoren für höhere Frequenzen vorhanden sind (nehmen wir mal an).

Ich bin zwar kein Spezialist für die Biologie des Ohres, aber da es sich bei den Rezeptoren um natürliche Objekte handelt, für die genau die gleichen Gesetzmäßigkeiten wie für alle anderen gelten, bezweifle ich doch sehr stark, dass sich die Filtertheorie hier nicht anwenden lässt.

Lasse mich aber gerne eines besseren belehren.

Du vergisst aber, dass die schädliche Wirkung des Filters auf die Transientenwiedergabe weit in den Hörbereich hineinspielt

Warum?

Ich meine, dann könnte man auch behaupten, ein stinknormaler analoger TP mit einer Grenzfrequenz von 100kHz wäre hörbar. Natürlich gibt es eine Filterwirkung im hörbaren Bereich, aber in welcher Größenordnung denn bitte?

Zeitverschmierung durch konventionelle Antialiasingfilter ist Realität und – offenbar – hörbar.

Der Begriff "Zeitverschmierung" gefällt mir nicht. Bleiben wir doch bei wissenschaftlichen Ausdrücken wir Phasendrehung und Gruppenlaufzeit.

Jedes Filter dreht frequenzabhängig an der Phase. Durch geschickte Wahl der Filterkoeffizienten lässt sich aber ein linear-phasiges Filter erstellen (Realisierung nur per FIR möglich).

Ob die erhöhte Gruppenlaufzeit in dem Bereich hörbar ist, würde ich nicht "offenbar" nennen, sogar eher stark bezweifeln.

Ob mit oder ohne Oversampling, es ändert sich nichts Grundsätzliches an der Rechteckwiedergabe mit dem charakteristischen Gibbs-Phänomen

Und?

Gruß
Cpt.

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

Ich bin zwar kein Spezialist für die Biologie des Ohres, aber da es sich bei den Rezeptoren um natürliche Objekte handelt, für die genau die gleichen Gesetzmäßigkeiten wie für alle anderen gelten, bezweifle ich doch sehr stark, dass sich die Filtertheorie hier nicht anwenden lässt. Lasse mich aber gerne eines besseren belehren.

Ich mich auch. Allerdings, es ist praxisfremd anzunehmen, dass Resonanzen im Hochtonbereich, wie sie z.T. bei Hochtönern anzutreffen sind, nicht hörbar sein sollen. Nach meiner Erfahrung sind sie es. So gesehen stellt ein elektrisches Tiefpassfilter – das ja ohnehin nicht mit dem anatomisch bedingten deckungsgleich ist – ebenfalls eine potentiell hörbare Resonanz dar, zumindest eine Potenzierung der allfälligen natürlichen Filterresonanz des Ohrs.

(«Du vergisst aber, dass die schädliche Wirkung des Filters auf die Transientenwiedergabe weit in den Hörbereich hineinspielt.») Warum?

Warum nicht? Schau dir mal den Frequenzgang eines ungefilterten Analogsignals unmittelbar nach der Wandlung an (oder auch denjenigen eines Wadia, der ersterem nachempfunden ist). Der Abfall beginnt schon relativ früh, um 6 kHz. Wie in obigem Link gezeigt, ist er auf eine abtastratenbedingte Amplitudenmodulation zurückzuführen, die erst nach Equalizing durch das sogenannte «Rekonstruktionsfilter» und dessen Resonanzwirkung geglättet ist.

Ich meine, dann könnte man auch behaupten, ein stinknormaler analoger TP mit einer Grenzfrequenz von 100 kHz wäre hörbar. Natürlich gibt es eine Filterwirkung im hörbaren Bereich, aber in welcher Größenordnung denn bitte?

Das ist der Denkfehler: Es geht nicht um Filterwirkung im Amplituden-, sondern im Zeitbereich. Nach meinem Ermessen ist sie bei einer Eckfrequenz von 100 kHz einigermassen vernachlässigbar

Der Begriff "Zeitverschmierung" gefällt mir nicht.

Dein Problem! Ich verwende ihn, weil er im englischen Sprachraum gebräuchlich ist.

Bleiben wir doch bei wissenschaftlichen Ausdrücken wie Phasendrehung und Gruppenlaufzeit.

Irrtum, darum geht es nicht.

Jedes Filter dreht frequenzabhängig an der Phase. Durch geschickte Wahl der Filterkoeffizienten lässt sich aber ein linear-phasiges Filter erstellen (Realisierung nur per FIR möglich).

Sicher. Aber die Vor- und Nachschwinger einer extremen Filterresonanz wie im Falle des Antialiasingfilters wirst du nicht los. Resonanz ist nicht identisch mit Gruppenlaufzeit und Phasendrehung.

(«Ob mit oder ohne Oversampling, es ändert sich nichts Grundsätzliches an der Rechteckwiedergabe mit dem charakteristischen Gibbs-Phänomen») Und?

Worüber reden wir denn? Potentiell hörbare Artefakte einer abrupten Tiefpassfilterung. Auch andere Leute (und manche Hersteller) machen sich darüber Gedanken. Es gibt Firmenphilosophien, die eine zeitrichtige statt einer amplitudenkorrigierten Filterung favorisieren. Ich bin in dieser Hinsicht neutral – weil mich die Filterresonanz zwar stört, aber ich nicht so ohne weiteres bereit bin, sie gegen einen Höhenabfall einzutauschen.


martian_23

Ich habe mir den Link angeschaut, allerdings nicht alles Wort für Wort durchgelesen, sondern nur überflogen. Der Inhalt ist mir mehr oder weniger geläufig.

Dass es kein ideal rechteckiges Tiefpassfilter geben kann dürfte hinlänglich bekannt sein. Um dessen negativen Eigenschaften zu verhindern, wendet man Oversampling an und setzt das Filter sehr viel höher an und lässt es flacher verlaufen. Der Sperrbereich des Filters endet bereits weit ausserhalb des hörbaren Bereichs. So weit ausserhalb nämlich, dass keine Effekte entstehen, welche durch das Filter und Resonanz bedingt im hörbaren Bereich landen. Das Gibb-Phänomen hat damit erst einmal überhaupt nichts zu tun!

Zu Gibb heisst es dann dafür in deinem Link, genau das was ich in meinem vorhergehenden Beitrag auch gesagt habe:

ZITAT: Glauben Sie übrigens nicht, dass es sich hierbei lediglich um ein technisches Problem handelt. Die gleichen Probleme treten natürlich auch bei der menschlichen Spracherzeugung und Wahrnehmung auf. Schliesslich handelt es sich bei dem Unschärfeprinzip um ein NATURGESETZ. ZITAT ENDE

Das Unschärfeprinzip, wird im Artikel zwar anhand von Tiefpassfiltern erläutert, es ist aber nicht auf elektrische oder digitale Filter beschränkt sondern tritt in jedem tiefpassgefilterten System auf.

Nach deiner Theorie dürfte es ja gar keine Tiefpassfilterung geben. Das ist aber rein physikalisch unmöglich, sowohl in der Technik als auch in der Natur.

martian_23 schrieb:

Warum nicht? Schau dir mal den Frequenzgang eines ungefilterten Analogsignals unmittelbar nach der Wandlung an (oder auch denjenigen eines Wadia, der ersterem nachempfunden ist). Der Abfall beginnt schon relativ früh, um 6 kHz.

Entschuldige, das ich etwas heftig werde, aber das ist ausgemachter BLÖDSINN. Ein Wandler der so arbeitet ist kapputt und würde sicher von niemandem eingesetzt. Das hat man vielleicht in der digitalen Urzeit so gemacht.

martian_23 schrieb:

Worüber reden wir denn? Potentiell hörbare Artefakte einer abrupten Tiefpassfilterung.

Ja! Endlich! Und genau deshalb wird die Filterung in der Praxis nie ABRUPT durchgeführt! Genau deshalb wendet man Oversampling an!

Hallo martian_23

ich lese schon eine Weile mit.
Verstehen würde ich gern was u.a. damit gemeint ist:

martian_23 schrieb:

Es geht nicht um Filterwirkung im Amplituden-, sondern im Zeitbereich.

Zeit-/Frequenzbereich sind doch nur andere aber äquivalente Sichtweisen der selben Sache.
...

martian_23 schrieb:

Resonanz ist nicht identisch mit Gruppenlaufzeit und Phasendrehung.

usw.

Offensichtlich verwendest du diese Begriffe mit einer unüblichen Bedeutung.

bevor es noch heftiger und missverständlicher wird eine Bitte: benutze doch eindeutige definierte wissenschaftliche Audrücke, die alle verstehen, in ihrer ursprünglichen Bedeutung.

Gruß
Franz

martian_23 schrieb:

Ich mich auch. Allerdings, es ist praxisfremd anzunehmen, dass Resonanzen im Hochtonbereich, wie sie z.T. bei Hochtönern anzutreffen sind, nicht hörbar sein sollen.

Können sie ja auch sein, auch die die außerhalb des Hörbereichs liegen. Grund sind die Nichtlinearitäten.

das ja ohnehin nicht mit dem anatomisch bedingten deckungsgleich ist – ebenfalls eine potentiell hörbare Resonanz dar, zumindest eine Potenzierung der allfälligen natürlichen Filterresonanz des Ohrs.

Dabei übersiehst Du aber, dass das Ohr der Empfänger ist. Damit fällt er für die Betrachtung von Filterresonanzen (ich denke, Du meinst Überhöhungen; übrigens muss nicht jeder Filter welche haben) außer Betracht. Denn es ist nur interessant, was bis zum Ohr geschieht, nicht was der Empfänger daraus macht.

Warum nicht? Schau dir mal den Frequenzgang eines ungefilterten Analogsignals unmittelbar nach der Wandlung an (oder auch denjenigen eines Wadia, der ersterem nachempfunden ist). Der Abfall beginnt schon relativ früh, um 6 kHz. Wie in obigem Link gezeigt, ist er auf eine abtastratenbedingte Amplitudenmodulation zurückzuführen, die erst nach Equalizing durch das sogenannte «Rekonstruktionsfilter» und dessen Resonanzwirkung geglättet ist.

Mir ist ein Abfall der Amplitude zu hohen Frequenzen durch die Auswirkungen der realen Zeitabtastung bekannt (si-bewertet). Wobei ich jetzt aber zugeben muss, dass ich nicht weiß, ob das heutzutage immer noch so ist, wie da gefiltert wird usw.

Ein Abfall der Amplitude durch Aliasing in dem Ausmaß halte ich für eher unwahrscheinlich; trench hat dass glaube ich in richtige Worte gefasst.

Das ist der Denkfehler: Es geht nicht um Filterwirkung im Amplituden-, sondern im Zeitbereich. Nach meinem Ermessen ist sie bei einer Eckfrequenz von 100 kHz einigermassen vernachlässigbar

Ein Filter wirkt immer sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich. Nix Denkfehler.

Dein Problem! Ich verwende ihn, weil er im englischen Sprachraum gebräuchlich ist.

Echt? Wie lautet der Fachbegriff denn da? Ich kenne dort ebenfalls nur Group Delay.

Bleiben wir doch bei wissenschaftlichen Ausdrücken wie Phasendrehung und Gruppenlaufzeit. Irrtum, darum geht es nicht.

Worum denn dann? Was genau meinst Du denn mit "Zeitverschmierung"? Das lange Ausschwingen auf der Resonanzfrequenz?

Jedes Filter dreht frequenzabhängig an der Phase. Durch geschickte Wahl der Filterkoeffizienten lässt sich aber ein linear-phasiges Filter erstellen (Realisierung nur per FIR möglich). Sicher. Aber die Vor- und Nachschwinger einer extremen Filterresonanz wie im Falle des Antialiasingfilters wirst du nicht los. Resonanz ist nicht identisch mit Gruppenlaufzeit und Phasendrehung.

Man kann sie loswerden. Dadurch müssen eben nur die Filterkoeffizienten passend gewählt werden. Zugegeben, je höher die Filterordnung umso schwieriger wird das.

Aber ich meine, dass T&A vor Jahren mal solche Digitalfilter verwendet hat.

Worüber reden wir denn? Potentiell hörbare Artefakte einer abrupten Tiefpassfilterung. Auch andere Leute (und manche Hersteller) machen sich darüber Gedanken. Es gibt Firmenphilosophien, die eine zeitrichtige statt einer amplitudenkorrigierten Filterung favorisieren. Ich bin in dieser Hinsicht neutral – weil mich die Filterresonanz zwar stört, aber ich nicht so ohne weiteres bereit bin, sie gegen einen Höhenabfall einzutauschen.

Firmenphilosophien und harte Fakten widersprechen sich leider des öfteren.

Bei dem Entwurf eines Filters geht es nunmal darum, innerhalb der vorgegebenen Grenzen das beste Ergebnis zu erzielen.

Filter innerhalb einer Kette, an deren Ende ein Ohr als Empfänger sitzt, haben andere Bedingungen als welche, wo das Auge das Zielobjekt darstellt.

Unser Ohr ist gegenüber Phasenfehlern (Gruppenlaufzeitverzerrungen, "Zeitverschmierung") in weiten Bereichen taub, während es auf Amplitudenfehler sehr empfindlich reagiert. Anders das Auge, dem sind Amplitudenfehler realtiv egal, Phasenfehler bringen es durcheinander.

Dann müssen eben ganz anders optimierte Filter für das Antialiasing gesetzt werden.

Gruß
Cpt.

Hallo Cpt.

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

martian_23 schrieb: Ich mich auch. Allerdings, es ist praxisfremd anzunehmen, dass Resonanzen im Hochtonbereich, wie sie z.T. bei Hochtönern anzutreffen sind, nicht hörbar sein sollen. Können sie ja auch sein, auch die die außerhalb des Hörbereichs liegen. Grund sind die Nichtlinearitäten.

um es auf den Punkt zu bringen: du meinst sicher lineare Verzerrungen, Amplituden-Frequenzgangänderungen (unterhalb der Resonanzfreuenz und) unterhalb von 20 kHz, somit im Hörbereich.
Das hat dann ja auch nichts mit dem Thema zu tun, es ist ja ein Hörereignis aus dem Bereich unter 20kHz.

Letztlich hat der ganze AD/DA-CDplayer-Exkurs von martian_23 nichts mit dem Thema zu tun, da es ja spekulativ um mutmaßliche Auswirkungen der Filter im traditionellen Hörbereich geht.

Klar kann man durch Beschallung mit Ultraschall geeigneten Pegels Hörereignisse hervorrufen, genauso wie mit Infrarot- und Mikrowellen.
In der gängigen serösen wissenschaftlichen Literatur habe ich allerdings bisher noch keinen Hinweis auf die Relevanz von Ultraschall bei der Musikwiedergabe bei üblichen Pegeln gefunden.

Gruß
Franz

Franz-J. schrieb:

um es auf den Punkt zu bringen: du meinst sicher lineare Verzerrungen, Amplituden-Frequenzgangänderungen (unterhalb der Resonanzfreuenz und) unterhalb von 20 kHz, somit im Hörbereich.

Nein, ich meinte Resonanz außerhalb des Hörbereichs. Die können Hörbar werden, durch Intermodulation, die wiederum aus Nichtlinearitäten entsteht:

http://www.kleinhumm...eren_ueber_20kHz.pdf

Wurde bestimmt schon... wenn nicht noch öfter hier im Forum verlinkt.

Mein eigener Senf zu dem Thema:

es mag Menschen geben, die mehr als die üblichen 20kHz zu hören in der Lage sind.

Sind wahrscheinlich ein Fall fürs Kino, wo in letzter Zeit so viele Superhelden-Filme laufen

Der überwiegende Teil der Menschheit ist dazu - bei normalen Pegeln - nicht in der Lage.

Gruß
Cpt.

hi,

also ich hab letztens noch einen kleinen test gemacht und mit dem testton-generator frequenzen bis 22khz erzeugt. ergebnis (wenn auch bei hoher lautstärke in den extrem hohen regionen): ich kann auch noch 22khz wahrnehmen.

nun weiß ich nicht, ob der generator wirklich einen solchen sinus ausgibt ... und ob da nicht die soundkarte oder was weiß ich was noch ihren senf zugibt. aber angenommen, es war ein 22khz-sinus, kann ich wohl behaupten auch bis 22khz hören zu können habs übrigens über die sennheiser hd600 getestet.

Hallo Cpt.

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

Nein, ich meinte Resonanz außerhalb des Hörbereichs. Die können Hörbar werden, durch Intermodulation, die wiederum aus Nichtlinearitäten entsteht:

klar, kenne ich
es geht natürlich letztlich immer um Hörereignisse unterhalb 20kHz (die IM-Produkte).

Gruß
Franz

PS: Die Verständnisprobleme die die zeit- und amplitudendiskrete Signalverarbeitung auch heute offensichtlich noch einigen bereitet und die sich in der Grafik und deren (Miß-)Deutung manifestiert, haben wir hier schon hinlänglich diskutiert (Themen Shannon-Theorem, CD-Lüge ...).

Franz-J. schrieb:

es geht natürlich letztlich immer um Hörereignisse unterhalb 20kHz (die IM-Produkte).

Jupp.

Gruß
Cpt.

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

Können sie ja auch sein, auch die die außerhalb des Hörbereichs liegen. Grund sind die Nichtlinearitäten.

Stimmt, die begleitenden Frequenzgangnichtlinearitäten habe ich vergessen. Somit sticht dieses Argument tatsächlich nicht.

So gesehen stellt ein elektrisches Tiefpassfilter – das ja ohnehin nicht mit dem anatomisch bedingten deckungsgleich ist – ebenfalls eine potentiell hörbare Resonanz dar, zumindest eine Potenzierung der allfälligen natürlichen Filterresonanz des Ohrs.

Aber darum geht es mir letztlich.

Dabei übersiehst Du aber, dass das Ohr der Empfänger ist. Damit fällt er für die Betrachtung von Filterresonanzen (ich denke, Du meinst Überhöhungen; übrigens muss nicht jeder Filter welche haben) außer Betracht. Denn es ist nur interessant, was bis zum Ohr geschieht, nicht was der Empfänger daraus macht.

Nein, eben nicht Überhöhungen, sondern Resonanzen im Zeitbereich. Wenn die Tiefpasscharakteristik des Ohrs wirklich unter Filterresonanzen nach der klassischen Filtertheorie «leidet», muss sie in dieser Hinsicht in Betracht gezogen werden – du warst es ja, der dies forderte und damit die These verknüpfte, die Antialiasingfilterresonanz sei unhörbar.

Mir ist ein Abfall der Amplitude zu hohen Frequenzen durch die Auswirkungen der realen Zeitabtastung bekannt (si-bewertet). Wobei ich jetzt aber zugeben muss, dass ich nicht weiß, ob das heutzutage immer noch so ist, wie da gefiltert wird usw.

Logisch ist das nach wie vor so, denn das Redbook-CD-Format hat sich nicht verändert. Wir reden ja vom reinen Signal ab CD nach Wandlung, ohne Filterung.

Ein Abfall der Amplitude durch Aliasing in dem Ausmaß halte ich für eher unwahrscheinlich...

Du wirst nicht darum herumkommen – und hast offenbar meinen Link doch nicht beachtet: Grafik. Wobei, Aliasing im klassischen Sinne ist es nicht, weshalb ich von Amplitudenmodulation rede.

(«Das ist der Denkfehler: Es geht nicht um Filterwirkung im Amplituden-, sondern im Zeitbereich. Nach meinem Ermessen ist sie bei einer Eckfrequenz von 100 kHz einigermassen vernachlässigbar.») Ein Filter wirkt immer sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich. Nix Denkfehler.

Missverständnis: Ich wollte ausdrücken, dass die Filterwirkung den hörbaren Bereich zeitmässig höchstens vernachlässigbar tangiert, und nicht, dass sie ihn amplitudenmässig nicht tangiert (was logischerweise auch kein Problem ist).

Echt? Wie lautet der Fachbegriff denn da? Ich kenne dort ebenfalls nur Group Delay.

Das ist ganz was anderes.

Worum denn dann? Was genau meinst Du denn mit "Zeitverschmierung"? Das lange Ausschwingen auf der Resonanzfrequenz?

Exakt. «Time smearing» findest du tausendfach, auch in seriösen Artikeln. Und er bezeichnet nicht die Gruppenlaufzeit. Wobei zu beachten ist, dass das Ein- und Ausschwingen eben nicht nur auf der Resonanzfrequenz geschieht, sondern bis weit in den hörbaren Bereich hinein (soweit das Filter eine anhebende – resonante – Charakteristik zeigt) auf der angeregten Frequenz.

Man kann sie loswerden. Dadurch müssen eben nur die Filterkoeffizienten passend gewählt werden. Zugegeben, je höher die Filterordnung, umso schwieriger wird das.

Nicht nur das. Ein (einigermassen) sauberes Rechteck ohne Vor- und Nachschwinger kann nur mit einem gleichzeitigen Höhenabfall (= sanfter Filterknick) erreicht werden. Ein abruptes Filter bei Linearität bis 20 kHz erzeugt automatisch das berüchtigte «Ringing».

Aber ich meine, dass T&A vor Jahren mal solche Digitalfilter verwendet hat.

Es gibt auch heute diverse Hersteller (T+A, Sony...), die umschaltbare Filter anbieten, u.a. auch «Spline»-Filter nach Wadia-Vorbild mit dem erwähnten Höhenabfall – das übrigens die Amplitudenmodulation intakt lässt, wie nicht anders zu erwarten.


martian_23

martian_23 schrieb:

Dabei übersiehst Du aber, dass das Ohr der Empfänger ist. Damit fällt er für die Betrachtung von Filterresonanzen (ich denke, Du meinst Überhöhungen; übrigens muss nicht jeder Filter welche haben) außer Betracht. Denn es ist nur interessant, was bis zum Ohr geschieht, nicht was der Empfänger daraus macht. Nein, eben nicht Überhöhungen, sondern Resonanzen im Zeitbereich.

Kommt letztendlich aufs gleiche hinaus. Jedes Filter, dass im Zeitbereich auf (einer) seiner Resonanzfrequenz(en) nachschwingt, hat auch eine Überhöhung im Frequenzbereich.

Nur Filter mit Polstellen, die nur einen negativen Realteil, also keinen imaginären Anteil, haben, zeigen in ihrer Übertragungsfunktion keine Überhöhung.

Aber tatsächlich ist diese Überhöhung bei Tiefpässen mit Imaginären Polstellen unterhalb der eigentlichen Grenzfrequenz.

Wenn die Tiefpasscharakteristik des Ohrs wirklich unter Filterresonanzen nach der klassischen Filtertheorie «leidet», muss sie in dieser Hinsicht in Betracht gezogen werden – du warst es ja, der dies forderte und damit die These verknüpfte, die Antialiasingfilterresonanz sei unhörbar.

Selbst wenn das so wäre, dann ist das egal.

Es geht um eine Übertragungsstrecke, von der Quelle (CD etc.; nicht das Abspielgerät selber!) bis zum Empfänger (Ohr). Diese Übertragungsstrecke hat gefälligst so linear wie möglich zu sein, wobei die Optimierung da enden kann, wo die Fehler unterhalb der Hörschwelle liegen (OK, ein bisschen Spielraum darf man sich schon genehmigen).

Übrigens dürfte der Tiefpass "Ohr" nicht nur eine (auch keine mehrfache), sondern mehrere Polstellen ("Grenzfrequenzen") bei unterschiedlichen Frequenzen haben.

Eine Resonanzüberhöhung ist aus der Hörschwellenkurve nicht zu erkennen.

Mir ist ein Abfall der Amplitude zu hohen Frequenzen durch die Auswirkungen der realen Zeitabtastung bekannt (si-bewertet). Wobei ich jetzt aber zugeben muss, dass ich nicht weiß, ob das heutzutage immer noch so ist, wie da gefiltert wird usw. Logisch ist das nach wie vor so, denn das Redbook-CD-Format hat sich nicht verändert. Wir reden ja vom reinen Signal ab CD nach Wandlung, ohne Filterung.

Tschuldigung, ich war auf der falschen Seite.

Wird ein analoges Signal abgetastet, so ergibt sich eine Bewertung des Spektrums mit der si-Funktion. Ich weiß leider nicht, ob das auf der CD schon ausgeglichen wurde. Wenn nicht, dann würde das diesen Abfall zu hohen Frequenzen erklären.

Ob das mit dem Aliasing zu tun haben könnte, lasse ich mir nochmal durch mein Hirn wandern.

Worum denn dann? Was genau meinst Du denn mit "Zeitverschmierung"? Das lange Ausschwingen auf der Resonanzfrequenz? Exakt. «Time smearing» findest du tausendfach, auch in seriösen Artikeln.

Diese seriösen Artikel gehören verbrannt.

Jetzt mal ernsthaft: Rechteckwiedergabe bedeutet nichts anderes als immer und immer wieder erneute Einschaltvorgänge. Was man dann auf dem -skop sieht ist nichts anderes als die Sprungantwort des Systems.

"Time smearing" ist dann nichts anderes als eine ganz herkömmliche Filterwirkung, und außerdem ein verwirrender Ausruck (finde ich).

Und er bezeichnet nicht die Gruppenlaufzeit.

Das ist eben das verwirrende an dem Begriff. Denn dieses in angelsächsischer Literatur verwendete "time smearing" betrifft nicht nur die Phase, sondern auch die Amplitude. Geht gar nicht anders, Herr Fourier (und später Herr Laplace) hat da leider einen Riegel vorgeschoben.

Fehler im Zeitbereich lassen sich wunderbar durch die Gruppenlaufzeit charakterisieren, und sie gehen mit langen Nachschwingern Hand in Hand.

Wobei zu beachten ist, dass das Ein- und Ausschwingen eben nicht nur auf der Resonanzfrequenz geschieht, sondern bis weit in den hörbaren Bereich hinein (soweit das Filter eine anhebende – resonante – Charakteristik zeigt) auf der angeregten Frequenz.

Das lange Nachschwingen betrifft natürlich nicht nur diese einzelne Frequenz, sondern auch den nahen Bereich drumherum. Ob das "weit" in den hörbaren Bereich hineinreicht, wage ich zu bezweifeln.

Nicht nur das. Ein (einigermassen) sauberes Rechteck ohne Vor- und Nachschwinger kann nur mit einem gleichzeitigen Höhenabfall (= sanfter Filterknick) erreicht werden.

Richtig. Wobei sich dieser Abfall in Grenzen hält.

Ein abruptes Filter bei Linearität bis 20 kHz erzeugt automatisch das berüchtigte «Ringing».

Mal davon abgesehen, dass kein Filter abrupt ist, ja, auch richtig.

Aber ich meine, dass T&A vor Jahren mal solche Digitalfilter verwendet hat. Es gibt auch heute diverse Hersteller (T+A, Sony...), die umschaltbare Filter anbieten, u.a. auch «Spline»-Filter nach Wadia-Vorbild mit dem erwähnten Höhenabfall

Spline-Filter, genau das wars. Wenn ich mich recht erinnere, hat aber T&A die noch vor Wadia eingesetzt. Oder warens Bezier? Verdammt, ist das schon lange her.

Gruß
Cpt.

P.S.: ich hoffe, dass ich mit dem zitieren nicht durcheinander gekommen bin

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

Kommt letztendlich aufs gleiche hinaus. Jedes Filter, dass im Zeitbereich auf (einer) seiner Resonanzfrequenz(en) nachschwingt, hat auch eine Überhöhung im Frequenzbereich. Nur Filter mit Polstellen, die nur einen negativen Realteil, also keinen imaginären Anteil, haben, zeigen in ihrer Übertragungsfunktion keine Überhöhung. Aber tatsächlich ist diese Überhöhung bei Tiefpässen mit Imaginären Polstellen unterhalb der eigentlichen Grenzfrequenz.

Komisch, dass du jetzt komplett den Faden verloren hast. Wir waren schon mal näher dran. Die Filterresonanz (um 21,5 kHz) wirkt bis zu der Frequenz hinunter, deren Amplitude sie korrigiert (im klassischen «Rekonstruktionsfilter»). Das ist wie erwähnt um die 6 kHz. Dein Einwand war, dass das Ohr selber einen Tiefpass aufweise (richtig!), der wiederum der Filtertheorie unterworfen sei (noch offen), weshalb die Filterartefakte gehörmässig nicht ins Gewicht fielen (von mir in jedem Fall bestritten). Mein Gegeneinwand im mittleren Szenario war, dass die Filtercharakteristik des Gehörs im Zeitbereich – also was die Vor-/Nachschwingneigung betrifft – so oder so nicht deckungsgleich mit derjenigen des Antialiasingfilters sein kann, weshalb die Hörbarkeit von dessen Artefakten nicht grundsätzlich unmöglich ist. Und letztlich ergibt sich aus zwei hintereinandergeschalteten Tiefpässen eine kumulierende Wirkung: Die Zuschaltung eines zusätzlichen Filters mit seinen Zeitfehlern rückt letztere ohne weiteres in die Nähe der Hörbarkeitsvermutung.

(«Wenn die Tiefpasscharakteristik des Ohrs wirklich unter Filterresonanzen nach der klassischen Filtertheorie «leidet», muss sie in dieser Hinsicht in Betracht gezogen werden – du warst es ja, der dies forderte und damit die These verknüpfte, die Antialiasingfilterresonanz sei unhörbar.») Selbst wenn das so wäre, dann ist das egal.

Inwiefern? Worauf bezieht sich dein Kommentar?

Übrigens dürfte der Tiefpass "Ohr" nicht nur eine (auch keine mehrfache), sondern mehrere Polstellen ("Grenzfrequenzen") bei unterschiedlichen Frequenzen haben.

Gute Idee!

Wird ein analoges Signal abgetastet, so ergibt sich eine Bewertung des Spektrums mit der si-Funktion. Ich weiß leider nicht, ob das auf der CD schon ausgeglichen wurde. Wenn nicht, dann würde das diesen Abfall zu hohen Frequenzen erklären.

Ja, tut es (erklären).

Ob das mit dem Aliasing zu tun haben könnte, lasse ich mir nochmal durch mein Hirn wandern.

Schau bitte endlich die verlinkte Grafik an, die erklärt den Abfall nämlich anschaulicher als die si-Funktion.

Jetzt mal ernsthaft: Rechteckwiedergabe bedeutet nichts anderes als immer und immer wieder erneute Einschaltvorgänge. Was man dann auf dem -skop sieht ist nichts anderes als die Sprungantwort des Systems. "Time smearing" ist dann nichts anderes als eine ganz herkömmliche Filterwirkung, und außerdem ein verwirrender Ausruck (finde ich).

Endlich hast du's erfasst! Ich rede nämlich von nichts anderem. (Der Ausdruck wird aber auch für anderes verwendet, z.B. Nahreflexionen bei LS.)

Fehler im Zeitbereich lassen sich wunderbar durch die Gruppenlaufzeit charakterisieren, und sie gehen mit langen Nachschwingern Hand in Hand.

Nun ist aber eine Resonanz kein Gruppenlaufzeitverzerrung.

Das lange Nachschwingen betrifft natürlich nicht nur diese einzelne Frequenz, sondern auch den nahen Bereich drumherum. Ob das "weit" in den hörbaren Bereich hineinreicht, wage ich zu bezweifeln.

Siehe oben!

Wobei sich dieser Abfall in Grenzen hält.

–3 dB bei 20 kHz (grob). Spline-Filter-mässig.

Mal davon abgesehen, dass kein Filter abrupt ist, ja, auch richtig.

Oh, der Herr ist spitzfindig! Und verteilt Zensuren...

Spline-Filter, genau das wars. Wenn ich mich recht erinnere, hat aber T&A die noch vor Wadia eingesetzt. Oder warens Bezier? Verdammt, ist das schon lange her.

Meines Wissens war Wadia zuerst. Hat auch vor T+A CD-Spieler gebaut, wenn ich mich nicht irre, von Beginn weg nach ihrer Spline-Philosophie (= Zeitoptimierung, bloss minimaler Ringing-Ansatz). Das Spline-Filter simuliert übrigens ziemlich exakt das filterlose Analogsignal. (Hab ich das schon erwähnt?)


martian_23

Hallo martian_23,

martian_23 schrieb:

Komisch, dass du jetzt komplett den Faden verloren hast. Wir waren schon mal näher dran. Die Filterresonanz (um 21,5 kHz) wirkt bis zu der Frequenz hinunter, deren Amplitude sie korrigiert (im klassischen «Rekonstruktionsfilter»). Das ist wie erwähnt um die 6 kHz. Dein Einwand war, dass das Ohr selber einen Tiefpass aufweise (richtig!), der wiederum der Filtertheorie unterworfen sei (noch offen), weshalb die Filterartefakte gehörmässig nicht ins Gewicht fielen (von mir in jedem Fall bestritten).

ich versuche mal Anschluß wiederzufinden, habe aber ein Problem mit deiner Begriffswelt (Filterresonanz, Filterartefakte etc.) die du nicht definiert hast und offensichtlich anders gebrauchst als allgemein in der Elektrotechnik üblich.
So lässt sich das nicht verstehen.

Meinst du mit dem Filter, das bis in den Bereich 6kHz wirken soll, etwa den Apertureffekt?

Gruß
Franz

martian_23 schrieb:

viel Unsinn

Ich behaupte nicht, dass ich die Signaltheorie bis ins Detail verstanden hätte. Es gibt aber mindestens einen Mitdiskutanten, der sie noch weniger verstanden hat als ich und aus seinem Halbwissen Zusammenhänge zu konstruieren versucht, die so ganz einfach nicht gegeben sind.

Dazu gehört auch die verlinkte Grafik. Die ist zwar lustig anzusehen, hat mit der Realität aber rein gar nicht zu tun. Die derart dargestellten Signale würden nicht nur scheusslich klingen, sondern jeden Laustprecher innerhalb von Sekundenbruchteilen in den Himmel schiessen würden.

Die richtigen Stichworte zu der Grafik (bzw. die Begründung weshalb die Grafik falsch ist) hat Franz-J. ja schon eingebracht.

Bitte, bitte mach doch mal folgendes: Nimm dir eine CD auf der sich Hochfrequente Sinus-Töne befinden, geh zu jemandem der ein einfaches Oszilloskop hat und schaue dir an, was nach der DA-Wandlung herauskommt. Weshalb, dass so ist musst du ja noch nicht einmal verstehen, aber nur schon mal zu sehen wie es tatsächlich ist könnte heilsam sein.

Du hast eine völlig falsche Vorstellung davon wie Wandler und deren Rekonstruktionsfilter arbeiten und wirfst Begriffe und Sachverhalte wild durcheinander. Das macht das diskutieren etwas schwierig.

Hallo zusammen,

trench schrieb:

martian_23 schrieb: viel Unsinn Es gibt aber mindestens einen Mitdiskutanten, der sie noch weniger verstanden hat als ich und aus seinem Halbwissen Zusammenhänge zu konstruieren versucht, die so ganz einfach nicht gegeben sind.

bevor wir hier noch mal alles neu schreiben müssen, Threads über ähnliche Verständnisprobleme und polemisch-esoterische Zeitschriftenartikel hatten wir u.a. da:

Probleme der digitalen Audiotechnik: Abtasttheorem, Bandbegrenztheit..

Die CD-Lüge

Gruß
Franz

So, ich glaube, wir sollten uns jetzt wirklich mal eine gemeinsame Basis an Fachausdrücken zulegen. Sonst gibt das nur weitere Missverständnisse.

Du meinst mit Filterresonanz das lange Nachschwingen, wie es z. B. bei der Rechteckwiedergabe auftritt. Richtig?

Sowas fällt bei mir unter den Begriff "Nachschwingen", denn "Filterresonanz" ist reserviert für die Überhöhung der Übertragungsfunktion im Frequenzbereich. Können wir uns darauf einigen?

Bevor wir weiterdiskutieren sollten wir uns darauf einigen.

Gruß
Cpt.

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

So, ich glaube, wir sollten uns jetzt wirklich mal eine gemeinsame Basis an Fachausdrücken zulegen. Sonst gibt das nur weitere Missverständnisse. ... Bevor wir weiterdiskutieren sollten wir uns darauf einigen.

und darauf nur Hör-Ereignisse deutlich über 20kHz zu betrachten (Thema)
sonst läuft das wieder darauf hinaus, gravierende Verständnisprobleme der Signaltheorie zu besprechen.

Gruß
Franz

Franz-J. schrieb:

Bevor wir hier noch mal alles neu schreiben müssen, Threads über ähnliche Verständnisprobleme und polemisch-esoterische Zeitschriftenartikel hatten wir u.a. da: Probleme der digitalen Audiotechnik: Abtasttheorem, Bandbegrenztheit.. Die CD-Lüge

Ganz interessant, diese Links! (Auch mit der demonstrierten Moderatorenwillkür...) Obwohl ich an sich den Digitalformaten zuneige, habe ich mich sofort mit den vielfach stichhaltigen Argumenten der Analogverteidiger solidarisiert. Warum sollte eine abrupte Bandbegrenzung bei 21 kHz das Nonplusultra in Sachen Aufzeichnungs- und Wiedergabeformat sein! Schliesslich weiss ich aus eigener Erfahrung – als Besitzer eines Universalspielers –, was die hochauflösenden Formate besser machen.

Terminologie hin oder her: Ich stehe weiterhin zu meinen Argumenten. Von denjenigen, die mir nun kommentarlos und pauschal Ahnungslosigkeit unterstellen, ist ansonsten nicht viel an substantiellen Gegenargumenten gekommen. Dabei behaupte ich ja keineswegs, profunde Kenntnisse der Materie zu heben, doch das Wesentliche glaube ich erfasst zu haben.

Ich kann mir nicht vorstellen, was es an besagter Grafik auszusetzen gibt oder an meiner Interpretation. Ich habe klar deklariert, dass sie eine schematische Darstellung von Sinuskurven vor Tiefpassfilterung verkörpert. Jeder kann selber versuchen, ob er zu anderen Resulteten gelangt. Und was die Interpretation betrifft: Wo soll mein Fehler liegen? Darin, dass am Analogausgang eines CD-Spielers keine solche Amplitudenmodulation messbar ist? Ich habe dargelegt, weshalb das so ist. Das resonante Nachschwingen des Rekonstruktionsfilters sorgt für die Einebnung der Amplituden (es spielt keine Rolle, dass ich die Filterfunktion vereinfacht und z.B. die «Windowing»-Filterung nicht erwähnt habe). Tatsache ist, dass eine auf CD aufgezeichnete beabsichtigte amplitudenmodulierte (hochfrequente) Sinuswelle nach konventioneller Wandlung und Filterung am Schluss als kontinuierlicher Sinus herauskommt. Also nichts da mit perfekter Wiedergabegenauigkeit!

Der Apertureffekt wird tatsächlich verantwortlich gemacht für den Höhenabfall des ungefilterten Signals. Ich habe mich ausschliesslich auf die Amplitudenmodulation konzentriert und mag damit falsch gelegen haben. Jedenfalls hat das Vor- und Nachschwingen des amplitudenkompensierenden «Rekonstruktionsfilters» ein hohes Hörbarkeitspotential, da es logischerweise in den Hörbereich hineinwirkt, nicht bloss auf der Resonanzfrequenz.

Ich finde nicht, dass die am Beispiel des CD-Formats ausgedrückte Filterproblematik am Thema vorbeigeht. Denn wie gesagt: Ultraschall selber mag unhörbar sein, sein Fehlen kann aber in diesem Sinne sehr wohl auffallen. Ich habe mal – an einem Meier-Prehead-Prototypen – mit dessen high-cut-Filtern herumexperimentiert, die den «Analoguern» nachempfunden sind, also CD-Filtern zur Entschärfung der harten Tiefpassfilterung. Mit CDs brachten sie eine meist durchaus angenehme Glättung des Klangs, allerdings nicht unbedingt höhere Natürlichkeit. Bei SACDs liessen sie den Vorteil der höheren Auflösung komplett in sich zusammenfallen: der Klang war nun bestenfalls auf CD-Niveau. Und das konsistent mit verschiedensten Aufnahmen. Meine Folgerung daraus: der Klangvorsprung des SACD-Formats kommt höchstwahrscheinlich (einzig) durch die erweiterte Bandbreite zustande.


martian_23

Hallo,

jetzt muss ich doch noch mal meinen Senf dazugeben. Erst mal möchte ich einige Definitionen klären:


Zeitbereich / Frequenzbereich
Beispiel ein Rechtecksignal. Das was ein Oszilloskop zeigt, ist eine Darstellung im Zeitbereich. Im Frequenzbereich wird das Rechteck im Frequenzspektrum mit den zughörigen Phasenanteilen der Frequenzkomponenten dargestellt. Eine Umrechnung vom Zeitbereich in den Frequenzbereich ist möglich und in der Beschreibung des Signals gleichwertig. Beispiel siehe Link, der leider momentan nicht funktioniert:http://www.gymmelk.ac.at/~nus/physik/applets/fourier.html. Vielleicht ist es ja nur ein kurzfristige Störungen. Auf der Seite kann man sehr schön probieren, was bei einem Signal passiert, wenn man Pegel und Phase der einzelnen Frequenzkomponenten ändert.

Unter der Vorraussetzung, dass keine nichtlineare Verzerrungen auftreten, kann man auch die Übertragungsfunktion von Komponenten (z.B. Filter) sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich betrachten. Macht man dies im Zeitbereich, so lassen sich die Ergebnisse in den Frequenzbereich umrechnen und umgekehrt. Dies bedeutet, dass wenn z.B. ein Filter ein Einschwingverhalten zeigt, so macht sich dies im Frequenzbereich auch im Amplitudengang und in dem Phasengang bemerkbar.


Analoge Tiepass-Filter
Ein analoges Tiefpassfilter filtert die hohen Frequenzen weg. Bei einem CD-Player ohne Oversampling muss dieser knapp über dem Übertragungsbereich einsetzten. Daher ist die Steilheit sehr hoch, denn bereits bei 44 kHz muss der Filter eine sehr hohe Dämpfung aufweisen. Daraus resultiert auch eine deutliche Phasenverschiebung bei Frequenzanteilen im Übertragungsbereich bzw. eine große Einschwingzeit bei der Betrachtung im Zeitbereich.


Digitale Tiefpass-Filter
Hier handelt es sich auch um einen Tiefpassfilter, aber wie der Name schon sagt auf digitaler Basis. Ein analoges Signal muss also (durch einen A/D-Wandler) in ein digitales Format gewandelt werden. Frequenzen, die eliminiert werden sollen, werden also durch mathematische Algorithmen rausgerechnet. Dies ist natürlich nur möglich, wenn die Samplingfreqeunz mindestens doppelt so hoch ist, wie die Frequenzen, die herausgefiltert werden sollen. Digitale Filter haben den Vorteil, dass sie nicht solche Phasenverschiebungen produzieren wie analoge Filter, siehe hier:


Das ganze Dokument als PDF, siehe Link


Oversampling
Das Oversamplingverfahren hat im eigentlichen Sinn nichts mit einem digitalen Tiefpass zu tun. Der CD-Standard basiert einer Abtastfrequenz von 44 kHz, was bedeutet, dass bei der maximalen analogen Frequenz von 20 kHz, ca. 2 Werte pro Periode zur Verfügung stehen. Damit ergibt sich, wie von martian_23 schon gesagt, folgendes Signal vor jeglicher Filterung:



Erst wenn man das Signal durch einen steilflankigen Filter schickt, ergibt sich ein reiner Sinus. Allerdings gibt es doch noch eine andere Lösung, das Oversamplingverfahren. Weil ja bekannt ist, dass in dem Ausgangssignal keine weiteren Frequenzen als 20 kHz vorkommen können, ist es doch möglich, weitere Zwischenwerte zu berechnen. Im Grunde simuliert man hiermit, als ob das Signal mit einer höheren Abtastrate aufgezeichnet wurde und kann somit auch eine moderatere Filterung nachschalten, die nur eine geringe Phasenverschiebung im Übertragungsbereich erzeugt.





Zusammenfassung
Bei den heutigen CD-Playern werden keine steilflankigen analogen Filter mehr eingesetzt. Dies wird umgangen durch die Verwendung des Oversamplingverfahrens. Das Oversamplingverfahren hat nichts mit einem üblichen digitalen Tiefpassfilter zu tun. Bei dem Oversamplingverfahren lassen sich die Zwischenwerte durch Iterationsverfahren exakt berechnen. Es gibt keine Mehrdeutigkeiten, weil ja die Bedingung bekannt ist, dass keine Frequenzen über 20 kHz vorkommen können. Wo sollen denn bei der Berechnung der Zwischenwerte Phasenfehler entstehen? Wo sollen Filterresonanzen herkommen, die bis in den Übertragungsbereich wirken? Im Prinzip hat man doch durch das Oversamplingverfahren die gleiche Signalqualität, als ob das Signal mit einer höheren Abtastrate aufgezeichnet wurde (natürlich ohne Frequenzanteil oberhalb 20 kHz). Somit sind auch nachgeschalteten Filtermaßnahmen identisch.

Viele Grüße

Uwe

Moin Uwe,

Uwe_Mettmann schrieb:

Analoge Tiepass-Filter Ein analoges Tiefpassfilter filtert die hohen Frequenzen weg. Bei einem CD-Player ohne Oversampling muss dieser knapp über dem Übertragungsbereich einsetzten. Daher ist die Steilheit sehr hoch, denn bereits bei 44 kHz muss der Filter eine sehr hohe Dämpfung aufweisen. Daraus resultiert auch eine deutliche Phasenverschiebung bei Frequenzanteilen im Übertragungsbereich bzw. eine große Einschwingzeit bei der Betrachtung im Zeitbereich.

Eigentlich soweit richtig, nur muss das Filter schon bei 22kHz eine sehr hohe Wirkung zeigen, denn das Spektrum des abgetasteten Signals wiederholt sich periodisch und ist symmetrisch zu den ganzzahligen Vielfachen der Abtastfrequenz.

Oversampling Das Oversamplingverfahren hat im eigentlichen Sinn nichts mit einem digitalen Tiefpass zu tun.

Oh doch. Denn beim Oversampling muss zwischen den Abtastwerten interpoliert werden, und das entspricht einem Tiefpass.

Gruß
Cpt.

Uwe_Mettmann schrieb:

Digitale Tiefpass-Filter Hier handelt es sich auch um einen Tiefpassfilter, aber wie der Name schon sagt auf digitaler Basis... Oversampling Das Oversamplingverfahren hat im eigentlichen Sinn nichts mit einem digitalen Tiefpass zu tun.

Da muss ich dem Captain recht geben:

...beim Oversampling muss zwischen den Abtastwerten interpoliert werden, und das entspricht einem Tiefpass.

Die Sinc-Funktion üblicher Oversampling-Algorithmen entspricht tatsächlich einem Tiefpassfilter.

Erst wenn man das Signal durch einen steilflankigen Filter schickt, ergibt sich ein reiner Sinus.

Stimmt! Was aber, wenn man das gar nicht will? Sprich: wenn das aufgezeichnete Signal genau so gemeint ist, mitsamt der Amplitudenmodulation? Ja eben, dann wird es trotzdem zum kontinuierlichen Sinus umgewandelt. Das meine ich mit der signalverfälschenden und potentiell hörbaren Auswirkung von Tiefpassfiltern.

Zusammenfassung ...Das Oversamplingverfahren hat nichts mit einem üblichen digitalen Tiefpassfilter zu tun. Bei dem Oversamplingverfahren lassen sich die Zwischenwerte durch Iterationsverfahren exakt berechnen.

Üblicher Einspruch: Diese Zwischenwerte formen ein Tiefpassfilter.

Bei den heutigen CD-Playern werden keine steilflankigen analogen Filter mehr eingesetzt. Dies wird umgangen durch die Verwendung des Oversamplingverfahrens. ... Wo sollen Filterresonanzen herkommen, die bis in den Übertragungsbereich wirken?

Digital- und Analogfilterung kombiniert ergeben praktisch dieselbe Filtercharakteristik wie reine Analogfilterung. Mit ähnlicher Resonanzwirkung, d.h. (Vor- und) Nachschwingen. Das lässt sich mangels Vorkommens höherer Frequenzen nicht vermeiden (–> Fourier-Transformation).


martian_23

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

Moin Uwe, Uwe_Mettmann schrieb: Analoge Tiepass-Filter Ein analoges Tiefpassfilter filtert die hohen Frequenzen weg. Bei einem CD-Player ohne Oversampling muss dieser knapp über dem Übertragungsbereich einsetzten. Daher ist die Steilheit sehr hoch, denn bereits bei 44 kHz muss der Filter eine sehr hohe Dämpfung aufweisen. Daraus resultiert auch eine deutliche Phasenverschiebung bei Frequenzanteilen im Übertragungsbereich bzw. eine große Einschwingzeit bei der Betrachtung im Zeitbereich. Eigentlich soweit richtig, nur muss das Filter schon bei 22kHz eine sehr hohe Wirkung zeigen, denn das Spektrum des abgetasteten Signals wiederholt sich periodisch und ist symmetrisch zu den ganzzahligen Vielfachen der Abtastfrequenz.

Hallo Cpt.

Sorry, die Erklärung verstehe ich nicht. Die vielfachen der Abtastfrequenz sind 88 kHz, 132 kHz usw.. Dann kommt noch die Nutzfrequenz vor, die nicht gefiltert werden soll. Bitte kannst Du mit dies mit anderen Worten erklären.

Oversampling Das Oversamplingverfahren hat im eigentlichen Sinn nichts mit einem digitalen Tiefpass zu tun. Oh doch. Denn beim Oversampling muss zwischen den Abtastwerten interpoliert werden, und das entspricht einem Tiefpass.

Das kommt darauf an, was man als Ausgangsignal betrachtet. Bei dem eigentlichen Nutzsignal ist es kein Tiefpassfilter, dort sind ja sowieso keine Komponenten über 20 kHz vorhanden..

Nimmt man das ungefilterte Signal direkt hinter dem D/A-Wandler, hat das Oversamplingverfahren natürlich eine filternde Wirkung, insofern hast Du natürlich recht. Aber eigentlich werden Frequenzkomponenten nicht gefiltert, sondern es wird verhindert, dass sie überhaupt entstehen.


Viele Grüße

Uwe

martian_23 schrieb:

Erst wenn man das Signal durch einen steilflankigen Filter schickt, ergibt sich ein reiner Sinus. Stimmt! Was aber, wenn man das gar nicht will? Sprich: wenn das aufgezeichnete Signal genau so gemeint ist, mitsamt der Amplitudenmodulation? Ja eben, dann wird es trotzdem zum kontinuierlichen Sinus umgewandelt. Das meine ich mit der signalverfälschenden und potentiell hörbaren Auswirkung von Tiefpassfiltern.

Hallo martian_23,

wir sind nicht mehr in dem Jahr 1982, in dem noch steilflankige analoge Filter verwendet wurden.

Zusammenfassung ...Das Oversamplingverfahren hat nichts mit einem üblichen digitalen Tiefpassfilter zu tun. Bei dem Oversamplingverfahren lassen sich die Zwischenwerte durch Iterationsverfahren exakt berechnen. Üblicher Einspruch: Diese Zwischenwerte formen ein Tiefpassfilter.

Definitionssache, siehe mein letztes Posting. Urbringens, Das mit dem Tiefpassfilter habe ich im Mathematikunterricht auch mal gesagt, als eine Kurve an der Tafel interpoliert werden sollte, mit der Konsequenz, dass mir der Autoschlüssen vom Lehrer an den Kopf geflogen ist.

Bei den heutigen CD-Playern werden keine steilflankigen analogen Filter mehr eingesetzt. Dies wird umgangen durch die Verwendung des Oversamplingverfahrens. ... Wo sollen Filterresonanzen herkommen, die bis in den Übertragungsbereich wirken? Digital- und Analogfilterung kombiniert ergeben praktisch dieselbe Filtercharakteristik wie reine Analogfilterung. Mit ähnlicher Resonanzwirkung, d.h. (Vor- und) Nachschwingen. Das lässt sich mangels Vorkommens höherer Frequenzen nicht vermeiden (–> Fourier-Transformation).

Du wiederholst Dich, ohne auch nur einen Beleg für Deine Behauptungen zu geben. Ich habe aufwendig versucht zu erklären, warum dies nicht so ist und Dir auch einen Link vom Forschungszentrum Karlsruhen angeben, wo ganz klar steht, dass digitale Filter keine Phasenverschiebungen und somit auch kein Einschwingen produzieren müssen. Also bitte erkläre mir Deine Behauptung doch detailliert.

Viele Grüße

Uwe

welche Töne/Klänge kommen denn bei 20 kHz überhaupt noch vor bzw. zum Tragen?

Moin Uwe,

Uwe_Mettmann schrieb:

Sorry, die Erklärung verstehe ich nicht.

Jetzt, nachdem ich sie mir nochmals durchgelesen habe, ich auch nicht.

Fangen wir mal vorne an:

ein auf z. B. 22kHz bandbegrenztes (nehmen wir mal ideal an) Signal hat nicht nur ein Spektrum von 0-22kHz, sondern dieser Anteil ist an der Amplitudenachse gespiegelt. Man könnte also sagen, dass das Spektrum wie ein Rechteck aussieht, mit 0Hz als Mittenfrequenz.

Dieses Signal wird nun abgetastet, und zwar mit 44kHz, Shannon ist also erfüllt.

Dann enthält das dadurch entstehende Signal das Originalspektrum in periodischem Abstand auf der Frequenzachse, und zwar bei ganzzahligen Vielfachen der Abtastfrequenz, also bei dem ..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ... fachen der Abtastfrequenz.

Dabei muss man beachten, dass das Originalspektrum ja nicht von 0-22kHz, sondern von -22kHz bis 22kHz reicht.

Ich habs mal ganz dilettantisch aufgemalt, vielleicht wird es dann noch etwas leichter verständlich.

Oversampling Das Oversamplingverfahren hat im eigentlichen Sinn nichts mit einem digitalen Tiefpass zu tun. Oh doch. Denn beim Oversampling muss zwischen den Abtastwerten interpoliert werden, und das entspricht einem Tiefpass. Das kommt darauf an, was man als Ausgangsignal betrachtet. Bei dem eigentlichen Nutzsignal ist es kein Tiefpassfilter, dort sind ja sowieso keine Komponenten über 20 kHz vorhanden..

Wenn Du Dir das Spektrum des abgetasteten Signals oben nochmal anschaust, dann wird hoffentlich auch klar, dass das Oversampling ein Tiefpass ist, immerhin werden ja die etliche Anteile des Spektrums oberhalb des Originals herausgefiltert.

@martian:

Stimmt! Was aber, wenn man das gar nicht will? Sprich: wenn das aufgezeichnete Signal genau so gemeint ist, mitsamt der Amplitudenmodulation? Ja eben, dann wird es trotzdem zum kontinuierlichen Sinus umgewandelt. Das meine ich mit der signalverfälschenden und potentiell hörbaren Auswirkung von Tiefpassfiltern.

Ich verstehe nicht so ganz, was Du damit meinst.

Angenommen, das ursprüngliche Signal besteht aus einem amplitudenmodulierten Sinus, die Modulation sei wiederum Sinusförmig (ist ja ein recht typischer Vorgang). Mathematisch lässt sich das so beschreiben:
s(t)=sin(w1*t)*sin(w2*t)=1/2*[cos[(w1-w2)*t]-cos[(w1+w2)*t]]

Das Spektrum des Signals besteht demnach aus 2 einzelnen Spektrallinien, einer bei der Summe der Frequenzen (w1+w2) und einer bei der Differenz (w1-w2).

Wenn eine der Spektrallinien oberhalb von fa/2 liegt, dann wird sie ja schon vor der Abtastung herausgefiltert, interessiert also nicht weiter.

Gruß
Cpt.

Uwe_Mettmann schrieb:

Du wiederholst Dich, ohne auch nur einen Beleg für Deine Behauptungen zu geben. Ich habe aufwendig versucht zu erklären, warum dies nicht so ist, und Dir auch einen Link vom Forschungszentrum Karlsruhe angeben, wo ganz klar steht, dass digitale Filter keine Phasenverschiebungen und somit auch kein Einschwingen produzieren müssen. Also bitte erkläre mir Deine Behauptung doch detailliert.

Deine Vorstellung von Oversampling und Digitalfilter ist falsch: es ist in der Praxis dasselbe. Ich weiss auch nicht, wie du die Glättung der Treppenstufen anders sehen kannst denn als Filterwirkung. Dass danach immer noch (wenn auch feinere) Treppenstufen vorhanden sind, ändert nichts. Du könntest dir 1024faches Oversampling vorstellen, dann wären die Treppenstufen so fein, dass die Analogfilterung gänzlich entfallen könnte.

Zum Nachschwingen auch mit Oversampling: Wie immer die Signalfilterung zustande gekommen ist, die Tiefpassfilterwirkung, also die Abwesenheit hoher Frequenzen im Signal, bewirkt laut Filtertheorie (und Praxis) das (Vor- und) Nachschwingen bei dieser Filtergüte. Phasenverschiebung ist nicht dasselbe wie Filterresonanz.

Auf meiner Suche bin ich auf diesen Artikel gestossen, der bezüglich Amplitudenmodulation und Rekonstruktionsfilter ganz auf meiner Linie liegt:
http://www.mother-of-tone.com/cd.htm

Besonders gefällt mir dieser Abschnitt:
"The beats are reduced the more, the sharper the filter works and the longer it rings... It is actually the ringing that bridges the beats."
Also: «Je schärfer das Filter wirkt und je länger es nachschwingt, desto mehr wird die Schwebung (= Amplitudenmodulation) reduziert... Es ist eigentlich das Nachschwingen, das die Schwebung glättet.»


Zum Vor- und Nachschwingen: http://www.hfm-detmo...n/2004/dsdpcm/23.htm

Stereoplay veröffentlichte früher bei CD-Spieler-Tests 1-kHz-Rechteck-Oszillogramme. Oversampling-Spieler und Nicht-Oversampling-Spieler unterschieden sich nur in der Symmetrie, nicht aber in der Intensität des «Ringing».

Ein typischer Oversampling-Impuls (invertiert):



Ein typisches Oversampling-Rechteck:



(Ist zwar unter «Non-Oversampling» eingereiht, beschreibt aber das Oversampling-Signal [von hier].)


martian_23

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

Ich verstehe nicht so ganz, was Du damit meinst. Angenommen, das ursprüngliche Signal besteht aus einem amplitudenmodulierten Sinus, die Modulation sei wiederum Sinusförmig (ist ja ein recht typischer Vorgang). Mathematisch lässt sich das so beschreiben: s(t)=sin(w1*t)*sin(w2*t)=1/2*[cos[(w1-w2)*t]-cos[(w1+w2)*t]] Das Spektrum des Signals besteht demnach aus 2 einzelnen Spektrallinien, einer bei der Summe der Frequenzen (w1+w2) und einer bei der Differenz (w1-w2). Wenn eine der Spektrallinien oberhalb von fa/2 liegt, dann wird sie ja schon vor der Abtastung herausgefiltert, interessiert also nicht weiter.

Ich wiederum verstehe die Formel und dein Denkmodell nicht. Ich nehme an, du suchst zu weit. Nimm einfach an, auf der CD sei ein amplitudenmoduliertes Signal hoher Frequenz wie auf der verlinkten Grafik aufgezeichnet. Darin ist nichts höher als fa/2 vorhanden (abgesehen von den Ecken des rohen Signals). Das Rekonstruktionsfilter wird nun das Signal gleich behandeln wie ein ursprünglich kontinuierliches Sinussignal, dem durch Intermodulation mit der Samplingrate eine Amplitudenmodulation aufgeprägt wurde –, wird es also zum kontinuierlichen Sinus «rekonstruieren».


martian_23

martian_23 schrieb:

Du könntest dir 1024faches Oversampling vorstellen, dann wären die Treppenstufen so fein, dass die Analogfilterung gänzlich entfallen könnte.

Das wiederum ist falsch. Um das Signal eindeutig zu rekonstruieren, muss ein analoger Tiefpass verwendet werden. Ein digitaler TP reicht nicht!

Also: «Je schärfer das Filter wirkt und je länger es nachschwingt, desto mehr wird die Schwebung (= Amplitudenmodulation) reduziert... Es ist eigentlich das Nachschwingen, das die Schwebung glättet.»

Das ist korrekt, das liegt einfach an dem Elend, das wir keinen idealen Tiefpass basteln können, denn der wäre nicht kausal. Also muss man mit einigen Fehlern bei der digitalen Speicherung leben.

Aber schlimm ist das nicht.

Edit: vergiss was ich in meinen vorherigen Beitrag noch hineineditiert habe. Da habe ich aus der falschen Richtung gedacht. Die Amplitudenmodulation durch den nicht idealen TP ist natürlich Realität.

Gruß
Cpt.

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

(«Du könntest dir 1024faches Oversampling vorstellen, dann wären die Treppenstufen so fein, dass die Analogfilterung gänzlich entfallen könnte.») Das wiederum ist falsch. Um das Signal eindeutig zu rekonstruieren, muss ein analoger Tiefpass verwendet werden. Ein digitaler TP reicht nicht!

Ha! Doch, natürlich! Streng genommen zwar nicht, aber wen kümmert das bisschen Ultraschall am Ausgang. Es gibt sogar komplett filterlose (Non-Oversampling-)DACs, die einwandfrei funktionieren und sogar bei Audiophilen recht beliebt sind (z.B. von Audio Note). Nur produzieren sie halt ziemlich viel Ultraschallrauschen. Aber das tut die SACD ja auch.

martian_23

martian_23 schrieb:

Ha! Doch, natürlich! Streng genommen zwar nicht

Natürlich, deswegen war das eindeutig ja auch fett geschrieben. Mir ist vollkommen klar, dass man gewisse Sachen gerne vernachlässigen darf. Schließlich verfügt der Empfänger ja selber über einen Tiefpass und kann dementsprechend einiges an Filterung übernehmen.

Es gibt sogar komplett filterlose (Non-Oversampling-)DACs, die einwandfrei funktionieren und sogar bei Audiophilen recht beliebt sind (z.B. von Audio Note).

Höre ich zwar jetzt das erste mal von, aber klar, warum auch nicht?

Gruß
Cpt.

Cpt._Baseballbatboy schrieb:

(«Je schärfer das Filter wirkt und je länger es nachschwingt, desto mehr wird die Schwebung (= Amplitudenmodulation) reduziert... Es ist eigentlich das Nachschwingen, das die Schwebung glättet.») Das ist korrekt, das liegt einfach an dem Elend, dass wir keinen idealen Tiefpass basteln können, denn der wäre nicht kausal. Also muss man mit einigen Fehlern bei der digitalen Speicherung leben. Aber schlimm ist das nicht.

Ich merke erst jetzt, dass du mit diesem Ansatz den Rest an Amplitudenmodulation, den das unperfekte Filter übriglässt, als Übel hinstellst (bewusst oder irrtümlich?). Für mich ist er vernachlässigbar, wenn ich an die filterlosen und zeitoptimierten DACs denke, die mit voller Ausprägung trotzdem auf ihre Art überzeugend klingen. Dafür beklage ich die Nachschwingneigung des Rekonstruktionsfilters, die aus der originalen Amplitudenmodulation einen kontinuierlichen Sinus macht (time smearing ). Womit wir wieder beim Ausgangspunkt sind: Ist das Ohr mit seinem übergestülpten eigenen Tiefpass überhaupt empfindlich dafür? Ich meine, potentiell ja: Weil die beiden Tiefpässe unterschiedliche Charakteristiken aufweisen, und auch, weil sie sich kumulieren.

martian_23

richi44 schrieb:

@ canada_dry UKW macht bei 15kHz zu,...

Du hast wohl nicht mehr alle Latten am Zaun

martian_23 schrieb:

Deine Vorstellung von Oversampling und Digitalfilter ist falsch: es ist in der Praxis dasselbe. Ich weiss auch nicht, wie du die Glättung der Treppenstufen anders sehen kannst denn als Filterwirkung. Dass danach immer noch (wenn auch feinere) Treppenstufen vorhanden sind, ändert nichts. Du könntest dir 1024faches Oversampling vorstellen, dann wären die Treppenstufen so fein, dass die Analogfilterung gänzlich entfallen könnte.

Hallo martian_23,

nun, dass meine Vorstellung über Oversampling und Digitalfilter falsch ist, leider auch nur wieder eine Behauptung, ohne, dass Du diese näher zu erläutert hast. Du hast zwar Links angegeben, dies ist aber immer etwas unfair, wenn man selber die Links verstanden hat und dazu keine für den Diskussionspunkt zugehörige Erläuterung gibt. Diese Taktik nährt den Verdacht, dass man hofft, der andere macht sich nicht die Mühe alles durchzuarbeiten oder nicht genug Hintergrundwissen hat, um den Link zu verstehen.

Nun, um mir die Arbeit zu ersparen, habe ich eine Methode solche Links zu bewerten, ohne dass ich mir viel Arbeit machen muss. Ich überfliege den Text und suche Diskrepanzen, falschen Aussagen usw., so geschehen mit dem ersten von Dir angegebenem Link. Hier wird über die Probleme des Oversamplingverfahrens geschrieben und dies mit zwei Diagrammen belegt. Hierzu wird gezeigt, wie verfälscht ein 21 kHz und eine 22 kHz Signal wiedergegeben wird.





Nun das Problem ist, dass das CD-Format nur bis 20 kHz definiert ist, also auch nur Frequenzen bis zu dieser Frequenz auf der CD aufgezeichnet sind. Bis zu dieser muss das Signal wiedergegeben werden, höhere Frequenzen hingegen nicht. Technisch ist dies auch gar nicht möglich, weil ja bei der Berechnung berücksichtigt wird, dass die maximale Frequenz 20 kHz beträgt. Somit ergeben sich bei höheren Frequenzen auch falsch berechnete Zwischenwerte. Ein anderer Grund ist, je dichter die maximal zu übertragende Frequenz an der Hälfte der Abtastfrequenz liegt, um so mehr Rechtenaufwand und vor allem Speichertiefe wird benötigt. Die Berechnung der Zwischenwerte erfolgt ja mit Hilfe der abgetasteten Werte. Ein Anhaltspunkt wie viel Werte man zur Berechnung braucht, sieht man an der Wiederholfrequenz der in den Diagramme dargestellten Schwebung (und keine Amplitudenmodulation, wie Du behauptest hast). Bei 21 kHz ergibt sich eine Schwebungsfrequenz von 1,05 kHz entsprechend einer Periodendauer von ca. 1 ms. Bei 22 kHz ergibt sich eine Schwebungsfrequenz von 50 Hz entsprechen 20 ms. Dies bedeutet also, dass man bei 21 kHz ca. doppelt so viele und bei 22 kHz etwa 40 mal so viele Stützpunkte für die Berechnung eines Zwischenwertes benötigt wird als für 20 kHz. Wie soll das funktionieren? Diese Signale können also gar nicht korrekt dargestellt werden.

Somit halte ich den Link für unseriös und habe mich nicht weiter mit ihm beschäftigt.

Der zweite von Dir angegebene Link handelt nicht von der Wiedergabe und dem Oversamplingverfahren.

Phasenverschiebung ist nicht dasselbe wie Filterresonanz.

Das habe ich auch nie behauptet. Fakt ist aber, dass Filterresonanzen sich im Frequenzbereich beim Amplitudengang und dem Phasengang bemerkbar machen. Im Umkehrschluss, wenn der Amplitudengang linear ist und keine Phasenverschiebung vorhanden ist, gibt es auch keine Resonanzerscheinungen.


Du hast ja behauptet (Post #47), dass es normalerweise bei der Wiedergabe einer CD einen deutlichen Amplitudengang gibt, selbst noch bei 6 kHz, des weiteren, dass Resonanzen, Einschwingen usw. sich auch im Hörbereich bemerkbar machen. Nun, wenn das so ist, müsste sich das doch messtechnisch nachweisen lassen. Hierzu habe ich einfach einen kleinen tragbaren CD-Player genommen und das Teil vermessen. Da ich nicht weis, wie bei dem Teil die Signalverarbeitung erfolgt, beziehe ich mich nicht auf das Oversamplingverfahren, sondern auf Deine ursprüngliche Aussage.

In einem von Dir dargestellten Diagramm ist anhand eines Rechteckes zu sehen, wie sich die Resonanzeffekte bemerkbar machen.



In dem zugehörigen Link ist auch angegeben, wie ein Rechteck idealerweise aussieht:



So sieht das von mir gemessenen Rechteck aus:



Hier noch zwei Diagramme, an denen man den Amplitudenabfall und die Phasenverschiebung von meinem CD-Player erkennen kann. Dargestellt sind beide Kanäle, der eine gibt ein 1 kHz Signal wieder, der andere ein 15 kHz bzw. ein 20 kHz Signal:




Es ist kein großer Abfall der Amplitude zwischen den hohen Frequenzen und 1 kHz zu erkennen. Auch ist keine Phasenverschiebung zu sehen, denn sowohl der Nulldurchgang bei der hohen und der niedrigen Frequenz ist an der gleichen Stelle.

Die Messungen zeigen zu mindestens bei meinem CD-Player keinen Hinweis auf Einschwingen, Resonanzeffekte, Zeitverschmierungen usw. oder zu mindestens, dass sie keine Auswirkungen auf die Signalqualität im Übertragungsbereich haben. Da es sich bei meinen CD-Player um ein 100 Euro Teil handelt, kann man doch auch annehmen, dass wesentlich teuere CD-Player, die in Hifi-Anlagen eingesetzt werden, hier auch keine Probleme haben.


Viele Grüße

Uwe

Uwe_Mettmann schrieb:

nun, dass meine Vorstellung über Oversampling und Digitalfilter falsch ist, leider auch nur wieder eine Behauptung, ohne, dass Du diese näher zu erläutert hast.

Ich habe erläutert, was an deiner Vorstellung falsch ist, und weiss nicht, wie du zu deiner Behauptung kommst.

Du hast zwar Links angegeben, dies ist aber immer etwas unfair, wenn man selber die Links verstanden hat und dazu keine für den Diskussionspunkt zugehörige Erläuterung gibt.

Sorry, die einzigen Links, die dich betreffen, waren solche mit Impuls- und Rechtecksignalen, um zu demonstrieren, dass Oversampling nicht ohne Ringing auskommt, was auch auf die Filtersteilheit hinweist, die von dir bestritten wird.

Nun, das Problem ist, dass das CD-Format nur bis 20 kHz definiert ist, also auch nur Frequenzen bis zu dieser Frequenz auf der CD aufgezeichnet sind. Bis zu dieser muss das Signal wiedergegeben werden, höhere Frequenzen hingegen nicht. Technisch ist dies auch gar nicht möglich, weil ja bei der Berechnung berücksichtigt wird, dass die maximale Frequenz 20 kHz beträgt.

Das CD-Format reicht offiziell bis 22,04999 kHz – knapp unterhalb der Nyquist-Frequenz.

Somit ergeben sich bei höheren Frequenzen auch falsch berechnete Zwischenwerte.

Die entsprechenden Oszillogramme zeigen zum grösseren Teil ungefilterte Signale, und diese zeigen die Amplitudenmodulation. Trotzdem lassen sich per steilflankiges Filter (inklusive Digitalfilter) mit seiner Resonanzwirkung praktisch perfekte Sinustöne ohne Amplitudenmodulation (oder Schwebung, wenn das dir lieber ist) «rekonstruieren», wenn man speziell auf solche Wert legt. Im Gegenzug werden dann komplexere Signale mit transientem Inhalt verfälscht. Es sei denn, man wählt ein zeitoptimiertes Filter und nimmt die Amplitudenmodulation in Kauf.

Ein anderer Grund ist, je dichter die maximal zu übertragende Frequenz an der Hälfte der Abtastfrequenz liegt, um so mehr Rechtenaufwand und vor allem Speichertiefe wird benötigt.

Die Übertragungsrate bei der CD ist konstant, und zwischen zwei Samples ist immer dieselbe Anzahl Zwischenwerte zu berechnen (je nach Oversamplingrate), unabhängig vom aufgezeichneten Signal. Zwar mag der Rechenaufwand je nach Signalform geringfügig variieren, das sorgt aber nicht für Rechenfehler.

Ein Anhaltspunkt, wie viele Werte man zur Berechnung braucht, sieht man an der Wiederholfrequenz der in den Diagrammen dargestellten Schwebung (und keine Amplitudenmodulation, wie Du behauptest hast).

Worin besteht deiner Meinung nach der Unterschied?

Somit halte ich den Link für unseriös und habe mich nicht weiter mit ihm beschäftigt.

Das soll jetzt kein persönlicher Angriff sein, aber deine Art der Beschäftigung mit der Materie ist für mich unseriös.

Der zweite von Dir angegebene Link handelt nicht von der Wiedergabe und dem Oversamplingverfahren.

Das habe ich auch ausdrücklich so deklariert. Es ging nur um das Rechteckoszillogramm, das ein Oversamplingsignal zeigt. («...von der Wiedergabe»: Was meinst du damit?)

...Fakt ist aber, dass Filterresonanzen sich im Frequenzbereich beim Amplitudengang und dem Phasengang bemerkbar machen. Im Umkehrschluss, wenn der Amplitudengang linear ist und keine Phasenverschiebung vorhanden ist, gibt es auch keine Resonanzerscheinungen.

Du meinst: wie die abgebildeten Signale zeigen... Ein Amplitudengang mit einem Tiefpassfilter hoher Güte ist alles andere als linear.

Du hast ja behauptet (Post #47), dass es normalerweise bei der Wiedergabe einer CD einen deutlichen Amplitudengang gibt, selbst noch bei 6 kHz...

Nur beim ungefilterten Signal («vor Filterung»!) oder bei zeitoptimierter Filterung (d.h. ohne Amplitudenkompensation) ergibt sich ein sanfter Abfall ab ca. 6 kHz.

«...des weiteren, dass Resonanzen, Einschwingen usw. sich auch im Hörbereich bemerkbar machen. Nun, wenn das so ist, müsste sich das doch messtechnisch nachweisen lassen. Hierzu habe ich einfach einen kleinen tragbaren CD-Player genommen und das Teil vermessen.

Ist dies ein Player ohne oder mit zeitoptimiertem Tiefpassfilter? Offenbar nicht. Also...

In dem zugehörigen Link ist auch angegeben, wie ein Rechteck idealerweise aussieht:

Das ist nicht ein «ideales Rechteck», sondern eines ab SACD. Ein ideales Rchteck besteht aus geraden rechtwinkligen Linien.


martian_23

@Cpt._Baseballbatboy

Hallo Cpt.

das der Filter nicht erst bei 44 kHz sondern schon bei 22 kHz eine möglichst hohe Dämpfung haben muss, habe ich jetzt verstanden. Besten Dank für Deine Erklärung.


@ martian_23

Hallo martian_23,

ich könnte jetzt wieder auf die einzelnen Punkte Deines letzten Posts eingehen. Entschuldige, da ich aber nicht glaube, dass wir beide hier jemals auf einen Nenner kommen, werde darauf verzichten. Das bringt uns nichts und auch den anderen Lesern hier im Forum nicht.

In einem Punkt hast Du mir unseriöse Vorgehensweise angekreidet. Das möchte ich natürlich nicht stehen lassen und auf diesen Punkt doch noch eingehen:

Nun, das Problem ist, dass das CD-Format nur bis 20 kHz definiert ist, also auch nur Frequenzen bis zu dieser Frequenz auf der CD aufgezeichnet sind. Bis zu dieser muss das Signal wiedergegeben werden, höhere Frequenzen hingegen nicht. Technisch ist dies auch gar nicht möglich, weil ja bei der Berechnung berücksichtigt wird, dass die maximale Frequenz 20 kHz beträgt. Das CD-Format reicht offiziell bis 22,04999 kHz – knapp unterhalb der Nyquist-Frequenz.

Nein, das geht nicht. Im Übertagungsbereich sollte ja die Dämpfung des nachgeschalteten Filter möglichst gering sein, der nach Deiner Definition bis 22,04999 kHz reicht und 0,01 Hz weiter soll der Filter bereits eine sehr hohe Dämpfung aufweisen. Wie soll das gehen, wenn der CD-Player kein Oversampling hat, wovon man ja bei der Entwicklung des CD-Formats und des Standards noch ausgegangen musste. Also muss die maximale Übertragungsfrequenz etwas unterhalb der halben Abtastfrequenz liegen. In Wikipedia wird auch eine maximale Frequenz von 20 kHz angeben.

Somit halte ich den Link für unseriös und habe mich nicht weiter mit ihm beschäftigt. Das soll jetzt kein persönlicher Angriff sein, aber deine Art der Beschäftigung mit der Materie ist für mich unseriös.

Ich bleibe dabei. Wie oben erklärt, ist eine maximale Frequenz von 20 KHz bei der Audio-CD standardisiert. Wenn jetzt der Autor des Artikels 21 kHz und 22 kHz verwendet, um Fehler nachzuweisen, die er mit der Frequenz außerhalb der Spezifikation selber produziert, so ist dies aus meiner Sicht unseriös. Was ist daher von mir unseriös, wenn ich das ankreide?


Ich will mal hoffen, dass wir zukünftig bei Diskussionen hier im Forum mehr Übereinstimmungen haben.


Viele Grüße

Uwe

Uwe_Mettmann schrieb:

(«Das CD-Format reicht offiziell bis 22,04999 kHz – knapp unterhalb der Nyquist-Frequenz.») Nein, das geht nicht. Im Übertagungsbereich sollte ja die Dämpfung des nachgeschalteten Filter möglichst gering sein, der nach Deiner Definition bis 22,04999 kHz reicht und 0,01 Hz weiter soll der Filter bereits eine sehr hohe Dämpfung aufweisen. Also muss die maximale Übertragungsfrequenz etwas unterhalb der halben Abtastfrequenz liegen.

Das ist richtig. Ich habe deinen Einwand missverstanden. Allerdings ist 20 kHz eine willkürliche Frequenz, die kein Standard vorschreibt.

...Wenn jetzt der Autor des Artikels 21 kHz und 22 kHz verwendet, um Fehler nachzuweisen, die er mit der Frequenz außerhalb der Spezifikation selber produziert, so ist dies aus meiner Sicht unseriös. Was ist daher von mir unseriös, wenn ich das ankreide?

Unseriös ist, aus falschem Verständnis vorschnell Unseriosität zu unterstellen. Wie in meiner Grafik zu sehen, habe auch ich u.a. mit 21,5 kHz operiert. Um zu zeigen, wie relativ die allgemein anerkannte Nyquist-Formel von der perfekten Signaltreue unterhalb der halben Abtastfrequenz zu sehen ist. Genau dies tat der Autor hier auch. Ausserdem sind ja auch Frequenzen unterhalb 20 kHz gezeigt, wie hier 14 kHz:



...oder 18 und 20 kHz, die alle von der Amplitudenmodulation Zeugnis ablegen, um die es dem Autor letztlich ging -- bzw., wie mir, um den potentiell schädlichen Einfluss der zu ihrer Bekämpfung eingesetzten Filterresonanz.

Ich will mal hoffen, dass wir zukünftig bei Diskussionen hier im Forum mehr Übereinstimmungen haben.

Davon bin ich überzeugt. Logischerweise werden wir auch wieder mal unterschiedlicher Meinung sein.


Und um dem Thread-Thema wieder einmal gerecht zu werden: Diese Diskussion ums CD-Format, die vor lauter Rechtfertigungsbedarf leider etwas ausgeufert ist, dient nur dazu, darzulegen, dass die Abwesenheit von Ultraschall sehr wohl vermisst werden kann, auch wenn er nicht direkt wahrnehmbar ist. Eben dadurch, dass die Bandbegrenzung zu (potentiell) hörbaren Artefakten führt.


martian_23

Hallo martian_23,

da siehst Du es, wie wir uns immer wieder missverstehen. Ich habe nicht vorschnell Unseriosität unterstellt.

Ich habe mich auf den Text mit der Überschrift:

What about Oversampling ?

aus dem Artikel aus diesem Link bezogen.

Aus dem Text geht hervor, dass es sich bei den Bildchen um Signale nach dem Oversampling handelt. Hier wurden Frequenzen von 21 kHz und 22 kHz verwendet, was auch aus dem Text hervorgeht.

In dem ursprünglichen Beitrag (#89) habe ich auch geschrieben, dass es sich um Oversampling handelt und die beiden zugehörigen Bildchen eingebunden.

Und um dem Thread-Thema wieder einmal gerecht zu werden: Diese Diskussion ums CD-Format, die vor lauter Rechtfertigungsbedarf leider etwas ausgeufert ist, dient nur dazu, darzulegen, dass die Abwesenheit von Ultraschall sehr wohl vermisst werden kann, auch wenn er nicht direkt wahrnehmbar ist. Eben dadurch, dass die Bandbegrenzung zu (potentiell) hörbaren Artefakten führt.

Diese Artefakte treten ja bei meinem CD-Player nicht auf, aus welchen Gründen auch immer. Ich bin gerne bereit, dieses Gerät für 1000 Euro aufwärts zu verkaufen.



Viele Grüße

Uwe

Uwe_Mettmann schrieb:

Aus dem Text geht hervor, dass es sich bei den Bildchen um Signale nach dem Oversampling handelt. Hier wurden Frequenzen von 21 kHz und 22 kHz verwendet, was auch aus dem Text hervorgeht. In dem ursprünglichen Beitrag (#89) habe ich auch geschrieben, dass es sich um Oversampling handelt und die beiden zugehörigen Bildchen eingebunden.

Ja, richtig. (Auch in bezug auf das Missverständnis.) Es ist ja schliesslich interessant, einen messtechnischen Nachweis der im Artikel erwähnten Unperfektheit realer Filter (in bezug auf das Amplitudenmodulationsphänomen) zu erhalten. Wenn du es auch so hättest sehen können, wärst du nicht auf die Idee mit der Unseriosität gekommen.

Diese Artefakte treten ja bei meinem CD-Player nicht auf, aus welchen Gründen auch immer. Ich bin gerne bereit, dieses Gerät für 1000 Euro aufwärts zu verkaufen. :D

Das täuscht. Mit Artefakten meine ich gerade nicht die Amplitudenmodulation -- sie tritt ja nur beim Spezialfall CD-Format auf, nicht in jedem Fall von Tiefpassfilterung --, sondern das «Gegengift»: das resonante Nachschwingen (das in deinem CD-Player für die perfekten Sinuskurven sorgt).


martian_23

martian_23 schrieb:

Ja, richtig. (Auch in bezug auf das Missverständnis.) Es ist ja schliesslich interessant, einen messtechnischen Nachweis der im Artikel erwähnten Unperfektheit realer Filter (in bezug auf das Amplitudenmodulationsphänomen) zu erhalten. Wenn du es auch so hättest sehen können, wärst du nicht auf die Idee mit der Unseriosität gekommen.

Dann hätte der Autor das auch schreiben müssen, um solche Missverständnisse zu vermeiden. Nicht nur ich habe es so verstanden, wie ich es verstanden habe, sicherlich auch andere.

Ich habe schon viele Artikel gerade im Audiobereich gesehen, die mit Erklärungen arbeiten, die doch -sagen wir mal- sehr problematisch sind. Aber wahrscheinlich sind wir da auch wieder unterschiedlicher Meinung.

Das täuscht. Mit Artefakten meine ich gerade nicht die Amplitudenmodulation -- sie tritt ja nur beim Spezialfall CD-Format auf, nicht in jedem Fall von Tiefpassfilterung --, sondern das «Gegengift»: das resonante Nachschwingen (das in deinem CD-Player für die perfekten Sinuskurven sorgt).

War mir schon klar, dass Du mit Artefakten nicht die Amplitudenmodulation meintest, sondern das resonante Nachschwingen usw..

Viele Grüße

Uwe

Uwe_Mettmann schrieb:

Dann hätte der Autor das auch schreiben müssen, um solche Missverständnisse zu vermeiden. Nicht nur ich habe es so verstanden, wie ich es verstanden habe, sicherlich auch andere.

Wir haben da wirklich andere Vorstellungen von Unseriosität. Welche Missverständnisse? Es geht nur darum, ob sinnwidrige und unwahre Behauptungen aufgestellt werden. Doch in diesem Fall sprechen die Messungen ohnehin für sich. Du kannst diejenigen ignorieren, die du für unwesentlich hältst. Ich persönlich finde es interessant, dass das unperfekte Tiefpass-(Rekonstruktions-)Filter am oberen Rand des Spektrums noch so viel von der Amplitudenmodulation übriglässt, während es im Hörbereich annähernd perfekt funktioniert.

martian_23

martian_23 schrieb:

Wir haben da wirklich andere Vorstellungen von Unseriosität. Welche Missverständnisse? Es geht nur darum, ob sinnwidrige und unwahre Behauptungen aufgestellt werden. Doch in diesem Fall sprechen die Messungen ohnehin für sich.

Willst Du mich provozieren, denn das habe ich den Beiträgen zuvor doch erläutert?

Aber nun gut, ein Beispiel hierzu. In dem Artikel fehlt die Angabe, ob die 21 kHz und die 22 kHz innerhalb oder außerhalb des für das CD-Format vorgesehenen Frequenzbereichs liegen. So könnte jemand, der den Frequenzbereich nicht kennt, z.B. wie Du denken, dass der Frequenzbereich bis 22,04999 kHz geht und somit zu dem falschen Schluss kommen, dass die 21 kHz und die 22 kHz, die in dem Diagramm des Artikels angegeben wurden, innerhalb des für das CD-Format vorgesehenen Frequenzbereichs liegen. Diese Person bewertet nun die Aussage des Diagramms falsch.

Uwe

Du meinst einen Disclaimer im Stile von

«Achtung: 21 und 22 kHz liegen ausserhalb des menschlichen Hörbereichs; die Abbildungen dienen nur dem wissenschaftlichen Interesse. Nicht dass Sie mich noch für unseriös halten.»




martian_23

Es geht nicht um den menschlichen hoerbereich, sondern den uebertragungsbereich der cd. Und das verhalten bei der wiedergabe wird anhand eines frequenzbereiches demonstriert der ausserhalb des "red book standards" liegt.

canada_dry schrieb:

Es geht nicht um den menschlichen hoerbereich, sondern den uebertragungsbereich der cd.

den Eindruck könnte man gewinnen, überliest man den Thread-Titel

überliest man den Thread-Titel

seit wann kuemmert man sich ume den?