16-Bit oder 24-Bit Konverter?

Es hängt davon ab, wen Sie fragen. Die meisten Menschen können nicht über 20 kHz und 16 Bit hinaus hören, also sollten 96 oder 192 kHz ausreichen.

Wie Sie einen Unterschied zwischen 16- und 24-Bit-Wandlern hören, hängt von Ihrem DSP ab. Der Hauptvorteil von 24-Bit-Konvertern besteht darin, dass sie Ihnen jede Menge zusätzlichen Headroom (Dynamikbereich) bieten, sodass Sie viele mathematische Operationen durchführen können, ohne merkliches Quantisierungsrauschen hinzuzufügen.

Nach meiner Erfahrung kann ich keinen Unterschied zwischen 16- und 24-Bit-Konvertern feststellen. Manche Leute glauben, dass sie es können. Wenn ich Sie wäre, würde ich mich für die 24-Bit-Konverter entscheiden, damit Sie sich um eine Sache weniger Sorgen machen müssen und sich auf Ihren DSP-Code konzentrieren können.

Zu diesem Thema gibt es viele schlechte Informationen und Audiophoolerien, aber wenn Sie einen Kanal mit digitalem Audio verwenden, sind 96-kHz- und 192-kHz-Abtastraten albern. Das menschliche Gehör reicht bis 20 kHz. Um Nyquist bei 20 kHz zu erfüllen, benötigen wir eine Abtastrate von mehr als 40 kHz. CDs haben 44,1 kHz und 48 kHz ist eine weitere übliche Abtastfrequenz.

Erinnern wir uns nun daran, dass digitales Audio ein diskretes Signal ist, kein kontinuierliches Signal. Das bedeutet, dass es zu jeder Abtastzeit einen Wert hat und zu allen anderen Zeiten undefiniert ist. Bei einem bandbegrenzten Signal, das bei oder höher als Nyquist abgetastet wird, gibt es nur ein Signal, das durch jede dieser diskreten Abtastungen hindurchgeht. Jedes andere Signal, das alle Abtastpunkte durchläuft, kann Nyquist nicht genügen. Der einzige Grund, für einen einzelnen Kanal mit 96 kHz oder 192 kHz abzutasten, ist, wenn Sie mit einem ADC mit geringer Bittiefe überabtasten. Das ist auch albern, und wir werden als nächstes dorthin gehen.

Wir haben gerade besprochen, wie eine Reihe diskreter Abtastwerte genau zu einem Signal passt. Dies ist unabhängig von der Bittiefe. Das bedeutet nicht, dass die Bittiefe keine Rolle spielt. Die Umwandlung in digital führt Quantisierungsrauschen ein. Quantisierung ist Rauschen, das in das digitale Signal eingeführt wird, indem es auf den nächsten digitalen Wert "gerundet" wird, wie in diesem Bild gezeigt, das schamlos aus Wikipedia gestohlen wurde .

Quantisierungsrauschen steht in direktem Zusammenhang mit der Bittiefe. Es sollte ziemlich offensichtlich sein, je höher die Auflösung (Werte, auf die gerundet werden soll), desto geringer das Quantisierungsrauschen. Eine höhere Bittiefe sorgt für eine höhere Vollskalenauflösung. Eine höhere Auflösung reduziert das Quantisierungsrauschen, indem mehr Werte verfügbar sind, um den Wert des Signals bei einem Sample möglichst genau abzugleichen. Das Reduzieren des Quantisierungsrauschens senkt das Grundrauschen und erhöht das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR).

Können Sie den Unterschied zwischen 16- und 24-Bit-Quantisierung hören? Ich wette alles, was Sie nicht können. Es ist für eine Gitarre, und Gitarren sind nicht für ihren Dynamikumfang bekannt. Eine professionelle Symphonie? Vielleicht, ohne Zittern. Das 16-Bit-Grundrauschen ist weit genug unten, dass es unwahrscheinlich ist, dass es erkennbar ist, aber der Unterschied wird messbar sein.

Zusammenfassend gilt meine Stimme für 48 kHz Abtastrate und 16 Bit Auflösung. Ich empfehle allen, die sich für dieses Thema interessieren, dringend, sich dieses Video anzusehen .

Zu beachten ist, dass die Leistung Ihres ADC und DAC stark von der unterstützenden Schaltung und dem PCB-Layout abhängt. Ich bin kein ADC-Experte, aber ich verstehe, dass 16-Bit aus elektrischer Sicht High-End und 24-Bit extrem ist. Wenn Sie eine 5-V-Referenz verwenden, beträgt 1 niederwertigstes Bit 76 uV bei einem 16-Bit-Wandler. Das ist ein Grundrauschen von -96 dB im besten Fall. Sind Sie zuversichtlich, dass Sie Lärm in diesem Ausmaß kontrollieren können? Denken Sie daran, dass auch Ihre Aufnahmeumgebung Rauschen erzeugt. Wenn Sie nicht in einem Aufnahmestudio sind und eine wirklich schöne Leiterplatte haben, glaube ich nicht, dass Ihnen ein 24-Bit-ADC helfen wird. Ich vermute auch, dass 96 kHz übertrieben sind und dass 48 kHz genauso gut funktionieren würden.

Nur zum Spaß können Sie mit dem 12-Bit-ADC auf dem STM32F4 experimentieren, um zu sehen, ob Sie einen Unterschied zu 16-Bit hören können.

Eine leicht zu übersehende Eigenart von Quantisierungssystemen wie ADCs besteht darin, dass ein ADC, der immer den Messwert zurückgibt, der dem Eingangswert am nächsten liegt, eine erhebliche Menge – bis zu ±½ LSB – an harmonischer Verzerrung hinzufügt, die viel unangenehmer sein kann, als es wäre ±½ LSB des Breitbandrauschens. Ein ADC, der ±½ LSB des Breitbandrauschens mit den richtigen Eigenschaften hinzufügt, könnte die harmonische Verzerrung eliminieren, aber wenn die Eigenschaften des Rauschens nicht ganz richtig wären, würde eine gewisse Verzerrung zurückbleiben. Während es nicht unmöglich ist, einen hochwertigen 16-Bit-ADC zu entwerfen, der eine sehr gut geformte ±½LSB-Rauschquelle hat, ist es oft viel einfacher, die Messungen einfach zu erweitern, um 24 Bit zu melden, wodurch das Quantisierungsrauschen (und die resultierende Harmonische) reduziert wird Verzerrung) um mindestens den Faktor 256.

Nehmen wir als Analogie an, man braucht ein Gerät, das eine Spannung mit einer Genauigkeit von 0,06 Volt anzeigt. Wäre es einfacher, ein solches Gerät mit einer Anzeige in Zehntel Volt oder in Hundertstel zu konstruieren? Wenn die Anzeige in Zehnteln erfolgt, muss das Gerät in der Lage sein, den Unterschied zwischen 1,139 und 1,161 Volt aufzulösen (ersterer muss als 1,1 und letzterer als 1,2 angegeben werden) – ein Unterschied von knapp über 0,02 Volt. Wenn die Anzeige in Hundertstel wäre, könnte sie einen Wert von 1,10 Volt für alles bis zu 1,159 Volt und einen Messwert von 1,11 Volt für alles bis zu 1,061 Volt melden, eine Streuung von etwa 0,1 Volt. Somit verringert das Bereitstellen signifikanterer Zahlen in der Auslesung tatsächlich die Genauigkeit der Schaltung, die notwendig ist, um eine gegebene Genauigkeit des Ergebnisses zu erreichen.

In Ihrem Fall würde ich zum Abtasten einer E-Gitarre mit einer maximalen Spitzenfrequenz von etwa 2,5 kHz und einer Abfallsteilheit von mindestens 12 dB / Oktave bei höheren Frequenzen dem allgemeinen Konsens von 48 kHz und 16-Bit-Auflösung zustimmen, obwohl Sie es bekommen in starke Modifikationen (z. B. mehrere Verzögerungsstreams), dann würden Ihnen 24 Bit besser dienen, wie @crgrace betonte.

Niemand hat bisher die Psychoakustik erwähnt, die eine wichtige Rolle bei der Wahrnehmung von digitalem Audio spielt, und da Ihre Frage war, ob Sie einen Unterschied hören können, denke ich, dass dies noch erklärt werden muss. Unsere Wahrnehmung von Klang wird mehr von Phaseninformationen als von Frequenz und Verzerrung dominiert. Du hast Delay und Chorus als deine nächsten Interessen nach Hüllkurvenmodulation erwähnt. Beide Effekte fügen der Originalquelle Phaseninformationen hinzu.

Wenn Sie jedoch entschieden haben, dass Sie den Umfang Ihres Projekts erweitern möchten, um Akustikgitarre oder Gesang einzubeziehen, wäre bei einer Abtastrate von 48 kHz und einer Tiefe von 16 Bit ein wahrnehmbarer Effekt zu verzeichnen. Zischlaute, der „s“-Laut in der Sprache, treten oft bei Gesang auf. Eine Akustikgitarre mit einem Piezo-Tonabnehmer hat auch eine Form von Zischen (wenn auch nicht von derselben Art), und es ist am besten, Signale über 3-5 kHz herauszufiltern, um dieses Problem zu vermeiden. Aber bei Vocals kann man nicht wirklich viel machen, außer einen De-Essing-Filter anzuwenden.

Zischen ist ein komplexer Klang, der ein Zusammenspiel von Phaseninformationen bei mäßig hohen Frequenzen aufweist. Der offensichtlichste Fall ist ein Sizzle-Becken. Mikrofon und nehmen Sie es mit verschiedenen Abtastraten auf und vergleichen Sie den aufgenommenen Ton mit dem Live-Ton. Je weiter Sie die Abtastrate verringern, desto mehr klingt das aufgenommene Signal wie hartes Rauschen, bis es unerträglich wird. Bei einer guten Aufnahme können Sie hören, wie sich die Nieten um das Becken bewegen. Dies ist einer der Gründe, warum manche Menschen analoge Aufnahmen gegenüber CDs bevorzugen.

Als Faustregel gilt, dass die Abtastrate das 10-fache der höchsten Signalfrequenz betragen muss, um Phasenverzerrungen zu minimieren. Eine E-Gitarre erzeugt wenige Obertöne höher als 5 kHz, daher funktioniert eine Abtastrate von 48 kHz recht gut. Wenn Sie Ihre Effekte jedoch allgemeiner verwenden möchten, z. B. Tonhöhenkorrektur oder Chorus für Gesang, würde ich zu höheren Abtastraten raten.

Die Bittiefe , worüber das OP spricht, hat nichts damit zu tun, einen bestimmten Frequenzbereich hören zu können. Mit anderen Worten, die Bittiefe repräsentiert die Auflösung der Schallintensität. Ich wette, wenn Sie qualitativ hochwertige Musik bekommen und sie über einen 16- und 24-Bit-Konverter produzieren, werden Sie den Unterschied deutlich hören! Das folgende Bild zeigt eine übertriebene Quantisierungs-„Treppe“ beim 16-Bit-Sampling:

Jetzt ist die Abtastrate , die OP mit ADC verwechselt, anders. Ich denke, er meint 96 ks/s und 192 ks/s, was Oversampling bedeuten würde. Diese Zahlen stellen normalerweise die Vielfachen von 24 kHz dar - eine maximale Hörfrequenz mit etwas Reserve-Overhead (aufgrund nicht idealer Tiefpassfilter). 48-kHz-Sampling wäre also etwas über der Nyquist-Rate, 96 kHz bedeutet nur, dass es Stereo ist (zwei Kanäle), und 192 ist Quadro.

Daher müssen Sie jeden Kanal mit etwa 48 kHz abtasten, und wenn Sie einen 24-Bit-ADC-Sampler bekommen können - machen Sie es - die meisten kommerziellen Sound-Samples haben eine Tiefe von 24 Bit. Wenn Ihre Tonquelle (Quitar) jedoch laut genug ist, um die Auflösung zu beeinträchtigen, wird das Ausgeben von zusätzlichem Geld für den 24-Bit-Konverter Ihren Klang nicht verbessern.

Und wie @crgrace sagte, können Sie mit einer höheren Bittiefe den Informationsverlust während der digitalen Tonverarbeitung aufgrund von Abschneidefehlern verringern.