Übermittlung Ihrer Stimme...
- Hintergrund • Dr. Sound klärt auf: Technische Daten und Jitter
- Umgang mit technischen Daten
erstellt am 04.11.2011 von Jens Voigt
Viele Daten umgeben uns, wenn unser Interesse um ein bestimmtes Gerät kreist. Für viele sind diese Angaben meist nur Zahlen auf dem Papier, deren Interpretation einiges an Grundwissen verlangt. In unserer neuen Reihe wollen wir Licht ins Halbdunkel bringen und Messwerte an ausgewählten Beispielen anschaulich erklären.
Am Anfang steht die Klärung der Einheit, in der die meisten Daten zu lesen sind. Also richten wir kurz den Blick auf die elektrisch-physikalische Einheit Volt (V), die bildlich gesprochen den Antrieb der Elektronen vom Minuspol zum Pluspol beschreibt. Sie ist die elektrische Einheit, die den wichtigsten Audiomessungen zugrunde liegt. Die großen zahlenmäßigen Schwankungen für die Einheit Volt, die im Audiobereich vorkommen, sind als solche schwer zu überblicken.
Aus diesem Grund bedient sich die Technik einer Verhältniseinheit, die mit einer logarithmischen Werteintegration hervorragend dazu geeignet ist – des Dezibels (dB). Als Definition für den Spannungspegel gilt: Ein Volt entspricht null Dezibel Volt (dBV), diese Angabe sagt aus, dass sich die Pegelverhältnisse auf ein Volt beziehen. Für den Audiobereich und den damit verbundenen Cinch-Anschluss ergeben sich bestimmte Festlegungen für den Spannungspegel.
- Dieses Schaltbild zeigt das Anschlussprinzip für ein DUT (Device Under Test) am Audio-Precision- APx-System für Analog- und HDMI-Messungen. Dies gilt auch für das Audio Precision System 2720 zur Bestimmung der technischen Parameter aller verfügbaren digitalen Schnittstellen
Bild: Auerbach Verlag
So wurde einmal für den semiprofessionellen Konsumenten- oder Hi-Fi-Bereich ein mittlerer Übergabepegel von minus zehn Dezibel Volt festgelegt, ein Wert, der heute nur noch wenig Bedeutung hat. Eine Vollaussteuerung wäre dann bei null Dezibel Volt erreicht. Werte, die darüber hinausreichen, können in nachgeschalteten Geräten zur Übersteuerung der Elektronik führen. Im Zeitalter der digitalen Technik haben sich die Pegelbereiche der Übertragung erhöht.
So kann an einem CD-Player, der ein vollausgesteuertes Signal ausgibt, ein Spannungspegel von sechs Dezibel Volt erreicht werden, ein Wert, der nach der Dezibel-Rechnung für Spannungspegel damit doppelt so groß ist wie für null Dezibel Volt.
Messsignal und Musik
- Auf diesem Screenshot ist die computergestützte Messgeräteoberfläche des Audio Precision APx 585 zu sehenBild: Auerbach Verlag
Wie stehen diese Signale in Korrespondenz zur Musik? Da alle Produktionen zum größten Teil ihren Weg über digitale Medien zum Konsumenten finden, sind hier einige Dinge besonders interessant: Auf der digitalen Ebene ist die oberste Aussteuerungsgrenze null Dezibel FS, wobei das "FS" für das englische Full Scale, also den vollen Messbereich steht. Über diesen Wert hinaus sind keine Signale weiter verwertbar.
Eine Filmtonmischung und audiophile Musikproduktionen sind in ihrer dynamischen Struktur so angelegt, dass die statistische Häufigkeit der klanglichen Ereignisse und der musikalischen Inhalte in einem Bereich von -20 bis minus zehn Dezibel Full Scale am größten ist. Höhere Pegel bis zur Aussteuerungsgrenze werden nur von dramaturgisch sinnvollen Ereignissen und musikalischen Steigerungen erreicht.
Dies bildet für uns die Grundlage und den Ausgangspunkt für die meisten technischen Messungen an Geräten der Audiotechnik. Da also der Pegelbereich 20 dB vor Vollaussteuerung den Bereich bildet, dem wir mit unseren Ohren programmabhängig die größte Aufmerksamkeit widmen, ist dieser auch wichtig für eine Analyse des Signal-Rauschabstandes (SNR).
Ein Beispiel
- Das Ohr ist bei unterschiedlichen Lautheiten auch unterschiedlich empfindlich für die Wahrnehmung von Frequenzen. In der Nähe der Hörschwelle ist das Ohr weniger empfindsam für tiefe Frequenzen; rechts in der Grafik zu sehen, bei mittellauter Musik ist die Empfindlichkeit größerBild: Auerbach Verlag
Wir messen an einem Vollverstärker an einer definierten Last einen SNR mit einem relativen Pegel von 83 dB, und das 20 dB vor Vollaussteuerung. Im Datenblatt des Herstellers ist der SNR mit 103 dB angegeben, und das ist auch korrekt, weil dieser Wert mit einem vollausgesteuerten Signal erstellt wurde. Nur in der Praxis werden solche Signale selten vorkommen. Wenn nun zu unserem Ergebnis von 83 dB die 20 dB addiert werden, erhalten wir auch 103 dB – rein rechnerisch.
Die Realität weicht manchmal aufgrund von Unzulänglichkeiten im Schaltungsdesign davon ab. Unsere Messmethode ist verlässlicher, da sie der musikalischen und filmtechnischen Produktionsrealität näher ist und dadurch kritischer der heimischen Rezeption folgt. Zusätzlich bestimmen wir das dynamische Verhalten nach der Messvorschrift AES 17 der Audio Engineering Society, die weltweit agiert und aus der Praxis der Tonmeister und Toningenieure schöpft.
Dieses Ergebnis kann vom SNR abweichen, weil die Messung einem anderen technisch-physikalischen Ablauf folgt. Bestimmt werden all diese Größen mit einem Audio Precision 585 Multichannel Audio Analyzer oder alternativ mit einem Rohde & Schwarz UPV Audio Analyzer.
Bewertungskurve
- Die A-Bewertungskurve in der technischen Akustik entspricht dem menschlichen Hören bei sehr geringen Lautheiten. Bei praxisnahen Schallpegeln ist die C-Bewertung aussagekräftigerBild: Auerbach Verlag
Warum gibt es Angaben, die mit einem "A" gekennzeichnet sind? Dabei handelt sich um eine sogenannte A-Bewertung, die dem frequenzabhängigen Lautheitsempfinden des Menschen nachempfunden ist und sich aus der Bauakustik nicht mehr wegdenken lässt. (Daneben gibt es noch andere, davon abweichende Bewertungen mit Kennzeichnungen wie "B" oder "C".) Da dieses Empfinden aber von der Schallenergie abhängig ist, die unser Ohr erreicht, gibt es hier Abweichungen in der Akzeptanz dieser Bewertung. Bild 1 zeigt die menschliche Lautheitsempfindung nach Fletcher und Munson, in Bild 2 ist der Frequenzgang der A-Bewertungskurve zu erkennen.
In gewissen Grenzen sieht man, dass die Kurven nahezu spiegelbildlich zueinanderpassen. Zu sehen ist aber auch, dass Frequenzen unterhalb von 100 Hertz (Hz) schon mit 20 dB gedämpfter abgebildet werden, ebenso wie Frequenzen oberhalb von sieben Kilohertz (kHz), die bis 20 kHz mit zehn Dezibel Dämpfung erscheinen. Diese Bewertung eignet sich auch, um Störsignale durch mangelnde Masseführung und Netzteilschwächen, wie Brummen oder Oberwellen, zu verschleiern. Denn je nach Abhörlautstärke können diese Artefakte zutage treten.
Um sie offenzulegen, messen wir ohne diese marketingfreundliche A-Bewertung, der sich viele Hersteller nicht mehr entziehen können. Kein Hersteller kommt übrigens auf die Idee, seine Audiofrequenzgänge ebenfalls mit einer A-Bewertung zu versehen, denn das würde dem marketingfreundlichen linearen Ideal nicht dienen! Eine Fortsetzung folgt in der nächsten Ausgabe, und zwar mit der Erklärung zum richtigen Lesen unserer Messdiagramme. Wir zeigen Ihnen, welche Werte wirklich wichtig sind und welche nur auf dem Papier eine Bedeutung haben. Im Folgenden beschäftigen wir uns mit einem brandheißen Thema.
- Ein korrekt ausgelesenes und wiedergegebenes Digitalsignal erzeugt ein sauberes AnalogsignalBild: Auerbach Verlag
- Ein durch Jitter im Digitalsignal verzerrt wiedergegebenes AnalogsignalBild: Auerbach Verlag
Die Informationen in diesem Artikel basieren auf sorgfältiger Recherche und geben den Sachstand zum Zeitpunkt der Erstveröffentlichung wieder. Spätere Entwicklungen oder Updates sind aus diesem Grund unter Umständen nicht berücksichtigt. Für Hinweise auf möglicherweise überholte Informationen sind wir dankbar.
