Audioverzögerung: Was ist das und wie passiert es?
Moderne Computer sind ideale Aufnahmegeräte. Sie können mehr Audio- und MIDI-Spuren verarbeiten, als wir jemals brauchen werden, und Computersteuerung und Audio-Tuning sind ein Sprung nach vorne. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass die ursprüngliche Aufgabe des PCs überhaupt nicht darin bestand, mit Ton zu arbeiten. Es gibt Schwierigkeiten, die der Bandaufzeichnung nicht inhärent sind. Das größte dieser Probleme ist die Latenz – die Zeitspanne zwischen der Aufnahme und dem Hören über Kopfhörer oder Monitore.
Wie die Audioverzögerung gebildet wird
Lassen Sie uns zunächst herausfinden, was passiert, wenn ein Signal auf einem Computer aufgezeichnet wird. Das Mikrofon misst Luftdruckänderungen und gibt ein elektrisches Signal mit entsprechenden Spannungsänderungen aus. Dieses Signal wird als analog bezeichnet, da Änderungen des elektrischen Potentials analog zu den Druckschwankungen sind, aus denen der Schall besteht.
Ein Gerät, das als Analog-Digital-Wandler (ADC) bezeichnet wird, misst oder tastet die Schwingungsspannung in regelmäßigen Abständen 44.100 Mal pro Sekunde (bei Ton in CD-Qualität) ab und meldet diese Messungen als Folge von Zahlen.
Die Zahlenfolge wird im entsprechenden Format verpackt und über eine Stromleitung an den Computer gesendet. Die PC-Software schreibt diese Daten in den Speicher und auf die Festplatte, verarbeitet sie und “sendet” sie zurück, damit sie wieder in ein analoges Signal umgewandelt werden können. Dieser Vorgang wird mit einem Digital-Analog-Wandler (DAC) durchgeführt.
Dies ist eine ziemlich komplexe Abfolge von Aktionen, abhängig von der Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Signalübertragung. Die ideale Situation sieht folgendermaßen aus: Jede vom ADC empfangene Sequenz wird an den Computer gesendet, gespeichert und sofort an den DAC zurückgesendet. In der Praxis ist ein solches Schema jedoch unmöglich. Selbst die geringste Verzögerung beim Senden von mindestens einem der Millionen Samples in einer Audioaufnahme kann zu Signalverlust führen.
Signalpuffer
Um das System zuverlässiger zu machen, wird nicht jedes Sample aufgezeichnet oder wiedergegeben, sobald es eintrifft. Stattdessen wartet der Computer mehrere zehn oder hundert Proben ab, bevor er sie verarbeitet. Das gleiche passiert am Ausgang. Dieser Vorgang wird als Pufferung bezeichnet und macht das System widerstandsfähiger gegen unerwartete Fehler. Der Puffer fungiert als Schutznetz: Selbst wenn der Datenfluss vorübergehend unterbrochen wird, kann er eine kontinuierliche Folge von Abtastwerten erzeugen.
Je größer der Puffer ist, desto besser kann das System mit unerwarteten Situationen umgehen und desto weniger Zeit wird für die Verarbeitung aufgewendet. Mit einer großen Puffergröße ist jedoch auch ein Nachteil verbunden: Der Pufferungsprozess dauert länger, und ab einem bestimmten Punkt bleibt das vom Computer ausgehende Signal merklich hinter der verwendeten Schallquelle zurück. Aufzeichnung. In einigen Situationen ist dies kein Problem, aber in vielen Szenarien ist dies definitiv der Fall. Wenn Musiker sich selbst oder ihren Kollegen beim Aufnehmen oder Aufführen zuhören, ist es sehr wichtig, dass die Verzögerung niemals hörbar ist.
Die Verzögerung wird in Intervallen von einigen Millisekunden hörbar.
Wichtig: Es gibt mehrere Faktoren, die die Latenz beeinflussen, aber die Puffergröße ist (im Allgemeinen) die wichtigste und die einzige, die vom Benutzer angepasst werden kann.
Einstellungen für die Puffergröße
Die Puffergröße wird im Allgemeinen in Anzahl der Abtastwerte gemessen, obwohl einige Schnittstellen Millisekundeneinstellungen bieten. Die Optionen werden normalerweise verdoppelt: Eine typische Soundkarte kann Konfigurationen von 32, 64, 128, 256, 512, 1024 und 2048 Samples anbieten.
Sie können die theoretische Latenz für eine bestimmte Variation der Puffergröße berechnen, indem Sie diese Zahl verdoppeln (um die Eingabe- und Ausgabeverarbeitung widerzuspiegeln) und das Ergebnis durch die Abtastrate dividieren. So beträgt beispielsweise bei einer Standardabtastrate von 44,1 kHz und einer Puffergröße von 32 Abtastwerten die Latenz 1,45 ms.
(32 x 2) / 44100 = 1,45
Diese Verzögerung wäre in der Praxis kaum wahrnehmbar, ist aber leider nicht möglich. Erstens gibt es andere Faktoren, die zur Latenz beitragen, und einige davon sind unvermeidbar. Zweitens “betrügen” einige Soundkartenhersteller, indem sie zusätzliche versteckte Puffer verwenden, die außerhalb der Kontrolle des Benutzers liegen. Infolgedessen werden die beanspruchten niedrigen Latenzwerte nicht erreicht. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass das Reduzieren der Puffergröße den Computer dazu zwingt, mehr Leistung für die Unterstützung von E / A bereitzustellen.
Eines der Hauptprobleme beim Entwerfen eines Audio-Interfaces ist das Zulassen kleiner Puffer. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Hersteller diese Aufgabe angehen, aber jetzt geht es nicht mehr darum.