Hörbare Unterschiede bei 48 und 96 kHz Sampling?

[Tömsken]

Hi!

Ich mache über ein Tascam US-122 Audio-Interface Aufnahmen mit Mac und GarageBand. Der Nachfolger, US-122L, ermöglicht nun eine Samplingrate von 96 kHz.

Da frage ich mich - interessenhalber; in den nächsten Shop rennen werde ich nicht - ob man als Normalo mit Durchschnitts-HiFi-Anlage den Unterschied hören kann.

Ob GB überhaupt 96 kHz verarbeitet und, falls nicht, ob die höhere Sampling-Rate dann trotzdem Vor- oder Nachteile hat, weiß ich nicht.

Wer weiß mehr?

Bye, Tom

 

[W.A.S.P.chen]

Ein Studio-/Homerecordingkumpel meinte mal, er würde 96 nur benutzen, wenn es darum geht, echten X.1-Surround zu produzieren, also praktisch nie. Es käme aber auch drauf an, wieviele (digitale) Effekte man benutzt, man würde wohl schon einen Unterschied hören, wenn man Chorus, Phaser, Distortion, Hall und Compressor drüberschiebt.
Aber der Typ spürt auch am Fahrgefühl seines Autos, ob der Tank voll oder leer ist...

 

[JimmyZee]

In der Regel reichen 44,1 kHz aus (RedBookStandard). Die Wortbreite (also 16, 20, 24 oder gar 32bit) ist für die detailgetreue Darstellung und insbesondere für die Dynamik wesentlich interessanter.

Allerdings hört man schon auf jeder etwas besseren HIFI-Anlage durchaus den Unterschied zwischen 44,1 und 96 kHz Samplingfrequenz, wenn man weiß, worauf man hören muß. Es ist so, daß die obere Grenzfrequenz (Nyquist-Frequenz) für die Aufnahme im ersteren Fall bei 22,05 kHz (=halbe Samplingfrequenz) liegt. Das heißt, der A/D-Wandler setzt bei ca. 20kHz einen HiCut-Filter um Schallereignisse oberhalb der Grenzfreq., die sich durch math. Auslesefehler in den hörbaren Bereich als Störgeräusche "hineinspiegeln" würden, zu unterdrücken. Bei 96 kHz liegt diese Frequenz dementsprechend höher, nämlich bei 48kHz.

Nun schreit Ihr bestimmt gleich alle: "Pah, 48kHz hört doch kein Mensch!" und "Ich mach doch meine Musik nicht für Fledermäuse".
Rischtiiisch . . . und auch wieder nicht.

Seit Anfang der 90er sich mal Einer an einer Uni damit speziell beschäftigt hat, weiß man, daß viele Instrumente, darunter die meisten Blasinstumente akkustisch durchaus relevante Obertöne weit jenseits der Hörschwelle produzieren. Eine Trompete mit Dämpfer á la Miles Davis beispielsweise bis fast 100kHz!!!

"Hört ja auch kein Mensch!" - Rischtiiisch, aber seither wissen wir, warum Hunde bei Mundharmonikamusik so jaulen

Im Ernst, wenn der Ton eines Instrumentes nur aus seinem Grundton bestünde, wäre es ein Sinuston und wir würden alle Musik á la "Pacman" oder "SpaceInvader" machen. Gottseidank wird aber der spezielle Klang eines Instrumentes von seinen Subharmonischen und Oberton-Schwingungen bestimmt. Und diese reichen viel weiter als wir bisher wußten.
Auch wenn diese Oberwellen vom Energieanteil am Gesamtklang her nur bei wenigen Prozent liegen, sind sie dennoch für die Klangformung relevant, da sie das Shaping des hörbaren Wellenanteils verändern.

Und da liegt die Crux des Digitalrecording: Wenn man diese Obertöne via HiCut wegschneidet, fehlt Einem etwas an Detailtreue im Klang. Und das ist durchaus auf einer mittelteuren HIFI-Anlage hörbar.

Uff, jetzt hätt ich doch beinahe noch eine Abhandlung zum Nyquist-Theorem und Grundlagen der digitalen Audiotechnik geschrieben.

Wen das weitergehend interessiert, dem empfehle ich folgenden Link:
www.sengpielaudio.com/Links03.htm oder gerne per PN.

Viele Grüße aus DD
Der Karsten

 

[W.A.S.P.chen]

Hi Karsten, hab ich mal ´ne Verständnisfrage zu. Sorry, der Link war mir grad zu heftig []

Zitat:Original erstellt von: JimmyZee
wenn der Ton eines Instrumentes nur aus seinem Grundton bestünde, wäre es ein Sinuston und wir würden alle Musik á la "Pacman" oder "SpaceInvader" machen. Gottseidank wird aber der spezielle Klang eines Instrumentes von seinen Subharmonischen und Oberton-Schwingungen bestimmt. Und diese reichen viel weiter als wir bisher wußten.

Beim Schall eines Liveinstruments, der direkt in unser Ohr trift? Oder bei den hörbaren, durch die unhörbaren beeinflußten, Bereichen, die ja auf der Aufnahme komplett da sind? Also tatsächliches Fehlen von hörbaren Informationen oder Psychoakktustik?[]

 

[JimmyZee]

Sowohl als auch (Ich hoffe, ich habe dich richtig verstanden).

Das hat nichts mit Psychoakkustik oder gar homöopatischen Dosen oder irgendwelchem Esoterikkram zu tun.
Das ist reine akkustische Physik. Der Ton einer Flöte beispielsweise besteht nicht nur aus der Grundschwingung (die ist für die Tonhöhe zuständig) sondern aus vielen Obertönen bzw. Oberwellen und sog. Subharmonischen (das sind Untertöne, also halbe Freq., drittel Freq usw.). Diese Obertöne und Untertöne gestalten letztlich die Wellenform die uns erst sagt, daß wir gerade eine Flöte hören - sie sind zuständig für den Klang, indem sie die Grundwelle modulieren. Sowas kann man übrigens an einem alten Analogsynthi sehr schön nachvollziehen. Wenn man also auf der Flöte einen Kammerton A = 440Hz spielt hat dieser Ton soundsoviele Subharmonische Schwingungen, also halbe Freq.=220 Hz, drittel Freq. = 147Hz . . . und entsprechend viele Obertöne . . .
Das mehr oder weniger starke Vorhandensein dieser Teilschwingungen erzeugt eine resultierende, von Resonanzen und Auslöschungen geprägte Gesamtwelle oder Wellenform, die wir erst in ihrer Gesamtheit als Flöte identifizieren können. Watn Satz!

Um jetzt zu Deiner Frage zu kommen. Natürlich, du hast recht, wenn ich nur das einzelne Instrument betrachte, sind tatsächlich auch die Einflüsse der nicht hörbaren Harmonischen Obertöne auf der Aufnahme drauf. Aber eben nur die Einflüsse auf das eine Instrument. Beim Zusammenspiel im Ensemble ergeben aber die Gesamtwellen der einzelnen Instrumente wiederum (besonders beim Unisono-Spiel - also alle spielen die gleiche Melodie) eine resultierende Welle, die wir als den Klang des Orchesters oder der Band etc. identifizieren. Dabei ist es so, daß auch die Oberwellen der Flöte z.B. die Oberwellen der Streicher modulieren und umgekehrt. Wenn ich jetzt aber aus aufnahmetechnischen Gründen die nichthörbaren Obertöne der Instrumente unterdrückt habe, fehlt mir im Endmix ein ganzes Stück Modulation, die am Ende die klangliche Nuance zwischen dem einen und dem anderen Orchester oder Band etc. ausmachen.
Und das kann man hören. Man muß nur hinhören . . .

Ich hoffe, mich richtig ausgedrückt zu haben.
Viele Grüße
Der Karsten

 

[Tömsken]

Besten Dank für die interessanten Ausführungen!

Grüße, Tom

 

[W.A.S.P.chen]

Jo, vielen Dank, coole Erklärung.
Ich hatte bei meinen Gedanken mehr meine Stumpfmucke (1Git/1Bass) im Hinterkopf, aber beim Orchester kann ich mir schon vorstellen, daß man den Unterschied hört.

 

[Axel]

Toller Beitrag Tolle Beiträge JimmyZee!!!
Sollte doch öfter mal in diese Ecke des Forums kucken []

 

[JimmyZee]

Danke für die Blumen,

Unter netten Kollegen teile ich mein Wissen doch gerne.

Liebe Grüße, der Karsten

 

[lenni]

Hi,

was Karsten gechrieben hat, stimmt, ich höre da einen riesen Unterschied, ich würde eher fragen, wie sind die Wandler, die du benutzt, wenn die nicht gut sind, wird der Unterschied nicht so groß sein, sinds hochwertige Dinger hört man es sehr genau. (Sprich, ich kenne die Wandler vom tascam zwar, aber weiß nicht ob die neueren Standartwandler in deinem Gerät drin sind, wenn ichs richtig verstanden habe, ja. dann sollte man es hören.

 

[TomM]

Karsten,

da fehlt mir jetzt aber großer Schritt zum Verständnis.

Wir sind uns einig, dass der wahrgenommene Klang die Summe aller Teiltöne ist und dass das Obertonspektrum je nach Instrument weit jenseits des vom Menschen hörbaren reicht, u.U. bis in die 100kHz. Aber diese hohen Spektralanteile hört der Mensch im Gegensatz zu seinem Hund gar nicht, sogar rein akustisch ohne jede Elektronik nicht.

Nur warum soll die Frequenzauflösung des digitalen Systems mit z.B. 96kHz Abtastrate so hoch sein, um Frequenzanteile jenseits der 20kHz übertragbar zu machen und die dann auch nach der vollständigen Rekonstruktion am Ausgangsfilter des D/A-Wandles zur Verfügung zu stellen, wenn der Mensch das nun mal nicht hören kann ? Das ist doch eine simple physiologische Tatsache, die sich aus der Konstruktion des Ohres ergibt. Was ich nicht als (Sinus-)Grundton hören kann, höre ich als Teilton im Klangspektrum genausowenig.

Gelegentlich hört man, dass die genauere Rekonstruktion der Wellenform für detailgetreue Wiedergabe nötig sei und das auch hörbar wäre. Das ist aber ein Missverständnis, denn Wellenform und Spektrum korrespondieren ja direkt miteinander (Fouriertransformation).

 

[mo-og]

armer Tömsken, was haste denn jetzt für ne diskussion ausgelöst?

sind ja echt interessant diese erläuterungen (respekt, JimmyZee), aber mit dem us-122 und garageband?

will ich mal den guten Tömsken beruhigen:
bleib nur mal ruhig bei deinem us-122 und mach' schöne aufnahmen mit garage band, alles in ordnung. wenn du 'ne höhere samplingrate willst, kannst du mit 48kHz aufnehmen (musst du halt vor dem brennen wieder auf 44.1/16 konvertieren).

interessanter dürfte für dich die möglichkeit sein, evtl. mit 24 bit-aufnahmen einen höheren dynamikbereich zu nutzen bei niedrigerem eigenrauschen (das macht dein interface mit gb ebenfalls 'schon'). musst du aber auch nur machen, wenn du viele signale mit vergleichsweise niedrigen pegeln mischen willst. für pop/rock und artverwandes nice-to-have, aber nicht unbedingt erforderlich.

alles darüber ist für garageband esoterisch. und 'ne dvd-audio oder eine dts-filmtonmischung machst du ja nicht mit garageband, oder? die gestalterischen möglichkeiten beim mixen in garageband haben deutlich mehr einfluss auf den klang deiner produktion als diese technischen finessen.
moses

 

[lenni]

Jo,
so is et, wenn du andere DAWs benutzen würdest mit anderen Wandlern wäre es ein Unterschied, mach dir nicht ein zu großen Kopp, mach einfach Mucke.
Nur noch mal zu oben, Töne werden auch gefühlt, ebenso wie nur Töne oder auch Hall, Bass kennt jeder oder, vor allem hier auf der Seite, einiges kann man nicht mehr richtig hören, aber spüren, nach oben Hin verhält es sich genauso. Kann dir mal gerne zwei Mixe von Liedern schicken, eins mit 44/32 aufgenommen, und eins mit 96/32 da gibts einen Unterschied!

 

[JimmyZee]

Is ja alles richtig, Kollegen. Ich geb euch ja recht, dass dieses HighEndZeuchs für uns Rocker und Popper (oderwasauchimmer) und Homerecorder meist relativ belanglos ist. Und im Garageband brauchst du über sowas nicht nachdenken. Es kam ja nur die Frage auf, wofür man eigentlich 96kHz Samplingfrequenz braucht. Ich wollte mit dem alten Irrglauben, dass das, was man physisch nicht hören kann, für die Aufnahme irrelevant ist, aufräumen.

@TomM: Es geht auch nicht darum, dass du die Töne (oder Teiltöne) raushörst - das geht in der Tat nicht. Aber jede Obertonfrequenz moduliert ihre eigenen Untertöne bzw. die Grundfrequenz. Sie hat also einen klanglichen Einfluss auf die hörbaren Frequenzen und damit auf den Gesamtklang des Instrumentes. Aber nicht nur das. Im Zusammenspiel der Instrumente - insbesondere bei Unisono-Passagen - interagieren die nichthörbaren Obertöne des einen Instruments durchaus auch mit den Obertönen des anderen Instrumentes und haben so Einfluss auf den Gesamtklang des Ensembles. Schneidet man sie weg, ändert sich - wenn auch geringfügig - der Klang. Sowohl des Einen als auch des anderen Instrumentes. Als audiophiler Zuhörer hört man diesen Unterschied u.U. noch mit 70.

Macht mal das Experiment, und ladet euch ein Analogsynthisample oder eine reine Gitarrenpassage (ohne andere Instrumente - sowas gibts immer auf den Demo-CDs in den verschiedenen Musikanten-Bummis) in den Windows-Mediaplayer, stellt bei der Visualisierung auf "Wellen und Streifen : Graph" und guckt , was passiert. . .
OK, das ist nur ne sehr grobe Nachahmung einer Oszillatorfunktion, aber es verdeutlicht - glaube ich - ganz gut den Effekt, den ich meine. Wie im Kleinen so im Großen.

Außerdem gibts natürlich auch noch den Effekt der detailgetreueren Abbildung. Eben nicht mehr 44 100 musikalische "Einzelbilder" pro Sekunde sondern 96 000. Das ist dann vielleicht wie beim Unterschied zwischen dem alten Computermonitor mit 50 Hz und dem Neuen mit 100 Hz Black Trinitron. Den wahren Unterschied merkt man erst dann, wenn einem hinterher die Augen nicht mehr so weh tun . . .

Augenreibende Grüße, Karsten

 

[mo-og]

Zitat:Original erstellt von: JimmyZee

Ich wollte mit dem alten Irrglauben, dass das, was man physisch nicht hören kann, für die Aufnahme irrelevant ist, aufräumen.

..und das ist richtig und sehr schön erklärt!

 

[TomM]

Hach immer diese Vergleiche, die hinken doch. Eine Trinitron ist schärfer, 50Hz wahrnehmbar, insbesondere bei Interferenz zur Lampe..... Also sehr wohl innerhalb der physiologischen Grenzen unserer Sinneswahrnehmung.

Aber die Frage der niederfrequenten Intermodulationsprodukte ist was anderes. Sprengt hier vielleicht den Rahmen, also besser mal per PM .....

 

[foobass]

Die 96kHz machen insofern sinn, wenn man digitale Effekte anwendet, so es schnell dazu kommt, das sich wieder Frequenzen ueber der Nyquist-Grenze bilden (z.b. bei digitaler Verzerrung), diese "spiegeln" sich dann um Nyquist rum (also 22kHz bei 44kHz, oder 48kHz bei 96kHz) und versauen das hoerbare Spektrum, das ist bei 96kHz dann nicht mehr so schwer. Viele Effekte umgehen das, in dem sie sogenanntes "Upsampling" anwenden, bevor sie z.B. verzerren, aber das ist nicht immer der Fall. Das heisst fuer die Verarbeitung kann 96kHz zu deutlich hoerbaren UNterschieden fuehren.

 

[JimmyZee]

Auch das ist sehr richtig, solche Artefakte bilden sich vor allem dann, wenn man nicht auf der digitalen Ebene bleibt, sondern technisch bedingt immer zwischen analog und digital hin und her wandeln muss. Aber auch, wenn man zwischen verschiedenen Geräten auf der digitalen Ebene hin und her Dithern muss. Bei 96kHz (oder im Extremfall 192kHz) sind die Wandlungsverluste dann auch zu verschmerzen.

 

[JimmyZee]

Das ist theoretisch so und jeder halbwegs professionelle Wandler sollte das von sich aus tun. Die Praxis zeigt, dass es hier doch aber große Unterschiede gibt. Je nach dem mit welcher tatsächlichen Güte, d.h. Flankensteilheit der Tiefpassfilter arbeitet. Selbst bei sauberstem Systemdesign fängt man sich immer wieder mal Artefakte ein - woher die auch immer kommen mögen. Das Oversampling ist ja eine Erfindung der Hersteller, damit man nicht solche teuren Tiefpassfilter einbauen muss.
Außerdem verliert man selbst bei der Arbeit mit Wandlern der 2-3T€-Klasse beim ständigen Wandeln an Audioqualität. Das ist zunächst kaum hörbar, summiert sich aber nach einigen Wandlungen.

 

[account]

Zitat:Original erstellt von: JimmyZee

Is ja alles richtig, Kollegen. Ich geb euch ja recht, dass dieses HighEndZeuchs für uns Rocker und Popper (oderwasauchimmer) und Homerecorder meist relativ belanglos ist. Und im Garageband brauchst du über sowas nicht nachdenken. Es kam ja nur die Frage auf, wofür man eigentlich 96kHz Samplingfrequenz braucht. Ich wollte mit dem alten Irrglauben, dass das, was man physisch nicht hören kann, für die Aufnahme irrelevant ist, aufräumen.

@TomM: Es geht auch nicht darum, dass du die Töne (oder Teiltöne) raushörst - das geht in der Tat nicht. Aber jede Obertonfrequenz moduliert ihre eigenen Untertöne bzw. die Grundfrequenz. Sie hat also einen klanglichen Einfluss auf die hörbaren Frequenzen und damit auf den Gesamtklang des Instrumentes. Aber nicht nur das. Im Zusammenspiel der Instrumente - insbesondere bei Unisono-Passagen - interagieren die nichthörbaren Obertöne des einen Instruments durchaus auch mit den Obertönen des anderen Instrumentes und haben so Einfluss auf den Gesamtklang des Ensembles. Schneidet man sie weg, ändert sich - wenn auch geringfügig - der Klang. Sowohl des Einen als auch des anderen Instrumentes. Als audiophiler Zuhörer hört man diesen Unterschied u.U. noch mit 70.

Hier liegt IMHO ein Missverständnis vor. Dass die Obertöne des einen Instrumentes die des anderen beeinflussen usw. kann durchaus sein, aber dieser Effekt tritt bei der Aufnahme selbst auf. Ob du da jetzt mit 44,1, 96 oder 22kHz abtastest ist den Instrumenten herzlich wurscht. Fakt ist, wenn du mit 44,1kHz abtastest hast du in deinem digitalen Signal einen Nutzfrequenzbereich bis 20kHz.
Wenn solche Obertoneffekte auftreten und diese eine Auswirkung bis in den hörbaren Bereich haben (<20kHz) ist alles in Butter. Alles andere (>20kHz) hört man nicht.

Zitat:
Macht mal das Experiment, und ladet euch ein Analogsynthisample oder eine reine Gitarrenpassage (ohne andere Instrumente - sowas gibts immer auf den Demo-CDs in den verschiedenen Musikanten-Bummis) in den Windows-Mediaplayer, stellt bei der Visualisierung auf "Wellen und Streifen : Graph" und guckt , was passiert. . .
OK, das ist nur ne sehr grobe Nachahmung einer Oszillatorfunktion, aber es verdeutlicht - glaube ich - ganz gut den Effekt, den ich meine. Wie im Kleinen so im Großen.

Der Graph vom Mediaplayer hat mit einem Oszilloskop nichts zu tun, das sind zwei grundverschiedene Dinge. Ein Oszilloskop ist ein rein analoges Gerät, der Graph im Mediaplayer macht vermutlich in irgendeiner Weise eine Spektralanalyse (FFT). Die FFT ist ein mathematisches Werkzeug der digitalen Welt. Außerdem gibt es da noch verschiedene Parameter die man für kennen müßte um das Ergebnis vernünftig zu interpretieren, z.B. die Fensterbreite der FFT, damit unmittelbar zusammen hängt nämlich welche Frequenzbänder du überhaupt darstellen kannst und ob die Darstellung korrekt ist.

Zitat:
Außerdem gibts natürlich auch noch den Effekt der detailgetreueren Abbildung. Eben nicht mehr 44 100 musikalische "Einzelbilder" pro Sekunde sondern 96 000. Das ist dann vielleicht wie beim Unterschied zwischen dem alten Computermonitor mit 50 Hz und dem Neuen mit 100 Hz Black Trinitron. Den wahren Unterschied merkt man erst dann, wenn einem hinterher die Augen nicht mehr so weh tun . . .

Augenreibende Grüße, Karsten

Den Abtastvorgang mit "Einzelbildern pro Sekunde" zu vergleichen ist, man kann es nicht anders sagen, falsch. Wenn du ein Signal abtastest (A/D Wandlung) und das Abtastheorem dabei erfüllt ist (fmax < fc/2) hast du nach der D/A Wandlung dasselbe Signal wie vorher. Und zwar exakt dasselbe, das kann man mathematisch zeigen. Das Problem dabei ist dass man dafür einen idealen Tiefpaßfilter vorrausetzt, dieser hat unendlich steile Flanken und kann physikalisch nicht realisiert werden. Die Tiefpaßfilter die man real verwendet haben mehr (teurer) oder weniger (billiger) steile Flanken, je flacher desto größer ist natürlich die Gefahr dass man Aliasingfrequenzen ins Spektrum bekommt. Das alles hat mit "musikalischen Einzelbildern" aber nichts zu tun.
Der (Haupt)Grund warum man höhere Abtastraten einsetzt ist IMHO dass damit die periodischen Spektren weiter auseinanderrücken und man so einfachere (=billigere) Tiefpaßfilter verwenden kann.