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Aufnahme 44,1 kHz mit 24 oder 16 Bit

Posted: Sat 1. Mar 2008, 13:23
by Hardy
Hallo zusammen
ich hatte mal (siehe Bericht im alten Forum) 2 Musikstücke (von Schallplatte) mit 24 Bit und 16 Bit (jeweils 44,1 kHz) aufgenommen. Nach der "WP-Standart-Reinigung" habe ich die 24 Bit-Aufnahmen auf 16 Bit gewandelt und anschliessend mit einem Kopfhörer (AKG K240 Monitor) beide Versionen abwechselnd angehört. Ich konnte keinen Unterschied hören; vielleicht fehlt mir dazu das absolute Gehör ?? (rein mathematisch ist die Auflösung bei 24 Bit wesentlich höher:
2 hoch 24 zu 2 hoch 16 Abtastwerten und der Platzbedarf auf der Festplatte ist um 50 % höher).

Kann jemand aus eigener Erfahrung etwas dazu sagen ?

Gruss
Hardy

Re: Aufnahme 44,1 kHz mit 24 oder 16 Bit

Posted: Sun 9. Mar 2008, 13:46
by ulf
Hallo Hardy,

einen Unterschied zwischen einem gut ausgesteuerten 16 Bit Audio Signal und einem ebenso gut ausgesteuerten 24 Bit Signal wird wohl nur ein extrem gut geschultes Ohr eines Tonmeisters wahrnehmen, wenn überhaupt. Ich vermag das jedenfalls auch nicht.

Man muss sich hierzu überlegen, dass ein gut ausgesteuertes 16 Bit Audio Signal 2 hoch 16 Digitalisierungstufen besitzt, dass sind 65536 feine kleine Stufen. Da ein Audiosignal immer symmetrisch zur Null-Linie liegt, sind das 32767 Stufen (entspricht 15 Bit) von Null bis zur Maximalaussteuerung . Das oberste Bit 16 ist quasi das Vorzeichen (negativ oder positiv).

Daraus ergibt sich ein Dynamikbereich von 90,3 dB. Wie rechnet man das? Nun die kleinstmögliche Stufe ist "1" in bezug auf den Maximalwert "32767". Das Grundrauschen bzw. die Grundauflösung wird also immer mindestens 1/32767 sein. Wenn man das wie in der Tontechnik üblich logarithmisch abbildet, rechnet man grundrauschen=20*log10(1/32767). Das ist -90,3 dB.

Den folgenden Satz habe ich einem Online Artikel entnommen (Quelle = http://www.mu-sig.de/Theorie/Akustik/Akustik06.htm), der ganz gut das Problem veranschaulicht: "Unter Dynamik versteht man das Verhältnis zwischen größter und kleinster vorkommender Schallintensität. Die Dynamik der Sprache beträgt ca. 50 dB, die eines Orchesters ca. 70 dB, die des menschlichen Ohrs 130 dB." Ein gesundes Ohr hat also eine bessere Dynamik und kann Unterschiede bis zu 130 dB hören. Aber das erfordert Übung, sprich man ist ein erfahrener Tonmeister oder Musiker. Gesundes Ohr bedeutet hierbei z.B. auch, dass man als Hörtester dabei keinen Tinitus haben darf (auch wenn er nur leise ausgeprägt ist). Im normalen Leben haben wir es dagegen nur mit Dynamiken um 50 (Sprache) bis 70 (Musik) dB zu tun. Und für diesen "Normalbereich" ist letztendlich auch die Audio CDROM Norm mit 16 Bit Digitalisierung mit 90 dB Dynamik entstanden.

Aber kehren wir noch mal an meinen ersten Satz zurück. Da sprach ich von einem "gut ausgesteuerten 16 Bit Audio Signal". Das ist nämlich meiner Meinung nach der entscheidende Nachteil eines 16 Bit A/D-Wandlers. Wenn man zum Zeitpunkt der Aufnahme falsch (viel zu schwach) aussteuert, verschenkt man Dynamik. Wenn ich z.B. nur mit 10% Aussteuerung mit einem 16 Bit A/D Wandler (16 Bit Soundkarte) aufnehme, habe ich plötzlich nur noch 10% der Digitalisierungstufen, also 6553 und somit nach Symmetrierung nur noch ein Verhältnis von "1" zu "3276". Damit sinkt die erreichbare Dynamik auf 20*log10(1/3276). Und das sind nur noch 70,3 dB. Und das ist schon nicht mehr ausreichend (oder gerade noch ausreichend für Musik). Ein Grundrauschen von 70 dB hört man übrigens schon deutlich.

Nun zurück zur Überlegung, weshalb mit 24 Bit aufzeichnen. Nun hier haben wir 2 hoch 24 Digitalisierungstufen, also 16,7 Mio Stufen. Das ergibt nach obiger Rechnung eine Dynamik von 138 dB. Wir können uns also jetzt eine Fehlaussteuerung von bis zu 40 dB leisten, ohne etwas davon zu merken. 40 dB entspricht dabei 1% Aussteuerung. Durch die vielen Digitalisierungstufen der 24 Bit Soundkarte kann ich quasi mein falsch ausgesteuert aufgenommenes Signal noch ohne Qualitätsverluste retten, indem ich es im Audio Editor neu skaliere. Ich denke, das ist ein Argument für 24 Bit.

Obige Darstellung des 24 Bit Signals gilt natürlich nur für Idealbedingungen. Ein 24 Bit A/D-Wandler ist in der Soundkarte auch noch von Analogelektronik umgeben, die ebenfalls zum Rauschen neigt. Der typische Signal-Rauschabstand von Soundkarten liegt nur bei etwa 100 dB. Das kompensiert die Vorzüge der 24 Bit schon wieder ein ganzes Stück nach unten. Eine 24 Bit Soundkarte sollte zudem eine externe Soundkarte sein. Eine interne PCI-Karte im Innern eines Desktop PC holt sich hier viel zu viel Störsignale vom Motherboard, da praktisch keine richtige Abschirmung des Analogteils zum Digitalteil (Speicher, CPU usw. besteht).

Ich persönlich speichere fertig aufgenommene Signale, die im Editor auf Vollaussteuerung nachskaliert wurden, nicht mit 24 Bit, sondern mit 16 Bit. Aber bei der Aufnahme nutze ich den 24 Bit Modus der Soundkarte für bessere Aufnahmedynamik. Nach Bearbeitung und Skalierung im WavePurity Editor speichere ich dann als 16 Bit WAV oder FLAC ab.

Viele Grüße
Ulf Schönherr
WavePurity Team