Lärm – Teil 2
Auch arme Toningenieure lieben es, alles mit Begrenzern und Kompressoren zu schütteln und zu nivellieren, deren Prinzip auf der Reduzierung des Dynamikbereichs beruht.
Fast alle Proben durchlaufen all diese Folter. Selbst bei Verwendung eines einfachen EQ durchläuft das Signal ein digitales Filter, das ein Rundungsrauschen um mindestens einen halben Quantisierungsschritt einführt. Während des endgültigen Mischens werden alle Proben in einer Sequenz gesammelt, wobei das Rauschen von jedem zum Rauschen von einem anderen Resampling addiert wird. Aber das ist noch nicht alles: Während der Wiedergabe fügt der DAC sein eigenes Rauschen und Rundungsgeräusch hinzu. Können Sie sich vorstellen, was wirklich von dem nützlichen Signal übrig bleibt?
Lärmschutztechniken
Um dieser unglücklichen Situation abzuhelfen, wurden spezielle Geräuschreduzierungstechnologien entwickelt. Lassen Sie uns die grundlegendsten sehen.
Überabtastung
Die Oversampling-Technologie wird seit den Tagen der Multi-Bit-DACs verwendet, um durch Rauschen verursachte Verluste zu kompensieren. Das Prinzip der Überabtastung besteht darin, dass Zwischenabtastungen zu vorhandenen diskreten Abtastwerten hinzugefügt werden, wobei die ungefähre Wellenform wiederholt wird. Zwischenproben werden durch mathematische Interpolation berechnet oder mit Nullwerten gefüllt und an ein digitales Filter übertragen. Im Allgemeinen werden beide Ansätze als Interpolation und das digitale Filter als Interpolation bezeichnet. Das einfachste Interpolationsverfahren ist die lineare Interpolation, und das einfachste digitale Filter kann ein Tiefpassfilter sein.
Unten sehen Sie eine Darstellung eines Interpolationsalgorithmus für ein diskretes Signal mit dem Faktor 2. Rote Punkte zeigen die ursprünglichen Signalabtastwerte an, durchgezogene Linien – ein kontinuierliches Signal, das diese Abtastwerte darstellt. Oben ist das ursprüngliche Signal. In der Mitte befindet sich das gleiche Signal mit eingefügten Nullzählungen (grüne Punkte). Unten: interpoliertes Signal (blaue Punkte: interpolierte Abtastwerte).
Zunächst verwendeten sie nur Oversampling mit einer Frequenzerhöhung, beispielsweise von 44,1 auf 176,4 kHz. Anschließend wurde eine Überabtastung mit einer Erhöhung der Abtastfrequenz und einer Erhöhung der Quantisierungsbittiefe verwendet; Dieser Vorgang wird als Widerruf bezeichnet.
Überabtastung führt zwar zu Rundungsrauschen, verringert jedoch auch die Gesamtrauschdichte durch Erweiterung des Dynamikbereichs des Signals, und die Nachbearbeitung des Signals hat weniger Auswirkungen. Jede Verdoppelung der Abtastrate erweitert den Dynamikbereich um ungefähr einen Quantisierungsschritt (6 dB) abzüglich des Rundungsrauschens.
Um Oversampling verwenden zu können, wurden Multibit-DAC-Chips hergestellt, die bis zu 192 x 24 digitale Streams am Eingang unterstützen. Es erschienen auch Hardware-Upsampler auf Basis von DSP (Digital Signal Processor).
Natürlich hat die Verwendung der Oversampling-Technologie die Eigenschaften des Audiosignals verbessert, aber die Situation hat sich nicht drastisch geändert: Der Rauschpegel blieb hoch. Daher wurden andere Technologien angewendet.