High-End-Sampleratenumwandlung


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High-End-Sampleratenumwandlung

Sample Rate Conversion

Die Abtastrate ist die Anzahl der gemessenen digitalen Signalabtastungen (Durchgänge) pro Sekunde.

Sample Rate Conversion

Eine qualitativ hochwertige Konvertierung (Änderung) der Abtastrate ist ein ziemlich komplizierter und ressourcenintensiver Prozess. Insbesondere wenn die Frequenzen der Eingangs- und Ausgangssignale kein Vielfaches voneinander sind (44,1 und 96 kHz). Als nächstes werden wir uns die Eigenschaften des Konvertierungsprozesses der Audio-Abtastrate ansehen, die sich auf die Klangqualität auswirken.

Informationen zur DSD-Abtastratenumrechnung.

Abtastratenkonverter für Mac OS X, Windows

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Wo werden Abtastratenkonverter eingesetzt?
Die Konvertierung der Abtastrate kann erfolgen: in Echtzeit (im laufenden Betrieb, Konvertieren des Audio-Stream-Signals) oder durch Konvertieren von Dateien.

Die Sampleraten werden in Echtzeit geändert, wenn Samples abgespielt und mehrere Audiospuren aus dem Sequenzerprogramm gemischt werden (aus externen Dateien mit unterschiedlichen Sampleraten importiert).

In der Audiotechnik sind die beiden Serien von Abtastraten hauptsächlich üblich:
1) CD: 44 100, 88 200, 176 400 Hz;
2) DVD-Audio und DVD-Video: 48.000, 96.000, 192.000 Hz.

Nicht nur Musiker und professionelle Toningenieure müssen die Samplerate auf den gewünschten Wert bringen, sondern auch im Bereich Heim-Audio und -Video. Beispielsweise kann ein Media Player beim Abspielen von Audiodateien die Abtastrate der Datei unmerklich auf die in den Soundkarteneinstellungen festgelegte Abtastrate “einrasten”.

Algorithmus zur Konvertierung der Abtastrate
Der Algorithmus zum Ändern der Abtastrate (sowohl Hardware als auch Software) besteht aus den folgenden Schritten:
1) Erhöhen Sie die Abtastfrequenz auf eine Frequenz, die ein Vielfaches der Abtastfrequenz des Ausgangssignals beträgt.
2) Filtert “Störsignale” (sogenannte “Artefakte”) heraus, die über der Hälfte der Ausgangsabtastrate liegen.
3) Mehrfachdezimierungs-Unterabtastung (Verwerfen) unnötiger Abtastwerte.

Abtastratenwandlerschaltung

Das Up-Sampling erfolgt durch Einfügen zusätzlicher Samples (“virtuell” – vom Interpolator generiert) zwischen den vorhandenen Samples in das digitale Eingangssignal.

Sample-Interpolation: Fügen Sie virtuelle Samples zwischen reale ein

Es wird manchmal verwendet, um “virtuelle” Samples mit Nullwerten in das digitale Signal einzufügen. Diese Methode ist rechnerisch schneller. Diese Art der Erhöhung der Abtastrate fügt jedoch eine signifikante Menge von “Artefakten” zu denen hinzu, die in dem interpolierten Signal vorhanden sind.
Warum brauchen Sie eine überlegene Probe? Punkt 3) abschließen. Da es einfacher ist, die Proben in Vielfachen zu verdünnen, verwerfen Sie einfach die überschüssigen.
Die “Störsignale” (mit Frequenzen über der Hälfte der Ausgangsabtastrate) werden dann gefiltert. Andernfalls fallen “zusätzliche” Samples in das Spektrum des Nutzsignals und verzerren es (fügen Sie Fremdgeräusche hinzu).

Was unterscheidet einen High-End-Audio-Abtastratenkonverter von einem Konverter mittlerer Qualität?
Um während der Konvertierung eine minimale Verzerrung in das Signal einzuführen, müssen wir es so genau wie möglich interpolieren. Die Interpolationsgenauigkeit ist der maximale Wiederholungsgrad der zusätzlichen Interpolatorabtastwerte des ursprünglichen analogen Signals. Es ist zu beachten, dass der Interpolator höchster Qualität das ursprüngliche analoge Signal genau rekonstruieren kann. Aber nicht mit 100% Genauigkeit. Ich armer. Wenn die Abtastfrequenz erhöht wird, erscheinen falsche Signale über der Hälfte der Abtastfrequenz des Ausgangssignals.


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Audio in professioneller Qualität über IP

Audio in professioneller Qualität über IP

Audio-over-IP (AoIP)

Der vor zwei Jahrzehnten begonnene Übergang von direkten Verbindungen zu Netzwerklösungen für professionelle AV-Geräte gewinnt zunehmend an Bedeutung (insbesondere in der Audiotechnologie). Die sich bietenden Möglichkeiten, insbesondere der freie Verkehr von Geräten in Innenräumen, ziehen immer mehr Anhänger an.

Video/Audio over the Internet

Trotz der gewissen Beliebtheit von Lösungen mit speziellen Switches, den am häufigsten verwendeten Protokollen für die Audioübertragung basierend auf IP (Audio over IP), können sie in die vorhandene Netzwerkinfrastruktur implementiert werden. Heute werden mehr als zwei Dutzend dieser Protokolle verwendet, sowohl offene als auch proprietäre. Am beliebtesten ist Dante, das von der australischen Firma Audinate entwickelt wurde.

Bei analogen Systemen werden Audiogeräte normalerweise direkt über Kabel angeschlossen: einen Kanal, ein Kabel. Kupfer-Audiokabel nehmen viel Platz ein, sind schwer und sperrig. Das Anschließen ist teuer und zeitaufwändig und unter anderem bei großen Installationen mit Fehlern behaftet. Im Fall von AoIP kann ein Twisted-Pair-Kabel gleichzeitig Daten von Dutzenden und Hunderten von Audiokanälen übertragen.

Neben der Reduzierung des Arbeitsaufwands und der Kosten des gesamten Projekts bietet die Verwendung von AoIP auch funktionale Vorteile, einschließlich der Möglichkeit, Audiosignale über große Entfernungen zu leiten, ohne deren Qualität zu beeinträchtigen. In diesem Fall kann der Signalübertragungspfad tatsächlich mit einem Mausklick eingestellt werden, ohne dass Änderungen an der Verkabelung vorgenommen werden müssen. Das Fehlen einer Signalverschlechterung beseitigt wiederum die Notwendigkeit von Verstärkern, die erforderlich sind, um die Signaldämpfung aufgrund elektromagnetischer Interferenz, Hochfrequenzdämpfung und Spannungsabfall zu kompensieren.

AUDIO-SORTEN IM NETZWERK
AoIP-Systeme ermöglichen die Übertragung von unkomprimiertem digitalem Audio über Ethernet / IP. Abhängig von der Schicht, in der sie arbeiten, werden Protokolle in drei Hauptklassen unterteilt: physische, Datenverbindungs- und Netzwerkschichten.

Physikalische Schichtprotokolle ermöglichen die Übertragung von Signalen von einem Gerät zu einem anderen über herkömmliche Twisted-Pair-Kabel der Kategorie 5e oder besser. Dazu gehören Protokolle wie Behringers AES50 oder Rolands Ethernet Audio Communication (REAC).

Mithilfe von Verbindungsschichtprotokollen können Sie einen Kanal zwischen zwei Geräten in einem Netzwerk erstellen. Das erste Protokoll dieser Klasse war das Cobra Net von Cirrus Logic, das 1996 erschien. Ein weiterer bekannter Vertreter ist Ethersound.

Das IEEE hat den 802.1BA-Standard für Audio Video Bridging (AVB) (sowie mehrere verwandte Standards) übernommen. AVB wurde entwickelt, um die notwendigen Änderungen an der Netzwerkinfrastruktur zu minimieren. Um jedoch ein Video- und Audionetzwerk in professioneller Qualität zu übertragen, müssen alle Bridges (Switches) im Signalpfad AVB unterstützen.

Protokolle der Netzwerkschicht können mehrere Geräte verbinden und Signale zwischen ihnen austauschen. Neben Dante sind dies das proprietäre Livewire-Protokoll von Axia Audio und das offene Ravenna-Protokoll von ALC NetworX. Die erste wird häufig von Rundfunkveranstaltern verwendet

ANTI-ALIASING-FILTER, was ist das?

ANTI-ALIASING-FILTER, was ist das?

Anti-Aliasing Filters

Ein Anti-Aliasing-Filter ist ein Tiefpassfilter (LPF), das auf den ADC-Eingang angewendet wird, um die Qualität der Signalabtastung zu verbessern. Wenn F d die Abtastfrequenz des ADC ist, ist die Grenzfrequenz des Anti-Alias-Tiefpassfilters ungefähr gleich der Hälfte von 0,5 * F d. Das Unterdrücken von Signalfrequenzen über der Hälfte der ADC-Abtastrate eliminiert den Effekt des Aliasing auf das Signal oder eliminiert, wie es in der klassischen DSP-Literatur allgemein genannt wird, den Effekt des Aliasing. Das Anti-Folding-Filter liefert tatsächlich die spektrale Wiedergabetreue der ADC-Konvertierung, ausgenommen die Seitentöne der Signal-Konvertierungs-Artefakte (um die Terminologie der Tonanwendung zu verwenden).

Antialiasing Filter

Abbildung 1 zeigt einen typischen Frequenzgang (im Frequenzbereich 0 bis F d) eines Audio-ADCs hoher Qualität. Hier wird das Signal mit der maximal möglichen Amplitude für einen gegebenen ADC-Eingang als Null Dezibel angenommen. Dieser Frequenzgang wird durch ein mehrstufiges System digitaler Filter in der Sigma-Delta-ADC-Architektur bereitgestellt, die mit einer hohen Modulatorfrequenz (um ein Vielfaches höher als F d) arbeiten. In Kombination mit digitalen Filtern (falls vorhanden) werden analoge Filter mit einer deutlich geringeren Steigung des Frequenzgangs verwendet, um die Unterdrückung hoher Frequenzen im Eingangspfad des ADC zu gewährleisten.

Der ADC mit Anti-Aliasing-Filter wird in Schall-, Akustik- und Vibrometrieanwendungen in Bereichen eingesetzt, in denen die Genauigkeit der spektralen Umwandlung und die maximale Genauigkeit von Wechselstrommessungen wichtig sind. Im Fall des obigen Frequenzgangs des Wandlers ist die höchste Wandlungsqualität garantiert, wenn das effektive Frequenzband des Signals mit einem kleinen Spielraum dem Frequenzband 0 bis 0,5 * F d entspricht. In diesem Fall wird das Optimum in Bezug auf Signal-Rausch- und Signal-Rausch-Verhältnisse erreicht, selbst weil die Spiegelumwandlungsfrequenzen unterdrückt werden (wenn eine Unterdrückung von Frequenzen über F d vorgesehen ist).

Bei der Vibrometrie, bei der Phasenverzögerungen gemessen werden, wird dem gesamten ADC-Wandlungspfad einschließlich des Anti-Aliasing-Filters eine zusätzliche Anforderung an die Linearität des Phasenfrequenzgangs auferlegt.

Im System der linearen Terme – nichtlineare Effekte des Messpfads – kann argumentiert werden, dass der Anti-Aliasing-Filter den Einfluss der nichtlinearen Effekte der ADC-Abtastoperation drastisch reduziert, wodurch die Abtastoperation zu einer Transformation wird. fast linear (wenn wir mögliche Nichtlinearitätsfaktoren unterschiedlicher Art nicht berücksichtigen, z. B. mögliche Nichtlinearität in den ADC-Quantisierungsstufen).

Es kann jedoch nicht argumentiert werden, dass das Vorhandensein eines Anti-Aliasing-Filters im ADC-Konvertierungspfad für alle Digitalisierungsaufgaben für physikalische Signale akzeptabel ist. Ein spezieller Strobe-Betriebsmodus ist beispielsweise nur für einen ADC ohne Anti-Aliasing-Filter (z. B. einen SAR-ADC) möglich, bei dem die obere Durchlassbandfrequenz deutlich höher als die Hälfte der Frequenz von ist Probenahme. Ein weiteres Beispiel: Wenn digitalisierte gepulste Signale mit schnellen Abfällen mit einer Signalspektrumbreite digitalisiert werden, die die Bandbreite eines ADC mit einem Anti-Aliasing-Filter überschreitet, ist eine verlängerte Oszillationsnatur der Filterantwort auf schnelle Signalabfälle möglich. und solche Reaktionen werden nicht für alle gelösten Probleme akzeptabel sein.

Beachten Sie für eine korrekte Interpretation des Begriffs Folgendes:

In der Fachliteratur gibt es auch einen physikalisch ähnlichen Antialiasing-Begriff, der auf dem Gebiet der Bildverarbeitung verwendet wird. Bei Messproblemen (bei der Signalverarbeitung) ist es jedoch korrekter, den in GOST R 8.714-2010 und GOST R verwendeten Begriff Antialiasing-Filter zu verwenden ISO 13373-2-2009.
In der Fachliteratur zu eingebauten Sigma-Delta-ADCs wird ein Anti-Aliasing-Filter häufig als externes analoges Hochfrequenz-Tiefpassfilter bezeichnet, während diese eingebauten ADCs in den Zonen häufig einen ausgeprägten Anti-Aliasing-Frequenzgang bieten Niederfrequenz.
Wenn in den Handbüchern der ADC 2-Module über das Vorhandensein eines Anti-Aliasing-Filters gesprochen wird, wird impliziert, dass das Modul einen entsprechenden Anti-Aliasing-Frequenzgang hat, der durch den Frequenzgang von bereitgestellt wird den gesamten Messpfad des Moduls unter Berücksichtigung des Frequenzgangs seines analogen Pfads, integrierter ADCs, digitaler Filter auf dem ADC-Modul (z. B. auf FPGAs) und Filtern auf der “höheren” Softwareebene, falls enthalten in der mitgelieferten Software.
Wir erwähnen auch mögliche Implementierungen externer Anti-Aliasing-Filter in Bezug auf AD-Module

SOUNDQUALITÄT: EIN NEUER ANSATZ FÜR HARDWARE-TESTEN

SOUNDQUALITÄT: EIN NEUER ANSATZ FÜR HARDWARE-TESTEN

Audio Equipment Quality

Wir alle wissen genau, dass die Auswahl der Audiogeräte nicht einfach ist, da sich selbst innerhalb derselben Preiskategorie verschiedene Modelle im Klang deutlich unterscheiden. Jetzt wundert sich niemand mehr darüber, dass ein Verbraucher vor dem Kauf einer Audiokomponente neben Passdaten auch die Meinung eines kompetenten Experten dazu wissen möchte und sogar schüchtern versucht, deren Klang selbst zu “schmecken”.

AUDIO EQUIPMENT QUALITY

Warum müssen Geräte “verkostet” werden, während die meisten Industrieprodukte wie Bügeleisen, Glühbirnen und Kühlschränke nicht “verkostet” werden müssen? Es würde niemandem in den Sinn kommen, den Verkäufer zu bitten, ein Gutachten über die Qualität des Bügelns mit einem neuen Eisenmodell abzugeben. Es reicht aus, wenn Sie wissen, wie viel Energie es verbraucht, wie viel es wiegt und welchen Komfort es bietet. Denken wir jedoch daran, dass die Hersteller von HiFi-Geräten in den frühen 1970er Jahren, die absichtlich versuchten, eine Analogie zwischen Audiogeräten und Platten zu ziehen, aktiv eine Reihe technischer Anforderungen an die Herren in die Köpfe der Verbraucher einführten [ 1] die angeblich eine hohe Klangqualität der Geräte garantieren. Hersteller von Audiogeräten, die sich nur auf objektive Parameter stützten, wurden bereits als Objektivisten bezeichnet – Ende der 1970er Jahre erwartete sie Enttäuschungen. Das Verkaufsvolumen der von ihnen hergestellten Geräte begann stetig zu sinken, und dies trotz der Tatsache, dass sich die objektiven Parameter ständig verbesserten. Dieser Trend kann als Zielparameterinflation bezeichnet werden. Die Inflation wurde in der Tatsache ausgedrückt, dass die Anzahl der Nullen nach dem Dezimalpunkt in den Werten der harmonischen Verzerrung, des Intermodulationsverzerrungskoeffizienten, der Ungleichmäßigkeit des Frequenzgangs, der Ausgangsimpedanz des Verstärkers usw. wuchs, während sich die Klangqualität von Audiogeräten nicht nur nicht verbesserte, sondern sich auch erheblich verschlechterte. Diese Verschlechterung gab der Massenbewegung der Subjektivisten Impulse. Ihr Motto lautete: “Wenn es Widersprüche zwischen objektiven Parametern und subjektiven Bewertungen gibt, sollten die Ergebnisse objektiver Messungen nicht berücksichtigt werden” [2]. Es waren die Subjektivisten, die die Audio-Design-Ingenieure herausforderten: “Die physikalischen Effekte, die die Klangqualität von Verstärkern verschlechtern, werden bei objektiven Messungen nicht erkannt, da sie der orthodoxen Ingenieurwissenschaft nicht bekannt sind.” * 1 Solche Aussagen überraschten viele “Old School” -Audioingenieure. Auf den Seiten der Zeitungen kam es zu heftigen Kontroversen. Diese Kontroverse wurde von Paul Messenger im September 1976 * Hi-Fi News gestartet. Er gab nach heutigen Maßstäben eine ziemlich gewichtete Aussage ab, dass die Bewertung der Qualität von Audiogeräten in Zukunft fast vollständig subjektiv sein wird und dass die auditive Wahrnehmung zwar versagt, aber dennoch das empfindlichste Instrument zur Bewertung von Schall ist. . Solche Aussagen überraschten viele “Old School” -Audioingenieure. Auf den Seiten der Zeitungen kam es zu heftigen Kontroversen. Diese Kontroverse wurde von Paul Messenger im September 1976 * Hi-Fi News gestartet. Er gab nach heutigen Maßstäben eine ziemlich gewichtete Aussage ab, dass die Bewertung der Qualität von Audiogeräten in Zukunft fast vollständig subjektiv sein wird und dass die auditive Wahrnehmung zwar versagt, aber dennoch das empfindlichste Instrument zur Bewertung von Schall ist. . Solche Aussagen überraschten viele “Old School” -Audioingenieure. Auf den Seiten der Zeitungen kam es zu heftigen Kontroversen. Diese Kontroverse wurde von Paul Messenger im September 1976 * Hi-Fi News gestartet. Er gab nach heutigen Maßstäben eine ziemlich gewichtete Aussage ab, dass die Bewertung der Qualität von Audiogeräten in Zukunft fast vollständig subjektiv sein wird und dass die auditive Wahrnehmung zwar versagt, aber dennoch das empfindlichste Instrument zur Bewertung von Schall ist. .
Der Sieg der Subjektivisten über die Objektivisten wurde offensichtlich. Zum Gedenken an diesen Sieg wurde die hochwertigste und teuerste Ausrüstung als “High End” bezeichnet.
High-End-Shopping ist zu einem Ritual geworden, das an den Kult erinnert. Das Erscheinungsbild der Geschäfte unterschied sich nun deutlich von den Geschäften, in denen HiFi-Geräte “in großen Mengen” verkauft wurden, und der Kundenservice war völlig anders. Der Käufer der Audiogeräte wurde mit dem Verkäufer-Audio-Experten und gleichzeitig mit einem Hypnotiseur in einem Raum, der speziell für die Durchführung einer Vorschlagsitzung ausgestattet war, dem sogenannten Hörraum, allein gelassen. Wandteppiche, überfüllte Sessel, gespenstisches Licht *: Alles führte zu auditorischer Hypnose.