Nyquist theorie & non-filtering

reMC · januari 23, 2006, 15:07:08

Op een ander forum wilde ik het graag wat uitgebreider hebben over de Nyquist theorie maar daar is mijn tekst verwijderd. Hieronder de tekst (iets aangepast). De vraag: klopt het wat ik hier suggereer of mis ik een heleboel?

----------

Nyquist zijn theorie is dat de sample-frequentie altijd minstens twee keer zo hoog moet zijn als de frequentie die goed weergegeven moet kunnen worden. De maximale frequentie van de cd is 20Khz, volgens Nyquist moeten we dus minstens met 40Khz werken. Op de cd werken we met 44.1Khz, waarom dit getal precies, weet ik niet. So far, so good, aan 44.1 Khz lijken we volgens die theorie genoeg te hebben om 20Khz goed te kunnen reconstrueren.

Maar een probleem is dan nog de aliasing, ofwel de 'spiegels' van het muzieksignaal boven 22.05Khz. In principe willen we dit niet. Daarom zouden we dat gewoon moeten wegfilteren, maar analoge filters zijn daar niet stijl genoeg en digitale filters weer té stijl. Om dit laatste probleem te verhelpen, kennen we nu digitale filters met oversampling. Die oversampling tilt de spiegels met bijvoorbeeld 8x oversampling naar 352.8Khz. Daar kan een analoog low-pass filter heel gemakkelijk zijn werk doen omdat het toch ver van de hoorbare audioband verwijderd is. Een goede oplossing voor het probleem volgens velen.

Maar er zijn ook mensen die simpel zeggen dat het digitale filter met oversampling (of staan die twee dingen los van elkaar?) slecht klinkt! En aangezien analoge filters niet stijl genoeg zijn en bovendien weer invloed op het geluid hebben, laten zij alles wat ik net heb beschreven dus gewoon weg en dan is het inderdaad ROTZOOI (de aliasing) wat er uit de dac komt. Maar diezelfde mensen menen ook dat je de aliasing niet hoort en dat de meeste apparatuur (ook breedbandige ontwerpen als Krell) er geen last van ondervinden. Dat kan alleen luisterend vastgesteld worden...

----------

Zelf krijg ik na goede 16/44.1 apparatuur gehoord te hebben, steeds meer het idee dat de theorie van Nyquist wel klopt: met 44.1 Khz kunnen we inderdaad het signaal dat op cd staat (t/m 20Khz) goed reconstrueren. En daarbij: de cd is weggeschreven in 16-bit, 24-bit kan door een 'gokkend' algoritme beter klinken maar op het hoogste niveau is 1 foute gok (de kans dat dat gebeurt is zeer groot) al genoeg om het uiteindelijk te verknallen (voor mij).

FrankB · januari 23, 2006, 15:14:13

Interessant betoog. Wat er waar is weet ik ook niet, maar ik ga dit topic wel volgen!

garmtz · januari 23, 2006, 15:58:09

Citaat van: reMC op januari 23, 2006, 15:07:08
Nyquist zijn theorie is dat de sample-frequentie altijd minstens twee keer zo hoog moet zijn als de frequentie die goed weergegeven moet kunnen worden. De maximale frequentie van de cd is 20Khz, volgens Nyquist moeten we dus minstens met 40Khz werken. Op de cd werken we met 44.1Khz, waarom dit getal precies, weet ik niet. So far, so good, aan 44.1 Khz lijken we volgens die theorie genoeg te hebben om 20Khz goed te kunnen reconstrueren.

Klopt.

CitaatMaar een probleem is dan nog de aliasing, ofwel de 'spiegels' van het muzieksignaal boven 22.05Khz. In principe willen we dit niet. Daarom zouden we dat gewoon moeten wegfilteren, maar analoge filters zijn daar niet stijl genoeg en digitale filters weer té stijl.

Digitale filters kunnen alle mogelijk steilheden hebben, van 6 tot 48+ dB/octaaf. Analoge filters kun je ook erg stijl bouwen. Dus de keuze analoog/digitaal heeft meer te maken met fase-reinheid en ontwerpkeuzes (klank!) dan stijlheid.

CitaatOm dit laatste probleem te verhelpen

Het echte probleem is dat er ERG stijl ('brickwall') moet worden gefilterd, met een fase-slingering rond de hoogste frequenties tot gevolg. Analoge filters en digitale filters gaan beide gepaard met zo'n slinger.

Citaatkennen we nu digitale filters met oversampling.

Een digitaal filter is in principe niet hetzelfde als oversampling, hoewel de functies zeer vaak in het digitale filter worden gecombineerd.

CitaatDie oversampling tilt de spiegels met bijvoorbeeld 8x oversampling naar 352.8Khz. Daar kan een analoog low-pass filter heel gemakkelijk zijn werk doen omdat het toch ver van de hoorbare audioband verwijderd is. Een goede oplossing voor het probleem volgens velen.

Yep.

CitaatMaar er zijn ook mensen die simpel zeggen dat het digitale filter met oversampling (of staan die twee dingen los van elkaar?)

Ja, staan in principe los van elkaar.

Citaatslecht klinkt! En aangezien analoge filters niet stijl genoeg zijn en bovendien weer invloed op het geluid hebben, laten zij alles wat ik net heb beschreven dus gewoon weg

Wat bedoel je met 'alles' en 'wat ik net heb beschreven'? Een analoog/digitaal filter zal de 'spookbeelden' prima wegfilteren. Er zal altijd wellicht wat overblijven, maar dat is van zo'n laag niveau dat het er niet echt toe doet.

Citaaten dan is het inderdaad ROTZOOI (de aliasing) wat er uit de dac komt. Maar diezelfde mensen menen ook dat je de aliasing niet hoort en dat de meeste apparatuur (ook breedbandige ontwerpen als Krell) er geen last van ondervinden. Dat kan alleen luisterend vastgesteld worden...

Klopt. Er wordt echter wel gefilterd... Namelijk in de tweeter...

CitaatZelf krijg ik na goede 16/44.1 apparatuur gehoord te hebben, steeds meer het idee dat de theorie van Nyquist wel klopt: met 44.1 Khz kunnen we inderdaad het signaal dat op cd staat (t/m 20Khz) goed reconstrueren. En daarbij: de cd is weggeschreven in 16-bit, 24-bit kan door een 'gokkend' algoritme beter klinken maar op het hoogste niveau is 1 foute gok (de kans dat dat gebeurt is zeer groot) al genoeg om het uiteindelijk te verknallen (voor mij).

Interpolatie van 16 --> 24 bits zal het signaal niet 'beter' maken. De bron blijft gewoon 16 bits. Doe je dat heel erg precies, dan is een 16 bit DAC alles wat je nodig hebt. Vaak probeert men echter zo goed mogelijk 16 bit te benaderen met 24 bits DACs omdat die een betere signaal/ruisverhouding hebben en de LSB er net wat schoner uitziet dan met een 16 bits DAC. Tegenwoordig zie je met een goede 24 bit DAC echt de LSB stapjes heel duidelijk, met een wat oudere DAC is dat veel moeilijker te zien door de ruis die erop is gesuperponeerd.

Shorty · januari 23, 2006, 17:14:19

CitaatOp de cd werken we met 44.1Khz, waarom dit getal precies, weet ik niet.

Aangezien de sample-frequentie tenminste het dubbele moet bedragen van de hoogste frequentie, en men destijds zeker dacht te weten dat je het daarbij onstane stoorsignaal (op de helft van de sample-frequentie) straffeloos met een steil filter kon wegwerken kon worden.
Ik denk dat 44,1 Khz destijds technisch het maximaal haalbare was.
Bij CD hebben we het over digitale techniek uit de jaren '70, en dat is inmiddels al langer geleden dan de tijdsduur tussen het gemeengoed worden van de stereo-LP en de invoering van de CD.

VrGr,

Bart J.

reMC · januari 23, 2006, 18:01:18

Citaat van: garmtz op januari 23, 2006, 15:58:09
Het echte probleem is dat er ERG stijl ('brickwall') moet worden gefilterd, met een fase-slingering rond de
hoogste frequenties tot gevolg. Analoge filters en digitale filters gaan beide gepaard met zo'n slinger.

Is dat dan geen mogelijke verklaring voor de verstoring van de harmonische samenhang tussen grond- en boventonen? Bij goede non-os dac's hoor ik echt dat DAT is wat ze beter kunnen: het hoog en laag van instrumenten bij dat instrument zelf houden en coherentie dus.

CitaatEen digitaal filter is in principe niet hetzelfde als oversampling, hoewel de functies zeer vaak in het digitale filter worden gecombineerd.

Ok!

CitaatWat bedoel je met 'alles' en 'wat ik net heb beschreven'? Een analoog/digitaal filter zal de 'spookbeelden' prima wegfilteren. Er zal altijd wellicht wat overblijven, maar dat is van zo'n laag niveau dat het er niet echt toe doet.

De personen waar ik het over heb laten de filters achterwege en leren leven met de aliasing (wat zeer goed lijkt te kunnen), dat bedoel ik.

Een analoog filter is dus niet eens nodig volgens hen...maar dat wist je al

CitaatKlopt. Er wordt echter wel gefilterd... Namelijk in de tweeter...

Wat heeft dat met aliasing te maken?

CitaatInterpolatie van 16 --> 24 bits zal het signaal niet 'beter' maken. De bron blijft gewoon 16 bits. Doe je dat heel erg precies, dan is een 16 bit DAC alles wat je nodig hebt. Vaak probeert men echter zo goed mogelijk 16 bit te benaderen met 24 bits DACs omdat die een betere signaal/ruisverhouding hebben en de LSB er net wat schoner uitziet dan met een 16 bits DAC. Tegenwoordig zie je met een goede 24 bit DAC echt de LSB stapjes heel duidelijk, met een wat oudere DAC is dat veel moeilijker te zien door de ruis die erop is gesuperponeerd.

Ok, precies wat ik dacht!

garmtz · januari 23, 2006, 22:39:10

Citaat van: reMC op januari 23, 2006, 18:01:18
Is dat dan geen mogelijke verklaring voor de verstoring van de harmonische samenhang tussen grond- en boventonen? Bij goede non-os dac's hoor ik echt dat DAT is wat ze beter kunnen: het hoog en laag van instrumenten bij dat instrument zelf houden en coherentie dus.

Absoluut! Is zeker een deel van de uitleg. Maar die gaat niet meer zuiver op bij bijv. 8x oversampling. De fasedraaiing ligt dan nl. ver buiten het hoorbare domein. Maar men zegt ook dat filtering enkele octaven boven en onder de kantelfrequentie nog invloed heeft. Eigenlijk zou je ook moeten lezen over de CD-speler van Spectral. Ook puur 16 bit/44.1 kHz. Die jongens hebben extreem goed nagedacht over hun speler. Misschien interessant om over te lezen?

CitaatWat heeft dat met aliasing te maken?

Wat ik aan wilde geven is dat tweeters al werken als een anti-aliasing filter: vaak stoppen ze te werken bij 20 kHz. Je oren ook trouwens: prima filters!

Shorty · januari 24, 2006, 13:58:05

CitaatWat ik aan wilde geven is dat tweeters al werken als een anti-aliasing filter: vaak stoppen ze te werken bij 20 kHz.

Misschien zou je beter kunnen stellen: "stoppen met lineair te werken" ....

De meeste krijgen nét boven de 20k last van break-up verschijnselen... precies in het gebied waar toch al problemen zijn. Wellicht verdrinkt de anti-aliasing rommel wel in de vervorming van de break-upverschijnselen?

VrGr,

Bart J.

reMC · januari 24, 2006, 15:34:11

Citaat van: Shorty op januari 24, 2006, 13:58:05
Misschien zou je beter kunnen stellen: "stoppen met lineair te werken" .... De meeste krijgen nét boven de 20k last van break-up verschijnselen... precies in het gebied waar toch al problemen zijn. Wellicht verdrinkt de anti-aliasing rommel wel in de vervorming van de break-upverschijnselen?

Maar hoe dan ook gaat de alisasing wél de apparatuur in, hoe kan het dan dat de meeste apparatuur hier geen last van heeft?

garmtz · januari 24, 2006, 16:15:41

Citaat van: reMC op januari 24, 2006, 15:34:11
Maar hoe dan ook gaat de alisasing wél de apparatuur in, hoe kan het dan dat de meeste apparatuur hier geen last van heeft?

Waarom zouden ze er last van moeten hebben? Een versterker versterkt. Dat wat hij binnen krijgt komt er versterkt uit en een versterker heeft een bepaalde bandbreedte die hetgeen er wordt versterkt beperkt. Bij sommige versterkers kan er wel intermodulatie optreden, maar dat is zeker geen geval van: gebeurt altijd.

reMC · januari 24, 2006, 16:37:53

Citaat van: garmtz op januari 24, 2006, 16:15:41
Waarom zouden ze er last van moeten hebben?

Omdat ze dus allerlei shit boven 20KHz binnenkrijgen. Ik vroeg me af waarom dat dan niet op die versterkers 'stoort'. Hoe 'klinkt' intermodulatie?

Shorty · januari 24, 2006, 16:44:23

Citaathoe kan het dan dat de meeste apparatuur hier geen last van heeft?

Probleem lijkt me juist dat je apparatuur er in principe wel last van heeft. Rommel in = rommel uit. Dat geldt niet alleen voor de power supply, maar ook voor de rommel net boven 20K. Alsof je versterker daarboven niets meer versterkt....

....reMC haalt me de woorden uit de bek....

VrGr,

Bart J.

reMC · januari 24, 2006, 16:46:19

Maar misschien is het heel simpel: hij versterkt het wel maar de speakers kunnen het meestal toch niet weergeven...of onze oren filteren het wel weg...?

Toch lees ik vaak dat versterkers niet 'blij' met het signaal van een non-filtering dac zijn, wat is het probleem volgens hen dan?

Shorty · januari 24, 2006, 16:52:42

Oude oren filteren het weg...gelukkig... $:-\$ .... maar het vermoeden ligt voor de hand dat een tweeter die a) geen last heeft van break-upverschijnselen vlak boven 20K; en b) niet urenlang de gehalveerde sample-frequentie hoeft weer te geven, een stuk schoner, en op de lange duur minder vermoeiend zal klinken.

VrGr,

Bart J.

garmtz · januari 24, 2006, 16:57:25

Citaat van: Shorty op januari 24, 2006, 16:52:42
Oude oren filteren het weg...gelukkig... $:-\$ .... maar het vermoeden ligt voor de hand dat een tweeter die a) geen last heeft van break-upverschijnselen vlak boven 20K; en b) niet urenlang de gehalveerde sample-frequentie hoeft weer te geven, een stuk schoner, en op de lange duur minder vermoeiend zal klinken.

Gewoon elektrostaten gebruiken dus...

Shorty · januari 24, 2006, 17:04:15

...en een grammofoon....

Gelukkig gaan je oren na je 25ste achteruit.....

VrGr,

Bart J.

dazzdax · november 8, 2006, 13:29:59

Het zou een leuk experiment zijn (helaas niet helemaal goedgekeurd door de bond van dierenbeschermers) om in een kooi vol met vleermuizen muziek te draaien met een filterless DAC: blijven de vleermuizen rustig of gaan ze helemaal flippen?

Chris

reMC · november 8, 2006, 13:44:56

Citaat van: dazzdax op november 8, 2006, 13:29:59
Het zou een leuk experiment zijn (helaas niet helemaal goedgekeurd door de bond van dierenbeschermers) om in een kooi vol met vleermuizen muziek te draaien met een filterless DAC: blijven de vleermuizen rustig of gaan ze helemaal flippen?

Wat kunnen wij als muziekliefhebbers met de uitkomst van zo'n test doen dan?

garmtz · november 8, 2006, 14:02:24

Je moet ook weergevers hebben die zo hoog komen.

Nieuws:

Nyquist theorie & non-filtering