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Willkommen, meine Freunde, zu einer weiteren Runde der Systemkalibrierung! In der Serie haben wir bisher alles vom allgemeinen Setup über die Grundkalibrierung über Lautsprecherkonzepte bis hin zum Bass-Management und Verstärker-Design abgedeckt. Was bleibt dann übrig? Unsere guten alten Freunde die Konverter natürlich!
In diesem nächsten Teil der Serie wird genau analysiert, was genau in diesen Konvertern steckt, warum sie so einen Einfluss auf den Sound haben und worauf wir als Audioingenieur achten müssen. Und wenn Sie befürchten, dass dieses Tutorial zu technisch wird, da es sich um Elektronik handelt, fürchten Sie sich nicht. Alles wird klar, einfach und dennoch detailliert gehalten, damit jeder mitgehen kann!
Deshalb bereiten Sie sich auf die Bekehrung vor!
Während die Ingenieure den ganzen Tag darüber sprechen werden, wie sich dieser Lautsprecher anhört, weil dieser Port portiert ist, oder wie dieser Röhrenverstärker sauberer ist als der Solid-State-Verstärker, weil er höhere Spannungen verwendet, hören Sie Ingenieure oft nicht über Konverter zu technische Begriffe. Sie werden immer hören: "Nun, das klang einfach besser!" Und obwohl dies wohl der wichtigste Aspekt ist, können die meisten Ingenieure oft nicht erklären, warum es besser klingt oder gar nicht, was sich im Konverter abspielt.
Im Kern wird ein Konverter ein analoges Signal (Spannung) aufnehmen und eine proportionale digitale Zahl relativ zur Größe der Eingangsspannung (in unserem Fall die Amplitude unseres Mikrofonsignals) erzeugen. Der Prozess kann auch umgekehrt arbeiten, indem wir unsere digitalen Zahlen nehmen und eine proportionale analoge Spannung erzeugen. dies wiederum ist das, was aus Konvertern kommt und zum Verstärker geht. Ein Wandler, der von analog zu digital übergeht, ist als ADC bekannt, und ein Digital zu Analog ist als DAC bekannt, während ein Wandler, der beides kann, ein AD / DA ist.
Aber einige von Ihnen fragen sich vielleicht, wie sie die Amplitude meines Signals erkennt, wenn es sich ständig ändert. Wir behandeln das Signal mit konstanter Änderung, indem wir das analoge Signal in diskrete Einzelabtastungen quantisieren, damit wir unsere digitalen Zahlen mit der Zeit erzeugen können. Das Problem beim Quantisieren ist, dass durch die Umwandlung unseres kontinuierlichen Analogsignals in diskrete Samples Fehler erzeugt werden, da unser Signal nicht mehr kontinuierlich ist, sondern in einzelnen Schritten. Dies ist als Quantisierungsfehler bekannt.
Wenn wir jedoch schnell genug abtasten, sind unsere Schritte so nahe an der ursprünglichen kontinuierlichen Probe, dass der Fehler so weit minimiert wird, dass er vernachlässigbar ist. Dies bezieht sich natürlich auf die Abtastrate. Denken Sie auch daran, dass zur korrekten Aufzeichnung einer Sinuswelle bei einer bestimmten Frequenz unsere Abtastrate mindestens doppelt so schnell sein muss wie die gegebene Frequenz; Deshalb nehmen wir bei 44,1 kHz auf, um einen Frequenzbereich bis 22,5 kHz zu erhalten.
Während die obigen Informationen einigen Lesern allgemein bekannt sein mögen, gibt es andere Aspekte des Konvertierungsprozesses, die nicht so allgemein bekannt sind und für das Verständnis der Konvertierung unerlässlich sind. Denken Sie daran, dass dieser Abschnitt sehr einfach gehalten wird, da die Mathematik, die entstehen kann, geistesabwesend ist!
In erster Linie werden Sie feststellen, dass wir, wenn Sie in einen Konverter schauen, nicht direkt in PCM-Informationen konvertieren. Stattdessen beginnen die besseren Chipsätze (die dankenswerterweise die meisten heute und Tage sind) mit der bekannten Delta-Sigma-Modulation. Diese Form der Konvertierung, die sehr einfach (und als grobe Untertreibung) ausgedrückt werden soll, schätzt, wie die nächste Amplitudenänderung relativ zur vorherigen Eingabe sein wird und wie nahe ihre vorherige Annahme war. Es ist jedoch so schnell (im MHz-Bereich!) Und um so kleine Beträge, dass wir eine extrem genaue Darstellung unseres Signals erhalten.
Unser Input war zum Beispiel 0,5, unsere Schätzung war 0,6 und mit dieser Aussage waren wir uns ziemlich nahe. Logischerweise gehen wir irgendwo in der Nähe auf die nächste Änderung der Amplitude. Unsere nächste Amplitudenverschiebung war jedoch nicht 0,6 oder 0,8, sondern 3,0 und wir schätzten 0,7! Um dies zu kompensieren, wird unsere nächste Schätzung bei 3,0 liegen. Obwohl dieser Fehler hoch erscheinen mag, denken Sie daran, dass wir das Signal sogar 192 kHz um ein Vielfaches schneller abtasten, so dass der Fehler so schnell ist, dass er auch unbedeutend sein kann.
Nachdem wir diese wahnsinnig schnelle Konvertierung erstellt haben, müssen wir einen PCM-Datenstrom erstellen, den unsere Computer leichter verstehen können, da die Verarbeitung mit einem direkten Delta-Sigma-Stream sehr schwierig ist und die meisten Soft- und Hardwarekomponenten dies nicht verarbeiten können. Dies geschieht durch einen Dezimationsfilter, der unser Signal in 44,1 kHz, 96 kHz usw.
Denken Sie auch daran, dass wir auch sehr viele Filter einsetzen müssen, um die Fehler zu minimieren, die vor der Konvertierung und nach der Dezimierung auftreten. Um ein Signal genau zu digitalisieren, ohne Aliasing zu induzieren, wird zunächst ein Anti-Aliasing-Filter vor dem Delta-Sigma platziert. Dies ist häufiger ein Tiefpassfilter mit einem sehr hohen und steilen Grenzwert. Zusätzlich ist ein Hochpassfilter idealerweise hinter dem Dezimationsfilter angeordnet, da das Dezimationsfilter einen Gleichstromversatz induzieren kann, der korrigiert werden muss.
Wenn Sie die meisten Konverter aufbrechen würden, würden Sie feststellen, dass sie alle die gleichen Konverter-Chips von einigen ausgewählten Unternehmen verwenden (normalerweise Cirrus Logic, Asahi Kasei und Texas Instruments (die Burr Brown erworben haben)) Konverter können so klar klingen - es kommt meistens auf Jitter an.
Jitter ist die Tendenz, dass ein Konverter von seinem periodischen Signal abweicht, oder einfacher ist es ein Fehler im Zeitbereich. Damit wir unser eingehendes Signal über die Zeit genau abtasten können, müssen wir sicherstellen, dass eine Sekunde immer eine Sekunde ist, genauer gesagt, eine Probe ist immer die Länge einer Probe. Um die Dinge organisiert und reguliert zu halten, benötigen wir eine Uhr, um die Genauigkeit zu gewährleisten.
Dieser Takt kann jedoch über die Zeit driften, und wenn dies der Fall ist, werden Jitter-Fehler in unser Signal eingeführt, wenn wir zu diesem Zeitpunkt mit dem Abtasten des falschen Teils des Signals beginnen. Um den Takt zu regeln, wird entweder ein Quarz oder eine PLL (Phase Locked Loop) verwendet, um Stabilität zu gewährleisten und Jitter zu minimieren. Je mehr Jitter in der Uhr vorhanden ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass wir Amplitudenprobleme induzieren und effektiv damit beginnen, die Bittiefe unseres Signals zu reduzieren, und gleichzeitig sehr subtile Phasenverschiebungen verursachen, die ein verschwommeneres Stereobild erzeugen.
Normalerweise werden wir diese Phasenverschiebung nicht bemerken, bis wir einen Konverter mit einem besseren Konverter vergleichen, und dann wird es plötzlich offensichtlich (oder in manchen Fällen noch nicht so offensichtlich!). Diese Verschiebung der Uhr ist auch ein Hauptwettbewerb dafür, warum einige Konverter eine bessere Stereo-Bildgebung und eine empfundene Tiefe haben, da sie den Jitter stark minimiert haben. Natürlich spielen auch andere Teile der Signalkette hier eine Rolle, aber einen rockstabilen Taktgeber zur Minimierung des Jitters ist der Schlüssel.
Wenn all dies ein wenig verwirrend erscheint, denken Sie an Jitter wie diesen. Wenn Sie versuchen, ein Foto mit einer Kamera in der Hand zu machen, müssen Sie wirklich versuchen, sicherzustellen, dass Ihre Hand ruhig ist oder dass Sie Bewegungsunschärfe erhalten. Im Laufe der Zeit kann Ihre Hand jedoch müde werden und Sie bekommen möglicherweise mehr Bewegungsunschärfe. Sicherlich wird ein Bild immer wieder schön und klar, aber der größere Teil Ihrer Bilder wird unscharf.
Wenn Sie jedoch von Anfang an ein Stativ verwenden, würden Sie von Anfang an fast klarere Bilder garantieren. Für Audio ist unser Konverter die Kamera, der Jitter die Bewegungsunschärfe und das Stativ die ideale Uhr. Einfach nein?
Wenn die Uhr für uns so wichtig ist, können wir dann eine ultrapräzise Uhr kaufen, um unsere Wandler zu steuern? Ja, du kannst! Aber solltest du? Kommt darauf an.
Es gibt viele Arten von Takten im Audiobereich, aber höchstwahrscheinlich haben wir alle einen BNC-Wordclock-Eingang auf der Rückseite von Schnittstellen und Konvertern gesehen. Diese werden verwendet, um zwei Zahnräder miteinander zu verbinden und sie synchron mit einem Master und einem Slave arbeiten zu lassen.
Sie können sie natürlich miteinander verketten, aber Sie verlieren dabei die Treue. Stattdessen können wir eine komplette externe Uhr mit mehreren Ausgängen verwenden, um alle digitalen Geräte zusammen zu takten. Sie werden normalerweise in Posthäusern mit Videoproduktionsausrüstung und verschiedenen digitalen Mischern usw. zu sehen sein, die alle im selben Zeitmaßstab arbeiten müssen. In diesem Fall ist die externe Uhr erstaunlich, da alles synchron und stabil bleibt. Süss!
Warum sollten wir es nicht wollen? Denn egal wie gut diese externe Uhr ist, sie ist nicht intern!
Interne Uhren, die auch nur moderat gut sind, sind weitaus besser als eine externe Uhr, da es für ein Gerät schwierig ist, auf eine externe Uhr zu synchronisieren. Natürlich können wir es schaffen, aber es klingt nicht so gut wie das interne, wenn das interne nicht sehr schlecht gestaltet ist. Bleiben Sie also außerhalb von externen Uhren, es sei denn, Sie müssen zwei oder mehr Geräte anschließen!
Wie bei den meisten Audiogeräten ist es immer die beste Wahl, zwei oder mehr Geräte nebeneinander zu vergleichen. Am Ende des Tages sind Ihre Ohren und das, was sie hören, die wichtigsten Kriterien für die Auswahl eines eigenständigen Konverters. Die meisten von uns werden jedoch nicht den Luxus haben, diese Vergleiche persönlich durchführen zu können. Also, was sollen wir dann in einem Konverter suchen??
In einem Konverter ist es wichtig, die höchstmögliche Bittiefe zu haben. Unter 24 Bit sollten Sie wirklich nichts haben, denn mit 24-Bit-Konvertern können wir die Grundrauschen auf einen extrem niedrigen Pegel bringen, der beim Abmischen kein Problem für uns darstellen sollte. Beachten Sie jedoch, dass der theoretische Signal-Rausch-Verhältnis-Grenzwert (SNR) für 24-Bit-Wandler -144 dB beträgt. Die besten Chips in der Realität können jedoch nur -120 dB erreichen! Jetzt sehen Sie, warum die Bittiefe so wichtig ist?
Ein weiteres sehr praktisches Feature-Set für die Suche nach einem Konverter ist die Verwendung von mehrstufiger PLL und Rauschformung. Obwohl die Verwendung einer einstufigen PLL sehr nützlich ist, sind wir abhängig vom Design der PLL auf bestimmte Bandbreiten der Jitter-Reduktion beschränkt. Durch den Einbau von mehrstufigen PLLs können wir Jitter bei unterschiedlichen Bandbreiten reduzieren und eine klarere Konvertierung gewährleisten. Eine weitere Technik, die von einigen High-End-Wandlern verwendet wird, ist die Verwendung der Rauschformung. Das Jitter-Rauschen wird im Wesentlichen auf eine viel höhere Frequenz weit über das hörbare Spektrum hinaus moduliert und dann mit einem einfachen Tiefpassfilter leicht herausgefiltert.
Während wir besprochen haben, warum es gut und schlecht ist, eine externe Uhr zu haben, ist die Option für alle Fälle immer schön. Wenn Sie jedoch wirklich nicht glauben, dass Sie keine externen Geräte benötigen, machen Sie sich keine Sorgen. Wenn Sie jedoch ein Post-House oder ein Live-Rig mit viel digitaler Konnektivität einrichten (was heutzutage eher üblich ist), sollten Sie unbedingt sicherstellen, dass Sie einen externen Clock-Eingang haben
Wenn Sie feststellen, welche Arten von Eingängen und Ausgängen Sie benötigen, können Sie den Fokus bei der Auswahl eines Konverters einschränken. Wenn Sie eine direkte Verbindung zu Ihrem Computer benötigen, benötigen Sie natürlich USB, Firewire oder Thunderbolt. Wenn Sie jedoch über eine interne PCI-e-Karte verfügen, können Sie AES, ADAT usw. als zusätzliche Optionen anzeigen.
Wenn Sie eine digitale Konsole wie die Presonus Live-Serie oder die Tascam DM-Serie verwenden, können Sie möglicherweise die digitalen Eingänge wie AES, ADAT usw. verwenden, um direkt von der Platine zum Konverter zu gelangen, ohne von Digital zu gehen zu müssen wieder analog zu digital zurück zu analog. Sinnlose Konvertierungen sollten immer vermieden werden!
Denn die Umwandlung ist wohl der schwächste Punkt in unserer Signalkette. Es ist auch am schwierigsten zu hören, wie sich das resultierende Signal auswirkt. Wenn wir ein Foto mit einem Scanner digitalisieren, verlieren wir technisch immer an Qualität, aber mit einem guten Scanner sollte diese Verschlechterung nicht wahrnehmbar sein.
Die Audiokonvertierung ist im Wesentlichen dieselbe Idee, aber wir verwenden unsere Ohren und nicht unsere Augen. Wenn wir unseren Scan drucken und dann erneut scannen und diesen Vorgang immer wieder wiederholen, würden wir die Verschlechterung mit jedem erneuten Scan klarer erkennen. Je mehr wir mit analogem und digitalem Signal das Signal in digital umwandeln, desto mehr Rauschen und Jitter fügen wir unserem Signal hinzu und beginnen, die Stereo-Bildgebung zu trüben und den dynamischen Bereich zu verringern.
Stellen Sie also sicher, dass Sie die bestmöglichen Konverter erhalten, und minimieren Sie die Anzahl der Konvertierungen!
Bis zum nächsten Mal!
Accentsconagua