den einen link finde ich auf jeden Fall interessant (deutsch

), deshalb stelle ich ihn hier rein:
CD-Analyse
In Elektor Heft 10/1998 wurde ein digitaler Clipping-Detektor für Audio-CDs veröffentlicht, mit dem sich feststellen lässt, ob eine CD bei der Aufnahme übersteuert wurde. Diese Schaltung und der Bericht über ãgeclippte" CDs hatten seinerzeit für einiges Aufsehen gesorgt, nicht nur unter Elektor-Lesern...
Von einem niederländischen Leser erhielten wir jetzt wieder einen längeren Brief zu diesem Thema, in dem er eingehend über weitere Untersuchungen berichtet und ein extra für diesen Zweck entwickeltes Programm vorstellt, das er für die freie Verbreitung zur Verfügung stellt. Das Programm wurde daher auf dem Elektor-Website in den Download-Bereich zu dieser Elektor-Ausgabe aufgenommen. Hier der Brief von Herrn A. Kappert aus Deventer in geringfügig bearbeiteter Übersetzung:
Aufnahmequalität von CDs
Vor längerer Zeit wurde in elektuur (der niederländischen Elektor-Ausgabe, Anm.d.Red.) ein Leserbrief über übersteuerte CDs veröffentlicht. Dabei wurde mit einem Oszilloskop am Ausgang eines CD-Spielers während der Wiedergabe der CD ãOxygen 7-13" von Jean Michel Jarre gemessen. Auf den abgebildeten Oszillogrammen war deutlich zu sehen, dass die Signalkurvenform geclippt (an den Spitzen abgeschnitten) wurde, weil die Signalwerte größer waren, als es die Wiedergabe von der CD zulässt.
Bei dieser Messanordnung bleibt es unklar, welchen Einfluss der CD-Spieler selbst auf dieses Ergebnis an seinem Ausgang hat. Zwischen der CD und dem Oszilloskop am Ausgang des CD-Spielers befindet sich dessen Wiedergabeelektronik mit digitalem Oversampling-Filter, einem Digital-Analog-Wandler, einem Analogfilter und einem Ausgangsverstärker. Am besten ist es, das Signal auf der CD selbst unmittelbar zu untersuchen, indem man das zu untersuchende Musikstück in eine *.WAV-Datei umsetzt. Bis auf die (theoretische) Möglichkeit von Lesefehlern stellt diese Datei dann eine exakte digitale Kopie des Abschnitts auf der CD dar. Dieses Verfahren wird von den heutigen CD-Brennern ausgiebig verwendet und völlig problemlos. Die so erzeugte WAV-Datei kann anschließend durch ein PC-Programm analysiert werden (z.B. mit dem in Elektor 11/97 beschriebenen ãCool Edit", Anm.D.Red.).
Eine WAV-Datei besteht aus einem Header, dem dann die Daten der vielen tausend Abtastwerte (Samples) folgen. Das 16-bit-Format der Audio-CD lässt Werte im Bereich zwischen Ð32768 und 32767 zu.
Um diese WAV-Dateien betrachten zu können, habe ich ein Programm zur WAV-Dateianalyse geschrieben. Als Erstes erzeugt dieses Programm ein Histogramm der WAV-Datei. Dabei wird ermittelt, wie oft ein Samplewert in der Datei vorkommt. Am häufigsten kommen Werte um den Nullpunkt vor. Je näher ein Wert an den beiden Extremwerten Ð32768 und 32767 liegt, desto seltener kommt er vor. Wenn das Eingangssignal bei der Aufnahme zu groß ist (Übersteuerung), werden die Werte auf die Maximalwerte begrenzt, was sich im Histogramm durch eine erhöhte Zahl von Werten an den beiden Enden der Grafik bemerkbar machen würde. Man kann dann feststellen, ob Clipping auftritt und bei welchen Werten Clipping auftritt. Das können auch andere Werte als Ð32768 und 32767 sein, wenn die A/D-Wandler nicht richtig eingestellt sind.
Mit dem Programm kann man auch die Kurvenform des in der WAV-Datei gespeicherten Signals betrachten. Dabei gibt es eine Suchfunktion, mit der man nach den im Histogramm erkannten Clipping-Werten suchen kann.
Mit diesem Programm habe ich unter anderem ã...Baby One More Time" von der gleichnamigen CD von Britney Spears analysiert. Dieses Stück zeichnet sich durch häufiges Clipping aus Ð aber die größte Überraschung war das Histogramm.
Hier wurde für die Samplewerte zwischen 4 und 515 festgestellt, wie oft diese Werte in der WAV-Datei vorkommen. Nach jeweils zwei Werten, die mehr als tausend Mal vorkommen, ist immer ein Wert, der kaum oder gar nicht vorkommt. Ein solches Histogramm kann nur entstehen, wenn von einer 16-bit-Aufnahme eine um den Faktor 1,5 verstärkte zweite Aufnahme gemacht wird. Die Samplewerte 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 usw. werden dann mit 1,5 multipliziert, was die Werte 1,5, 3,0, 4,5, 6,0, 7,5, 9,0, 10,5 usw. ergibt. Danach müssen diese Werte wieder in ganzzahlige Werte für die CD umgewandelt, d.h. gerundet werden, so dass sich die Werte 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11 usw. ergeben. In der so entstandenen Wertereihe fehlt jeder dritte Wert. Wenn man sich die Kurvenform des Signals im übersteuerten Bereich ansieht, kann man anhand der Abflachung abschätzen, in welchem Maße übersteuert wurde. Ich tippe hier auch auf einen Übersteuerungsfaktor von ungefähr 1,5.
Schlussfolgerung: Von einem ursprünglichen, perfekt aufgenommenen Mix wurde ein mit dem Faktor 1,5 verstärkter Remix gemacht, der an verschiedenen Stellen Clipping aufweist.
Schließlich wurde das Stück ãGLORIA, LONELY BOY" von der CD ãMETAMORPHOSES" von Jean Michel Jarre unter die digitale Lupe genommen, um zu sehen, ob auch die letzte CD dieses Künstlers Clipping aufweist. Die Vermutung wurde bestätigt Ð aber auch hier sorgt das Histogramm wieder für Überraschungen:
Die kleinsten und größten Samplewerte dieser CD sind Ð32022 und 32021 (97,7 % des maximalen CD-Bereichs). Das sind auch die Werte, bei denen Clipping auftritt. Im Histogramm erkennt man, dass jeder vierzigste Wert gegenüber den benachbarten Werten mit doppelter Häufigkeit vorkommt. Daraus lässt sich wiederum darauf schließen, dass es sich um einen Remix der ursprünglichen Aufnahme handelt. Die Samplewerte wurden mit 0,97 multipliziert und wieder auf CD-Format konvertiert.
Über den Grund für dieses Tun kann man natürlich nur spekulieren. Wenn man sich aber vorstellt, dass die ursprüngliche Aufnahme übersteuert war, so führt die Reduktion auf das 0,97-fache der ursprünglichen Werte jedenfalls dazu, dass trotz des Clippings kein einziger Wert auf der CD im Bereich der Maximalwerte liegt. Ein Clipping-Detektor, der aufeinander folgende Werte in Maximalbereich registriert, wird daher kein Clipping feststellen können...
Besser wäre es aber gewesen, die Übersteuerung zu vermeiden statt sie zu kaschieren. Die CD-Industrie ist jetzt dabei, die Super-CD zu promoten. Es wäre besser, man würde sich um die beschriebenen Praktiken bei den Aufnahmen kümmern. Solche Manipulationen klingen auch auf einer Super-CD nicht besser, und sorgfältigeres Aufnehmen im bestehenden CD-Format würde mehr bringen als der Übergang zum Super-CD-Format.
also wie gesagt, sehr interessant, aber trotzdem hätte ich einige Bedenken:
Zunächst kann man nicht von Übersteuerung sprechen, wenn wenn das Signal durch einen Kompressor/LImiter gegangen ist. Bei 0 dB ist schluß, es entstehen keine Verzerrungen durch den DA-Wandler. Richtig ist, dass ohne Limiter Werte von +7 oder mehr dB im Originalsignal vorhanden waren, die nun auf 0 dB runtergedrückt sind (evtl. könnte man das als "Softclipping" bezeichnen).
Die kleinsten und größten Samplewerte dieser CD sind Ð32022 und 32021 (97,7 % des maximalen CD-Bereichs). Das sind auch die Werte, bei denen Clipping auftritt.
Das liegt daran, dass der Limiter beim Mastern üblicherweise auf -0,3 dB gestellt ist.
Ich tippe hier auch auf einen Übersteuerungsfaktor von ungefähr 1,5.
Wenn im Studio aufgenommen wird, fährt man nie an die Aussteuergrenze. Erst wenn in das digitale Format gewandelt wurde, wird die WAVE-Datei normalisiert, d. h. der höchste Pegel auf 0 dB berechnet. Dabei muss überhaupt noch nichts übersteuert sein.
Ein solches Histogramm kann nur entstehen, wenn von einer 16-bit-Aufnahme eine um den Faktor 1,5 verstärkte zweite Aufnahme gemacht wird.
Das kann vielleicht beim remastern von einer CD passieren. Ein digitaler mix erfolgt aber in der Regel mit 32 (24) bit und wird erst nach dem Mastern auf 16 bit runtergerechnet.
Mein Fazit:
Die Diskussion Clipping einer CD ist sehr reiserisch. Der Einsatz von Limitern ist live und im Studio völlig normal und bei sparsamen und vernünftigen Einsatz nicht hörbar.
Das wäre eine interessante Untersuchung: Ab wann wird das ganze überhaupt hörbar? Normalerweise stellt der Toning. den Direktvergleich an und dreht den Limiter nur so weit rein, das man es nicht hört. Aber wie gesagt normalerweise, denn bei Pop-Produktionen oder im Radio will jeder der lauteste sein. Normal wäre, wenn nur ab und zu bei peaks der Limiter einschaltet und nicht ständig am arbeiten ist und quasi jedes Signal abschneidet.
Gruß Thias