Tag: Farbtiefe in 24-Bit

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24/192 digitales Audioformat und warum es keinen Sinn macht. Teil 3

192 kHz gelten als schädlich

Digitale Musikdateien mit 192 kHz bieten keinen Vorteil, haben aber dennoch einige Auswirkungen. In der Praxis stellt sich heraus, dass die Wiedergabequalität etwas schlechter ist und während der Wiedergabe Ultraschallwellen auftreten.

Sowohl Audiokonverter als auch Leistungsverstärker sind anfällig für Verzerrungen, und Verzerrungen neigen dazu, sich bei hohen und niedrigen Frequenzen schnell aufzubauen. Wenn derselbe Lautsprecher den Ultraschall zusammen mit den Frequenzen des hörbaren Bereichs wiedergibt, ändern nichtlineare Eigenschaften einen Teil des Ultraschallbereichs in Form von unkontrollierten zufälligen nichtlinearen Verzerrungen, die den gesamten Bereich des hörbaren Audios abdecken, in das hörbare Spektrum. Nichtlinearität in einem Leistungsverstärker hat den gleichen Effekt. Diese Effekte sind schwer zu bemerken, aber Tests haben bestätigt, dass beide Arten von Verzerrungen zu hören sind.

Die obige Grafik zeigt die Verzerrung, die sich aus der Intermodulation von 30 kHz und 33 kHz Audio in einem theoretischen Verstärker mit einer konstanten harmonischen Verzerrung (THD) von ungefähr 0,09% ergibt. Verzerrungen sind im gesamten Spektrum sichtbar, selbst bei den niedrigsten Frequenzen.

Unhörbare Ultraschallwellen tragen zur Intermodulationsverzerrung im hörbaren Bereich (hellblauer Bereich) bei. Systeme, die nicht für die Wiedergabe von Ultraschall ausgelegt sind, weisen häufig höhere Verzerrungen auf, etwa 20 kHz, was weiter zur Intermodulation beiträgt. Die Erweiterung des Frequenzbereichs um Ultraschall erfordert Kompromisse, die das Rauschen und die Verzerrungsaktivität innerhalb des hörbaren Spektrums verringern. In jedem Fall wird jedoch die Wiedergabequalität durch unnötige Wiedergabe der Ultraschallkomponente beeinträchtigt.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um zusätzliche Verzerrungen zu vermeiden:

Ein Nur-Ultraschall-Lautsprecher, -Verstärker und ein Signalspektrum-Splitter zum unabhängigen Trennen und Wiedergeben von nicht hörbarem Ultraschall, damit andere Geräusche nicht beeinträchtigt werden.
Verstärker und Wandler, die ein breiteres Frequenzspektrum wiedergeben sollen, damit Ultraschall keine hörbaren harmonischen Verzerrungen verursacht. Aufgrund der zusätzlichen Kosten und der Komplexität der Leistung verringert der zusätzliche Frequenzbereich die Wiedergabequalität im hörbaren Spektrum.
Gut gestaltete Lautsprecher und Verstärker, die keinen Ultraschall reproduzieren.
Für den Anfang müssen Sie keinen so großen Frequenzbereich codieren. Sie können (und sollten) keine Ultraschallverzerrung im hörbaren Frequenzband hören, wenn keine Ultraschallkomponente vorhanden ist.
Alle diese Methoden sollen ein Problem lösen, aber nur vier Möglichkeiten sind sinnvoll.

Wenn Sie an den Funktionen Ihres eigenen Systems interessiert sind, enthalten die folgenden Beispiele: 30-kHz- und 33-kHz-Audio im WAV 24/96-Format, eine längere FLAC-Version, einige Melodien und einen Schnitt normaler Songs bei 24 kHz, damit sie fallen vollständig im Ultraschallbereich von 24 kHz bis 46 kHz.

Tests zur Messung der harmonischen Verzerrung:

30 kHz Audio + 33 kHz Audio (24 Bit / 96 kHz) [5 Sekunden WAV] [30 Sekunden FLAC]
Stellt 26 kHz – 48 kHz (24 Bit / 96 kHz) ein [10 Sekunden WAV]
Stellt 26 kHz – 96 kHz (24 Bit / 192 kHz) ein [10 Sekunden WAV]
Reduzieren von Songs auf 24 kHz (WAV 24-Bit / 96 kHz) [WAV 10 Sekunden] (Original-Schnittversion) (WAV 16-Bit / 44,1 kHz)
Angenommen, Ihr System kann alle Formate mit Abtastraten von 96 kHz abspielen [6]. Wenn Sie die obigen Dateien abspielen, sollten Sie nichts hören, kein Rauschen, Zischen, Klicken oder andere Geräusche. Wenn Sie etwas hören, reagiert Ihr System nicht linear und verursacht eine hörbare nichtlineare Verzerrung des Ultraschalls. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie die Lautstärke erhöhen. Wenn Sie den digitalen oder analogen Clipping-Bereich betreten, kann selbst ein leises Clipping starke Intermodulationsgeräusche verursachen.

Im Allgemeinen ist es keine Tatsache, dass eine harmonische Verzerrung des Ultraschalls in einem bestimmten System hörbar ist. Die eingeführte Verzerrung kann vernachlässigbar und durchaus spürbar sein. In jedem Fall ist die Ultraschallkomponente niemals ein Verdienst, und in vielen Audiosystemen führt dies zu einer starken Verschlechterung der Qualität der Tonwiedergabe. In Systemen, in denen es nicht schadet, kann die Fähigkeit zur Verarbeitung von Ultraschall erhalten bleiben, oder stattdessen können Ressourcen verwendet werden, um die Klangqualität des hörbaren Bereichs zu verbessern.

Missverstehen Sie den Probenahmevorgang

Die Abtasttheorie ist ohne den Kontext der Signalverarbeitung oft nicht nachvollziehbar. Und es ist kein Wunder, dass die meisten Menschen, selbst brillante Ärzte in anderen Bereichen, es nicht verstehen. Es ist auch nicht verwunderlich, dass viele Menschen nicht einmal merken, dass sie einen Fehler machen.

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24/192 digitales Audioformat und warum es keinen Sinn macht. Teil 2

Perfektes Hören oder erbliches Geschenk

Wenn ich viele Briefe erhalte, sehe ich, dass viele Menschen an die Existenz einzigartiger Menschen mit außergewöhnlichem Gehör glauben. Gibt es wirklich solche Leute mit “goldenen Ohren”?

Es hängt davon ab, was Sie als außergewöhnliches Gehör bezeichnen.

Die gesunden Ohren junger Menschen hören besser als die Ohren älterer oder beschädigter Ohren. Einige Menschen sind außergewöhnlich gut ausgebildet, um alle Nuancen von Klang und Musik zu hören, von denen die meisten Menschen nicht einmal wissen, dass sie existieren. In den 90er Jahren konnte es alle MP3-Encoder erkennen (sie waren zu dieser Zeit alle ziemlich schlecht) und es konnte dies in einem Doppelblindtest beweisen [2].

Wenn eine Person gesunde Ohren hat und gut trainiert ist, um Geräusche zu erkennen, würde ich sagen, dass ihr Gehör außergewöhnlich ist. Menschen mit unterdurchschnittlichem Hörvermögen können jedoch möglicherweise Details bemerken, die unerfahrenen Zuhörern entgehen. Außergewöhnliches Hören ist größtenteils eine Frage des Trainings, nicht der Fähigkeit, über den Hörbereich gewöhnlicher Sterblicher hinaus zu hören.

Hörforscher würden gerne jemanden mit außergewöhnlichem Hörvermögen und der Fähigkeit finden, außerhalb des Hörbereichs zu hören, um die Forschungsergebnisse zu testen und aufzuzeichnen. Ich habe nichts gegen gewöhnliche Menschen, aber jeder Wissenschaftler möchte eine Person mit genetischen Besonderheiten finden, um einen erstklassigen Artikel zu schreiben. Wir haben solche Leute in 100 Jahren des Testens nicht gefunden, also existieren sie wahrscheinlich nicht. So leid. Aber wir werden weiter nach mehr suchen.

Liebe zum Farbspektrum

Sie sind vielleicht skeptisch gegenüber allem, was ich gerade geschrieben habe, weil es gegen alle Marketing-Taktiken verstößt. Nehmen wir stattdessen an, die Menschen haben eine Begeisterung für Farbe und weichen vom Thema Klang ab.

Die obige Abbildung zeigt eine grobe Skala der Empfindlichkeit von Stäbchen und Zapfen im menschlichen Auge im Vergleich zum sichtbaren Spektrum. Diese Sinne reagieren auf Licht in überlappenden Spektralbändern, genau wie die Haarzellen der Ohren so eingestellt sind, dass sie überlappende Schallfrequenzbänder wahrnehmen.

Das menschliche Auge sieht einen begrenzten Bereich von Lichtwellen, die als sichtbare Strahlung bezeichnet werden. Hier ist eine direkte Analogie zum Hörbereich von Schallwellen. Wie das Ohr hat das Auge empfindliche Zellen (Stäbchen und Zapfen), die Licht in verschiedenen, aber überlappenden Frequenzbändern einfangen.

Die sichtbare Strahlung beginnt mit einer Frequenz von ungefähr 400 THz (dunkelrot) und reicht bis zu 850 THz (dunkelviolett) [3], aber die Sehschärfe nimmt im Laufe des Lebens ab. Außerhalb dieses ungefähren Bereichs kann die Intensität des in Ihre Augen eintretenden Lichts Ihre Netzhaut verbrennen. Es stellt sich also heraus, dass die Reichweite selbst für junge, gesunde und genetisch begabte Menschen recht anständig ist, eine Reichweite, die einem breiten Spektrum des Audiospektrums entspricht.

Nehmen wir an, dass es in unserer hypothetischen Welt, in der es eine Begeisterung gibt, das sichtbare Spektrum von Videoaufnahmen zu erweitern, eine Gruppe von Menschen gibt, die glauben, dass diese Einschränkungen nicht großzügig genug sind. Sie glauben, dass Video nicht nur das visuelle Spektrum ist, sondern auch Infrarot- und Ultraviolettstrahlung. Wenn wir mit dem Vergleich fortfahren, nehmen wir an, dass der aktivste Teil der Gruppe (der stolz darauf ist!) Auch behauptet, dass dieses Streuspektrum nicht ausreicht und das Video natürlicher erscheint, wenn dort Mikrowellen und Röntgenstrahlen erreicht werden. Für diejenigen, die ein “Auge ist ein Diamant” haben, wird der Unterschied enorm sein, nur Tag und Nacht!

Das ist natürlich lächerlich.

Niemand kann Röntgenstrahlen sehen (nicht Infrarot, nicht Ultraviolett, nicht Mikrowelle). Egal wie stark eine Person an das glaubt, was sie kann, die Netzhaut verfügt einfach nicht über die notwendigen Werkzeuge, um sie wahrzunehmen.

Hier ist ein Experiment, das jeder durchführen kann: Nehmen Sie die Apple IR Remote [TV]. Die LED sendet eine Wellenlänge von 980 nm aus, was ungefähr einer Frequenz von 306 THz entspricht, die nahe am Infrarotspektrum liegt. Wellen dieser Länge liegen nicht so weit außerhalb des sichtbaren Bereichs. Bringen Sie die Fernbedienung mitten in der Nacht mit ausgeschaltetem Licht in den Keller oder in den dunkelsten Raum und lassen Sie Ihre Augen sich an die Dunkelheit gewöhnen.

Das Bild oben ist eine Apple TV Infrarot-Fernbedienung, die mit einer Digitalkamera aufgenommen wurde. Obwohl der Emitter hell genug ist und die Frequenz der Strahlung nahe an der Frequenz des roten Teils des sichtbaren Spektrums liegt, ist Infrarotstrahlung für das menschliche Auge vollständig unsichtbar.

Können Sie sehen, wie die LED der Fernbedienung aufleuchtet, wenn Sie die Taste [4] drücken? Nein? Noch ein kleiner Blick? Probieren Sie einige andere Fernbedienungen aus, von denen viele Infrarot im Bereich von 310 bis 350 THz verwenden.