Digitale avspillere Intersample overs

[Hedde]

Benchmark skriver om audio som går til 11 på sine bloggesider.


Slik jeg forstår dette henger dette sammen med at de enkelte sample i det digitale signalet ikke nødvendigvis treffer de høyeste punktene
men at disse likevel blir rekonstruert i Dac'en. Tror jeg henger med på den.


Nå blir dette ett problem når det digitale signalet presses helt opp til digital maks. Benchmark kaller dette nivået "10" i sin spinal tap
analogi. Konvertert til analog i en dac vil eventuelle intersample overs gjøre at signalet går til "11" eller mer. Dette skal etter sigende gi potensiell forvrengning uten nødvendig headroom i dac.


Benchmark har testet 5000 cd'er og mener at intersamle overs er ett stort problem (som de selvsagt har løsningen på). Vi ser vell fra tråden om "loudness war", at de ikke er uvanlig at det digitale signalet går helt opp til digital maks.


Jeg har ikke hørt om dette tidligere men finner linker til problemstillingen som er flere år gamle. Jeg har også rotet frem en link med lyd eksempel med og uten slik oversample overs.

Hva mener dere andre? Vil dette ha effekt? Finnes det noen andre kurer? Kan man selv skaffe seg headroom mens signalet fortsatt er digitalt?


Benchmark Media Systems, Inc. - Audio That Goes to 11
Why You Need an Inter Sample Meter When Mastering Music : AskAudio Magazine (med lyddemo)

 

[Syncrolux]

Digital overs er et analogt problem egentlig, for det kan skape analog klipping i DAC'en.
En enkel måte å løse dette på er å bruke en digital volumkontroll, og aldri bevege seg høyere enn -5 dB.

 

[Hedde]

@Syncrolux

Jeg har ikke digital volumkontroll i kjeden. Dessuten gjelder det jo ikke alle innspillinger.
Kan man senke nivået på ett knippe digitalfiler med en software da, f.eks basert på Masvis analyse? La oss si 1 til 2 db.

Er du helt sikker på at det kun er ett analogt problem. Leste om at selv ett enkelt bit kan påvirke mange bit via iir filter. Men her er jeg ute å kjører.

Ellers så hørte jeg ikke all verdens forskjell på demoen i linken her med headsett på jobben. Kanskje litt på skarptromma men må høre i anlegget.

 

[Syncrolux]

Jeg vet ikke om MasVis kan detektere digital overs men...

Å redusere nivået er enkelt. Går an å bruke Audacity f.eks. Jeg ville valgt 5 dB reduksjon for å være på den sikre siden.

 

[Hedde]

Nei, slik jeg forstår det må man konvertere til analog for å detektere overs. Lå en link til ett gratisprogram som gjør den jobben i startinnlegget. Men man ser jo faren for overs i Masvis.

Takk for tips

 

[TrompetN]

Fint at du tar opp temaet Hedde.

Tror mye av dårlig digitallyd fra spesielt cdspillere kommer av"intersample overs".

De som har digitale volumkontroller ved pcavspilling skal også være klar over at "nullpunktet" kan variere fra avspiller til avspiller, men det er bare å skru ned volumet til man ikke hører forvrengningen lengre.

Det kan være fordelaktig med en ditherfunksjon i tillegg.

 

[Hedde]

Fra Benchmark sine fb sider:

Digital sampling systems sample the audio at discrete instances in time. The audio signal is constantly changing between successive samples. The sampled value will only be equal to the peak value of the audio signal if the sample falls exactly on the top of the audio peak. Most samples will occur before or after the peak.

Peaks that occur between samples are reconstructed by D/A converter interpolation and reconstruction filters. However, this process only works correctly if the digital processing has sufficient headroom. Many interpolation and reconstruction filters clip at exactly 0 dBFS and therefor have no headroom to handle these inter-sample overs.

Jeg har fulgt "loudness war" tråden i lang tid og også brukt MasVis i perioder og har inntrykk av at veldig mye musikk utgis med peak veldig nær 0 dbFS (altså den digitale maksverdien). Jeg vil jo tro at dette gjelder en stor kategori utgivelser som altså blir klippet i dac'en. En rask sjekk av ulike jazz remasters (Davis, Armstrong etc) bekrefter dette. Jeg har jo Benchmark sin gamle Dac1 (hdr) og den har jo tydeligvis ikke headroom for "overs".

Det er vell hva som er på cd'en som gjelder? Så får vi se hva dette utgjør. Benchmark gjør iallefall ett poeng ut av det.

 

[tkr]

Fra Stephen Masseys blogg:

There's this theory in mastering that you should leave a tiny bit of digital headroom in your brickwall limiter's output. For example, if you're bouncing down a mix using the L2007 last in the chain, the theory says you should drop the max. output control a fraction of a dB. The precise value varies by opinion: -.3 dB, -.1dB, -.5dB, etc.

The reasoning is that the analog signal might clip at its loudest peaks, once reconstructed at the output by the digital-to-analog converters in the listener's playback device. That is, if the analog circuitry hasn't been well designed. This phenomenon has been labeled "inter-sample clipping." It's a reasonable idea based on sound electrical engineering analysis. It probably happens in rare cases. There was a paper published a while back demonstrating it was possible in real-life CD players.

The company I once worked for, TL Labs, designed a metering plugin to model this process. You can read more about inter-sample clipping in the user guide: TL Labs Plugins Guide.

But, personally, I've never bought into this story in its entirety. (Maybe you can tell from my other postings, but I suffer from chronic skepticism of any and all dogma.)

This theory begs deeper questions, such as: Is this clipping at all audible above the massive distortion already done in by limiting in the first place? My guess is: no. Significant oversampled clipping goes hand-in-hand with substantial brickwall limiting levels. After blowing out the music with limiter distortion, it's a little too late to start fretting like an audiophile.

Very few folks even use a CD player anymore, which is in the original foundation of this theory. If someone's still using a CD player, they're probably an audiophile and own a well-designed model.
Or, they're living in the past, don't care much about sonic quality and won't be buying your modern, smashed CD anyway. If the listener is using an MP3 player, computer, or other media player, then the gain scaling for the volume control sometimes happens in the digital domain well before reaching the digital-to-analog convertors. This means the output is nowhere near the power "rails" of the analog circuitry. (Furthermore, what impact does MP3 compression generally have on peak levels?)

Most perplexing is the promotion of such a minuscule "headroom" value of -0.3 dB, etc. This isn't going to get you any audible decrease in distortion in the event of actual clipping. You're not going to hear the tiny 0.3 dB tip of the sound wave lost. But, you don't have to take my word: insert a gain plugin on your master fader last in the chain. Go for broke: set it to +0.5 dB and listen to your mix. How far can you push it?

If you're genuinely concerned about fidelity, then I say do something more substantive and give us 2 or 3 dB of headroom. Otherwise, you're just playing a psychological game, buying some emotional comfort from the self-deluding marketplace of audio engineering groupthink. The TL Labs meter was always a curious irony to me. Winning the loudness war is mutually exclusive of achieving fidelity, but here was a gadget trying to sell us both.

David Collins skriver det samme, men jeg fant ikke sitatet i farten.

Spørsmålet om man finner den analoge forvrengningen inne i all den digitale forvrengningen som allerede finnes der. Og ligger det på cden, så ligger det der....


mvh

 

[TANDBERGEREN]

Skulle man forenkle CD-formatet helt til bunns, så er det snakk om 65535 mulige verdier på utgangssignalet fra en DAC.
"Trinnet" som da tilsvarer 0-punktet vil da være trinn No. 32767.

Så spørsmålet blir i grunnen dette: Er det slik at trinn 1 / 65535 faktisk er trinnene som representerer P-P verdiene ut fra DACen på CD-spilleren?
Eller er det slik at CD-platene blir kodet slik at peakverdiene aldri når helt ut i yttergrensene?

Enhver reduksjon (tilnærming mot middelpuktet) for en slik P-P verdi vil uvilkårlig gå ut over tilgjengelig dynamikk på CD-platene.
Med henvisning til denne "loudness-War" diskusjonen, så an vi egentlig slå fast at dette strengt tatt ikke betyr all verden.
Musikken er nær uansett komprimert såpass mye at den fulle dynamikk nesten aldri utnyttes helt.
Av dette kommer da også at det vil virke "trygt" å la det være en aldri så liten "reserve" med hensyn til P-P-verdiene, som nok gir hold for dette Benchmark nevner som at lyden på CD-plater ikke bare går til "11", men faktisk hele veien til "15".

At resultatet skulle ende opp med redusert headroom overrasker meg litt, men det sal bli interessant å gå inn i dybden med dette.

 

[Hedde]

At resultatet skulle ende opp med redusert headroom overrasker meg litt, men det sal bli interessant å gå inn i dybden med dette.

Ja ikke sant...meg også.

@tkr
I det siste avsnittet støtter han iallefall syncrolux lenger oppe i tråden. Han ville også ta i litt
Når det gjelder uthevingen så tror jeg at jeg skjønner poenget han gjør, men jeg har sjekket en rekke gamle jazz remasters, og ingenting tyder på slik bruk av brickwalling som han nevner. Men de er tett opp mot 65535. Han prater vell om en moderne type musikk som vi vet er spesielt utsatt for loudness war og da er jeg enig i at dette blir bare en filleting i tillegg. Men jeg skjønner fortsatt ikke hvorfor dette skulle ha med cd spilleren å gjøre??

 

[Syncrolux]

Jeg har fulgt "loudness war" tråden i lang tid og også brukt MasVis i perioder og har inntrykk av at veldig mye musikk utgis med peak veldig nær 0 dbFS (altså den digitale maksverdien). Jeg vil jo tro at dette gjelder en stor kategori utgivelser som altså blir klippet i dac'en.

MasVis analyserer bare de digitale tallverdiene, og kan ikke forutse hva som skjer etter DA-konvertering. Hvis man ser på grafen i første innlegg i tråden her så ser man hva som skjer med to like digitale nivåer etter hverandre når de konverteres til analog. Man får en peak som er høyere enn de digitale tallverdiene.

I verste fall kan to digitale nivåer på -3dbFS faktisk gå over 0 dBFS i det analoge domenet.

 

[Hedde]

Jeg er med på den.

Jeg så en beregning som viste at den teoretiske maksimale intersample verdien kunne ligge høyere enn 6 db over FS. Det betinget noen høyst teoretiske sammenfall slik at samplene på hver side lå på FS, samplene på hver side av dette igjen lå på -FS, samt ett vilkår til jeg ikke husker i farta.

Ellers kom jeg jo på at jeg har digitalt volum på min squeesbox. Testet også Audacity og det var jo greit å bruke.

 

[Syncrolux]

Da bør du bruke volumkontrollen på Squeezebox'en. Det er hva jeg gjør. Normalt holder jeg meg godt under -5dB (eller volum 90 som det vil hete på Squeezebox'en).

 

[Hedde]

Men jeg skjønner fortsatt ikke hvorfor dette skulle ha med cd spilleren å gjøre??

For å prøve å besvare gårdagens Hedde: Fordi alle andre avspillere faktisk har digitalt volume. Bruk det

 

[TrompetN]

Vet dere om typiske "volum normalizer" fjerner eller øker problemet?

Jeg holder forresten volumet også på -5db hvis jeg ikke spiller klassisk musikk. Enkelte låter enda lavere.

 

[Syncrolux]

Replay gain vil alltid dempe de høyeste sporene, så ja problemet vil reduseres og i praksis fjernes helt.

 

[I_L]

Teoretisk maksnivå er hvis man sampler på fs/4 som vist i første figuren, og blir da sqrt(2) eller +3dBFS. En DAC har også stort sett alltid ZOH-rekonstruksjon, så det er det etterfølgende lavpassfilteret som kan risikere å overstyres hvis man ikke har tatt høyde for det (noe en oppegående designer av DAC-bokser jo bør gjøre). DACen i seg selv overstyrer ikke.

Ett sted man må være vár på intersample peaks er når man designer oversamplingsfiltre eller sample-rate-konvertere, da må man ha digitalt headroom for ikke å risikere at de interpolerte samplene går over maksverdi.

 

[Syncrolux]

Jeg husker med skrekk og gru at enkelte CD-spillere fra 80-tallet faktisk klippet analogt FØR 0dBFS. High Fidelity i Danmark pleide å måle sånt. Det var nok ikke noe stort problem med datidens CD'er, som skjelden eller aldri nådde 0 dBFS, men med dagens utgivelser som er skviset opp så langt det lar seg gjøre, og i tillegg har oversample overs, så kommer det til å låte høggorm.

 

[Hedde]

Med referanse til Siau i Benchmark igjen:
Another twist to this situation is that MP3 compression seems to increase the occurrence of peaks that exceed full scale. This can make MP3 files sound worse than they should.

Det er jo så mye god kompetanse her, så da bare spør jeg om dette vil gjelde strømming fra Spotify og Wimp også? Mener piggtrådfaktoren ble litt mindre på noe rufsete live Miles Davis fra Spotify når jeg dempet 5 db digitalt fra 100 til 90 på Squeezboxen. Det er jo ikke såvidt jeg kjenner til, innført noen replay gain på disse strømmetjenestene.

 

[I_L]

Teoretisk maksnivå er hvis man sampler på fs/4 som vist i første figuren, og blir da sqrt(2) eller +3dBFS. En DAC har også stort sett alltid ZOH-rekonstruksjon, så det er det etterfølgende lavpassfilteret som kan risikere å overstyres hvis man ikke har tatt høyde for det (noe en oppegående designer av DAC-bokser jo bør gjøre). DACen i seg selv overstyrer ikke.

Ett sted man må være vár på intersample peaks er når man designer oversamplingsfiltre eller sample-rate-konvertere, da må man ha digitalt headroom for ikke å risikere at de interpolerte samplene går over maksverdi.

"Sampler på fs/4" er feil, fs er samplingsfrekvensen. Men hvis man sampler en sinusoid med frekvens fs/4 er maks teoretisk intersample peak +3dBFS. Hvis et oversamplingsfilter har 3dB digitalt headroom eller et analogt rekonstruksjonsfilter har 3dB analogt headroom vil de ikke kunne klippe.

 

[Ulf-B]

Interessant problemstilling, dette.

Min "barnelærdom" - som jeg i det store og hele alltid har praktisert - er at det digitale signalet inn på DACen skal være 100% - altså slik det leveres fra den digitale kilden.

Men hvis jeg har forstått dette riktig, kan man dermed "utilsiktet" få kraftigere analoge signaler i DACens analoge kretser - intersample overs - enn det man tilsynelatende kan forvente ut fra nivået på de digitale "stolpene". Og jeg tror også at jeg har forstått at hvis dette ikke er tatt hensyn til under mastringen - eller ved nivåjustering i det digitale domenet av inngangssignalet til DACen - kan dette bli for mye for enkelte DACer, avhengig av hva DACens analoge kretser er designet for.

Men kan noen si noe om hvordan stressfaktoren for DACen p.g.a. disse intersample overs, slår ut i forhold til stressfaktoren vi utsetter DACens analoge kretser for når den skal levere korrekt signalspenning til forskjellige forforsterkere? F.eks. har Primare Pre32 en inngangsimpedans på 15 kOhm, mens min ML 320s har en inngangsimpedans på 100 kOhm. Ganske stor forskjell i impedans, altså.

Eller dette to helt uavhengige problemstillinger?

 

[Syncrolux]

Du har rett i det første. Det kan være lurt å dempe det digitale signalet 3 dB eller mer for å være på den sikre sida og unngå analog klipping i DAC.
Men - jeg vil tro alle fornuftig konstruerte DAC har nok analogt headroom slik at dette egentlig ikke er noe problem.

Inngangsimpdans er en helt annen sak, og har ingen relevans ifm intersample overs.

 

[TrompetN]

Tenker kanskje denne kan være relevant for tråden.

Dette er fra et masteringsperspektiv hvordan unngå dette problemet. Her kommer det svart på hvitt hvordan komprimerte masteringer og mindre formater trigger intersample overs.

 

[tkr]

-Jeg trodde også at intersample peaks var et større problem ved nesampling til 16/44, evt. til MP3 enn i selve dacen. Skjer det ved nedsampling, ligger jo forvrengningen allerede på cden.
mvh

 

[Syncrolux]

Nja, jeg vet ikke. Disse "peakene" finnes jo ikke i det digitale signalet, for man kan ikke gå over 0 dBFS. Peakene gjenskapes når det konverteres til analog.

 

[tkr]

Litt tung teori, dette her, og jeg kan jo ta feil. På den annen hånd, det jeg skrev var at forvrengningen lå på cden.

Alexei Lukin forklarer (kanskje ) : iZotope RX Unofficial Journal - SRC and peak levels

mvh

 

[Syncrolux]

Det er - som den "Mastered for iTunes" videoen viser uheldig å ha peaker over -1 dB og klipping på kildematerialet når man lager et lossy filformat som AAC, siden peaker og klipping lager enda mer klipping i lossy filen. Det samme vil nok gjelde MP3 også.

 

[TrompetN]

Det at forvrengningen ikke ligger på selve filen, men oppstår på analogutgangen er nok hovedgrunnen til at intersample inverse har gått under radaren såpass lenge. Var TC electronic i et foredrag mot Loudnesswar som gjorde meg klar over det første gang bare noen få år tilbake.
Tror ikke produsentene av cdspillere spesielt Hifibransjen har vært klar over dette og passet på at det finnes analog headroom på utgangen. Kanskje det har vært fordelaktig for salget at høyt mastrete plater har hørtes dårligere ut en de trenger og at de blir enda verre ved komprimerte formater?
Når man har mulighet for digital volumkontroll er jo dette egentlig ikke noe problem.

 

[I_L]

Nja, jeg vet ikke. Disse "peakene" finnes jo ikke i det digitale signalet, for man kan ikke gå over 0 dBFS. Peakene gjenskapes når det konverteres til analog.

Ikke helt. Så å si alle DACer har zero-order hold rekonstruksjon. Deretter blir signalet filtrert av et analogt lavpassfilter. Så når du rekonstruerer den analoge sinusbølgen på fs/4 som ble AD-konvertert i figuren på forrige side vil det se omtrent sånn ut (driter litt i fase ol, dette er Paint):

Det er dermed i filteret eventuell klipping vil kunne oppstå hvis det ikke takler spenningssving høyere enn det som kommer ut av DACen. Det kan virke litt "counter-intuitive" (kontraintuitivt?), men all informasjon om den opprinnelige sinusen er gitt både av samplesekvensen og firkanten som DACen produserer når signalfrekvensen er så høy. Det er gitt av Fourierrekkeutviklingen, LP-filteret vil fjerne alt untatt fundamentalfrekvensen (som er aliaser).

Fourier Series--Square Wave -- from Wolfram MathWorld

LPf-filteret er normalt i DAC-boksen.

Kap. 2.1.1 og 2.1.2 her illustrerer det litt mer formelt (DACen i hvert fall): http://www.scribd.com/doc/239131446/Digital-to-Analog-Conversion-in-High-Resolution-Audio-v2