bit- en samplerates (24 vs 16; 96 vs 44.1)

[SpaceAgent202]

uit een discussie kwam de volgende vraag naar voren:

wat is nou de toegevoegde waarde van het opnemen en afspelen van audio op een samplerate van 96khz tegenover opnemen/afspelen op 44,1khz?

heeft dit te maken met headroom of is voor headroom juist van belang op welke bitdiepte iets wordt opgenomen.

wie heeft hier een korte maar duidelijke uitleg over?

 

[fuse]

meer bitdiepte = meer ruimte in dB
hogere samplerate = meer ruimte in freq. spectrum

Omdat je oren de hogere frequenties bijna niet kunnen horen heeft dynamische ruimte over het algemeen meer invloed op je gehoor.

 

[bikkel]

Headroom is vooral van toepassing op je bitrate, je hoeft niet tegen (of net over ) de 0dB op te nemen en als je gaat bewerken dan heb je geen kwaliteitsverlies.

Zeg dat 16 bit het minimale is voor het menselijke gehoor, en je compressed zo dat er +6dB aan gain toegevoegd kan worden, dan heb je in principe 14 bits aan detail over.

+3dB is 2x zo hard. 1 bit extra diepte is 2x zoveel detail.

 

[Catalunya]

Opnemen op een hogere bitrate heeft veel voordelen:

o.a. dat je bij Trackbouncing minder verlies hebt (er zullen altijd wel wat bitjes verloren gaan)
Een hogere bitrate zal de transienten (boventonen die zo karakteristiek zijn voor bepaalde instrumenten, zoals een viool, trompet e.a.) beter reproduceren. Wij kunnen meestal horen tot 17 of 18 Khz. Toch horen we ook de boventonen.dus boven de 17 of 18 Khz. Dit is vreemd en moeilijk te verklaren, maar toch geeft dat net de klank karakteristiek van een instrument weer.

Meest ideale is dus mixen op een hogere bitrate, alleen kost dit wel meer power en geheugen.

Een ander voorbeeld is bijv. EQ die werkt met een interne bitprocessing van 24 Bit i.p.v. 16 Bit. Die E.Q. met 24 Bit zal veel cleaner zijn, neemt kleinere stapjes.

De reden dat men voor 24 Bit en 96 Khz heeft gekozen is o.a. het volgende.
Een sample frequentie moet altijd het dubbele zijn van de hoogst hoorbare frequentie.
22 Khz maal 2 is 44 Khz is 16 Bit

Dus met 96 Khz zal hij de boventonen (transienten) tot 48 Khz kunnen reproduceren.
Het gekke is dat wij nog hogere transienten kunnen horen, dus het zal niet blijven bij 96 Khz.
Ik vermoed dat het in de toekomst nogwel verdubbeld gaat worden.

Stel je voor je neemt een sinus op.
Wat doet digitaal die neemt om de zoveel tijd een sample op een punt in de sinus. Zie je een gereproduceerde sinus digitaal dan heeft digitaal daar een ladder van gemaakt (dus met treden Bij 16 Bit liggen die sample punten verder van elkaar af (Minder treden over dezelfde afstand)
Bij 24 Bit liggen de sample punten dichter bij elkaar en zijn er meer treden over dezelfde afstand.

resultaat de 24 Bit sample zal het origineel (dus de sinus) beter benaderen dan 16 Bit


Groet Erik

 

[Catalunya]

Effe snel getekend.

Boven de sinus
Onder het digitale signaal, wat dus treden worden
Zie die treden als sample op 1 punt open en dan weer dicht. Daardoor worden het treden.

Groet Erik

 

[CraZ]

Nyquist en Protools HD

Nyquist en Protools HD

Protools HD gaat nu al tot 24bit op 192 Khz. De theroretische dynamiek bij 24 bit is 144dB. Geen enkele AD/DA converter zal in de buurt komen van dit getal. In de analoge wereld houdt het ergens in de buurt van 130 dB sowieso op. Dit heeft te maken met zaken als 'equivalent input noise' (FIN).. en is veel te ingewikkeld om hier uit te leggen. Maar belangrijk om te onthouden is dat 130dB zo ongeveer het maximaal haalbare is.. analoog gezien.

Het effect van 'input gain' mag ook niet onderschat worden.. want elke dB extra input gain is automatisch weer een dB minder dynamische headroom.

Verder zijn de geleerden het langzaam eens aan het worden over iets heel mafs.. namelijk 'ruis'. Op 24bit resolutie kan, mits de lineairiteit van de AD conversie goed is, ruis veel beter worden weergegeven dan op 16 bit. Zeker omdat je bij 16bit echt aan de rand van je dynamiek zit te rommelen.. waar je bij 24bit nog lang het einde niet in zicht hebt (bedenk dat het bij digitale signalen altijd van 0 naar beneden gaat.. en je LSB - least significant bit - erg ver onder je noise-floor zit. Lang verhaal.. maar kort door de bocht: ruis heeft meer definitie bij 24bit (t.o.v. 20 of 16bit).

Na lang experimenteren en neuzelen is men erachter gekomen dat dat kleine beetje ruis erg belangrijk is voor de interpretatie van muziek en geluid. Zonder die 'lekkere analoge ruis' klinken opnames gewoon een stuk minder..

Oh ja.. Nyquist.. dat was dus een of andere whizzard die uitgevogeld (vandaar: "theorem van nyquist") heeft dat de samplefrequentie minimaal het dubbele van de maximaal-te-samplen frequentie moet zijn om aliasing te vermijden. Is op het forum al vaker over gesproken.

 

[fuse]

Vandaar dat het hele dithering verhaal ook zo wazig is want in feit komt het er op neer dat je ook je eigen ruis gaat toevoegen zodat het beter klinkt. (voor menselijk gehoor)

 

[Catalunya]

Nog even een aanvulling:

In de praktijk bedraagt de sample- of bemonsteringsfrequentie 44,1 Khz, dus hij meet 44.100 maal per seconde. Hij moet 2 maal de hoogste frequentie samplen, want dit heeft te maken met het feit dat een golf 2 helften heeft, een positieve en een negatieve waarde. Bij de sample freq. van 44,1 Khz kunnen dus maximaal 22.050 trillingen per seconde worden gemeten. Dit is bij 16 Bit dan ook de hoogst haalbare frequentie. Een toon van 22.050 Hz wordt 2 keer gemeten, terwijl een toon van 1000 Hz 44 keer wordt gemeten.

Ik weet niet of je ooit een triange (of chimes?)l hebt gesampled. Die heeft heel wat transienten. Bij een lage bitrate hoor je wat gekraak. Volgens mij kapt hij die boventonen abrupt af.

Groet Erik

 

[fuse]

Het theorema van Nyquist in Jip en Janneke taal uitgelegd.
Incluis foutjes.

 

[SoLiS]

Het voordeel van 24 bit 96khz ten opzichte van 16 bit 44.1khz komt pas goed naar voren als je allerlei digitale effecten en nabewerking gaat gebruiken. Bij elke digitale bewerking heb je afrondingen die eigenlijk wat detail en dynamiek verminderen van je originele opname. Bij hogere bitrates heb je wat meer speling en zijn de afrondingen wat preciezer.

 

[SpaceAgent202]

dus:

frequentie is van invloed op het detail,
bitrate van invloed op de dynamiek.

als ik het goed begrijp in jip en janneke gedachtengang...

 

[CraZ]

Correct!

Correct!

Verplicht onthouden allemaal .. *grinnik*

Origineel geplaatst door Roel
dus:

frequentie is van invloed op het detail,
bitrate van invloed op de dynamiek.

als ik het goed begrijp in jip en janneke gedachtengang...

 

[Catalunya]

Re: Correct!

Re: Correct!

Origineel geplaatst door CraZ
Verplicht onthouden allemaal .. *grinnik*

Is het daarom dat mijn MPC 60 meer dynamiek heeft (12 Bit bij 44 Khz)dan nieuwere samplers, maar toch clean klinkt?

Waarom verhogen ze die Bitrate dan toch?

Craz! Gaat jouw conclusie ook op wanneer je het hebt over interne processing (bijv.bij een effect) t.o.v. recording!

Groet Erik

 

[CraZ]

Pfff.. daar vraag je me wat ..

Pfff.. daar vraag je me wat ..

Dat zijn nogal wat vragen.. hehe..

12bit sampling zoals toegepast in de Akai S950 en MPC60 klinkt lekker 'lo-fi'.. en klinkt zo goed omdat AKAI er een verdomd goed uitgekiend output circuit achtergeknutseld heeft. De dynamiek van 12bits is slechts 72dB.. (volgens de wetten van de Pulse Code Modulation).

En ja, die vergelijking gaat zeker op bij effect- en processing-apparatuur. Hoe meer bits.. hoe beter de (en het behoud van) dynamiek. Hoe hoger de samplerate.. hoe hoger de 'definitie'. Belangrijk bij dit soort spullen is of het signaal in het digitale domein blijft.. of dat er steeds AD/DA conversie plaats vindt.. met alle mogelijke gevolgen van dien.

 

[fuse]

MPC60 en MPC3000 hebben niet lineaire sampling. Dan krijg je in principe een soort compander over je samples heen wat extra vet klinkt. Dat kun je ook op je samples afzonderlijk toepassen met niet lineaire samplers (normale samplers).
Maar dan nog zijn er puristen die het orginele niet linieaire sampling geluid beter vinden.

 

[Toon]

De voornaamste reden om tot 96 KHz te gaan is de aliasing tegen te gaan, die wordt dan verschoven naar frequenties boven de 20 Khz, waarbij dan ook bij DA convertie geen hoorbare distortion meer ontstaat. Blijkbaar geven alle geluidskaarten die werken op 44.1 Khz een zekere aliasing, ook al wordt er gebruikt gemaakt van een anti-aliasing filter. Dus werken op bv. 48 Khz is zeker niet slecht. Je kan dan nog wel aliasing krijgen bij het afspelen op 48Khz, maar bij omzetting naar 44.1Khz zal de aliasing verdwijnen en dus bv. niet op je CD'tje terechtkomen.

Bij 44.1 Khz sample rate ontstaat er aliasing rond de 17/18 Khz, deze veroorzaakt distortion rond de 5Khz, hoorbaar dus.

Een ander punt is dat idd de bandbreedte verdubbeld en je dus alle signalen tot 48 Khz sampelt. Het is zo dat (dure?)microfoons vaak tot bv. 40 Khz kunnen opnemen, het is nu de vraag wat voor effect die hogere frequenties hebben.

<edit>

blijkbaar is het bij moderne ad convertors zo dat de anti aliasing filter digitaal is, zodat ook bij 44.1 Khz goede resultaten behaald kunnen worden

<edit>

 

[ernest@303.nu]

nu iedereen toch zijn steentje aan het bijdragen is aan de bitdiepte/rate discussie wil ik een - ten onrechte vaak vergeten - punt noemen: stereofase

een hogere samplerate (bijv. 96kHz ten opzichte van 44.1kHz) biedt namelijk tevens een nauwkeuriger 'grid' waarop het linker kanaal van het rechter kanaal kan verschillen. Hoor je dat? Absoluut. Heb je daar speakers voor nodig met een bereik van 48kHz? Neen.

Testje: (ik heb m uitgevoerd in de SFP-omgeving van mijn Creamware-kaart, maar denk dat het met iedere 96/24-kaart en bijv. Cubase VST of Logic te doen is)
Witte ruisbron (in mijn geval uit de Creamware modular)
zelfde signaal aangesloten op linker/rechter kanaal van D/A
rechter kanaal krijgt echter 1 (EEN) sample vertraging
Gevolg op 44.1kHz: je hoort een faseverschil ten opzichte van compleet mono
Gevolg op 96kHz: je hoort eveneens een faseverschil!!!!!!!!
En mijn speakers hebben echt geen bereik van 0Hz-48kHz +/- 0,5dB!
[edit]en mijn oren trouwens ook niet (meer)[/edit]

In de praktijk kan een samplerate van 96kHz of hoger (of bijvoorbeeld een systeem als super audio CD) er dus - naast de in de eerdere berichten genoemde voordelen - zorgen voor een nauwkeuriger stereo-definitie (lees: betere ruimtelijkheid)

 

[DJB]

rechter kanaal krijgt echter 1 (EEN) sample vertraging
Gevolg op 44.1kHz: je hoort een faseverschil ten opzichte van compleet mono
Gevolg op 96kHz: je hoort eveneens een faseverschil!!!!!!!!
QUOTE]

Klopt: 1 sample vertraging op 44.1 kHz geeft een delay van 22.67 microseconden.
Het menselijk gehoor kan bij ca 900 Hz nog relatieve delays onderscheiden van ca. 11 microseconden,
de heft dus. Heb je daarom dan een samplingrate van 96 kHz nodig om een delay van 11 microseconden
te kunnen beschrijven? NEE!

Een delay van bijvoorbeeld een sinus is niet alleen te representeren door alle samples 1 waarde
vooruit of achteruit in de tijd op te schuiven. Waarom is het nodig dat je alle samplewaarden
zelf gelijk houdt en ze alleen opschuift? Je kunt door de samplewaarden te veranderen
(interpoleren tussen opeenvolgende samples!) veel kleinere delays representeren dan 22 microseconden,
ook bij een samplerate van 44.1 kHz!!

Dit is precies de reden waarom CD spelers upsamping (of oversampling) algoritmes bevatten. Deze
interpoleren de golfvorm tussen de echte samples in.

Wat de bitdieptes betreft:
elk bit extra geeft je 6.02059991327962 dB meer headroom, of
2 keer zo veel detail in de golfvorm, ofwel een 4(!) keer zo laag kwantisatie-ruis vermogen.
Het is niet zo dat dat ook overeenkomt met een factor 2 in perceptieve verzwakking van de ruisvloer,
daar is ca. 10 dB voor nodig (ofwel 1.66 bits).

Wat mijn bescheiden mening betreft:
hoger samplen dan 44 of 48 kHz zie ik persoonlijk het nut niet van in.
Het verwerken van audio op hogere bitdieptes (24 bijvoorbeeld) wel. Je kwantisatieruis door allerlei
bewerkingen blijft dan een stuk lager (mits alle processing die je doet ook minstens 24 bit
intern werkt!). Uiteindelijk zul je voor een CD toch naar 16 bits terug moeten; daarbij kan dither
(ofwel noise shaping) veel helpen om de kwantisatie ruis naar relatief onhoorbare gebieden te verschuiven
(lees: hoogfrequent).

Om het nog wat lastiger te maken: noise shaping kan ook weer gebruikt worden om bit-diepte
en samplingrate uit te wisselen. SACD bijvoorbeeld heeft maar een diepte van 1 bit, maar een enorm
hoge samplingrate. Door noise shaping te gebruiken, wordt de kwantisatie-ruis naar zeer hoge
frequenties gezet (typisch 300.000 Hz); waardoor je in het hoorbare frequentie gebied juist
een enorm dynamisch bereik krijgt (>120dB). Dus los van elkaar kun je samplingrate en bit dieptes eigenlijk
niet zien. Maar het gebruik van deze uitwisseling vergt een compleet redesign van alle apparatuur
en signaal bewerkings algoritmes.

Het blijft toch een interessant, maar best ingewikkeld onderwerp :-)

 

[Ytse]

Origineel geplaatst door DJB

rechter kanaal krijgt echter 1 (EEN) sample vertraging
Gevolg op 44.1kHz: je hoort een faseverschil ten opzichte van compleet mono
Gevolg op 96kHz: je hoort eveneens een faseverschil!!!!!!!!
QUOTE]

Klopt: 1 sample vertraging op 44.1 kHz geeft een delay van 22.67 microseconden.
Het menselijk gehoor kan bij ca 900 Hz nog relatieve delays onderscheiden van ca. 11 microseconden,
de heft dus. Heb je daarom dan een samplingrate van 96 kHz nodig om een delay van 11 microseconden
te kunnen beschrijven? NEE!

Een delay van bijvoorbeeld een sinus is niet alleen te representeren door alle samples 1 waarde
vooruit of achteruit in de tijd op te schuiven. Waarom is het nodig dat je alle samplewaarden
zelf gelijk houdt en ze alleen opschuift? Je kunt door de samplewaarden te veranderen
(interpoleren tussen opeenvolgende samples!) veel kleinere delays representeren dan 22 microseconden,
ook bij een samplerate van 44.1 kHz!!

Dit is precies de reden waarom CD spelers upsamping (of oversampling) algoritmes bevatten. Deze
interpoleren de golfvorm tussen de echte samples in.

Wat de bitdieptes betreft:
elk bit extra geeft je 6.02059991327962 dB meer headroom, of
2 keer zo veel detail in de golfvorm, ofwel een 4(!) keer zo laag kwantisatie-ruis vermogen.
Het is niet zo dat dat ook overeenkomt met een factor 2 in perceptieve verzwakking van de ruisvloer,
daar is ca. 10 dB voor nodig (ofwel 1.66 bits).

Wat mijn bescheiden mening betreft:
hoger samplen dan 44 of 48 kHz zie ik persoonlijk het nut niet van in.
Het verwerken van audio op hogere bitdieptes (24 bijvoorbeeld) wel. Je kwantisatieruis door allerlei
bewerkingen blijft dan een stuk lager (mits alle processing die je doet ook minstens 24 bit
intern werkt!). Uiteindelijk zul je voor een CD toch naar 16 bits terug moeten; daarbij kan dither
(ofwel noise shaping) veel helpen om de kwantisatie ruis naar relatief onhoorbare gebieden te verschuiven
(lees: hoogfrequent).

Om het nog wat lastiger te maken: noise shaping kan ook weer gebruikt worden om bit-diepte
en samplingrate uit te wisselen. SACD bijvoorbeeld heeft maar een diepte van 1 bit, maar een enorm
hoge samplingrate. Door noise shaping te gebruiken, wordt de kwantisatie-ruis naar zeer hoge
frequenties gezet (typisch 300.000 Hz); waardoor je in het hoorbare frequentie gebied juist
een enorm dynamisch bereik krijgt (>120dB). Dus los van elkaar kun je samplingrate en bit dieptes eigenlijk
niet zien. Maar het gebruik van deze uitwisseling vergt een compleet redesign van alle apparatuur
en signaal bewerkings algoritmes.

Het blijft toch een interessant, maar best ingewikkeld onderwerp :-)

Goeie post. Vooral die interpolatie miste ik nog in vorige post. Je hebt het ook over upsampling bij cd spelers. Sommige oude cd spelers kunnen geen signalen aan van 0 DBFS. Is dat misschien omdat ze geen upsampling aan kunnen? Neem aan dat als je bv twee samples op 0 DBFS hebt dat de interpolatie boven de 0 DBFS uit komt.

 

[divi]

Origineel geplaatst door DJB

Het blijft toch een interessant, maar best ingewikkeld onderwerp :-)

idd!

die hele technische dingen gaan mij ietsje te ver, maar de basis van wat hier verteld is zou verplichte lectuur moeten zijn voor newbies