Hjälp med att tolka en mätning

[arkman]

Jag brukar roa mej med att läsa Stereophil’s tester av olika apparater. Nu senast läste jag testen av PS Audio PerfectWave DirectStream. En dac i det högre prisspannet.
Jag har dock lite svårt att förstå hur John Atkinson räknat ut dacens verkliga upplösning. Han skriver att den har en verklig upplösning på 17 bitar vilket skulle motsvara ett SNR på ca 102 dB (6 x 17), se citat nedan.

But when the bit depth was increased to 24, which was correctly indicated on the front-panel display, the noise floor dropped at most by 5dB, suggesting that the DirectStream DAC has only about 17 bits of resolution. This graph was taken with AES/EBU data; I got the same result with USB data, and though fig.6 suggests that the PS Audio DAC should just be able to resolve a 24-bit tone at –120dBFS, spectral analysis showed that it couldn't (figs.7 and 8.

Men i bilden som JA refererar till (se bild nedan) så ser det i alla fall i mina ögon ut som att ”bruset” ligger på ca 125 dB för en 16 bitars signal och ca 130 dB för en 24 bitars signal. Då bortser jag visserligen från dom små störningarna som ligger längst ut till vänster i diagramet.



Hur har JA resonerat när han kommit fram till att dacen har en verklig upplösning på 17 bitera. Har ni någon bra förklaring?

Hela testresultatet hittar ni här
http://www.stereophile.com/content/ps-a ... asurements

[Svante]

Det är en klassisk fälla när man läser en FFT med signal och brus. I bilden du visar ser det ut som att signalen ligger vid -90 dB och bruset vid -130 dB. Vad man missar är att bruset består av många frekvenser, och att det är deras sammanlagda effekt som ger brusets styrka. Du har alltså en "topp" vid 1 Hz, en vid 2 Hz, en vid 3 Hz, ... en vid 22049 Hz och en vid 22050 Hz. Totala effekten på dem blir 22050 gånger högre än vad varje enskilt topp är. Exemplet gäller om frekvensområdet delas upp i 22050 delar, oftast använder man en potens av 2, tex 1024 eller 8192 frekvensband om man använder en FFT.

SNR är alltså svårt att läsa av i en spektrumgraf.

Det man däremot kan se är att brusgolvet sjunker med 5 dB och det motsvarar nästan en ökning av upplösningen med 1 bit (6 dB).

[Piotr]

Precis som Svante skriver är det inte möjligt att titta på en spektrumgraf och fastställa brusnivån.. om man inte har full information om:
1) samplinghstighet
2) antal FFT-punkter
3) typ av fönstring

samt är en fena på att räkna..

Nivån på gräset man ser i grafen beror helt enkelt på ovan nämnda faktorer och med en given stimuli kan man lätt höja och sänka det synbara bruset genom att ändra antalet FFT-punkter eller typ av fönstring. Detta påverkar naturligtvis inte det faktiska bruset i signalen, bara det som presenteras i grafen.

I praktiken kan skillnaden mellan det som ser ut att vara "brusgolvet" och det faktiska bruset skilja ca 40dB. Dvs. det som ser ut som ett -130dBFS brusgolv i en FFT är i själva verket -90dBFS.

Det totala bruset inom en viss bandbredd (säg med en samplingshastighet på 44.1kS/s) är en sak. FFT-grafen visar inte denna fulla bandbredd utan delar dessa 44100 samples per sekund med antalet valda FFT-punkter och redovisar bruset uppdelat på dessa punkter/frekvensband eller "FFT bins" som det kallas på engliska. Programvaran man använder vid en FFT-analys brukar dock ange totalt brus också.

Antalet valda "bins" och samplingshastigheten sätter inte bara brusgolvet i grafen utan sätter också upplösningen på x-axeln totalt sett. Detta betyder att fler bins (med en fix samplingshastighet) betyder högre upplösningen av spektrala komponenter i signalen. Om signalen tex. innehåller två sinusar väldigt nära varandra i frekvens kan dom klumpas ihop i ett frekvensband om antalet bins är för litet. Ökar man då antalet bins kan man trolla fram två spektrala komponenter från vad som såg ut att vara en.

[arkman]

Tack Svante och Piotr. Nu lärde jag mej något . Jag ska försöka läsa på lite om FFT men jag har fått en känsla av att det ämnet/tekniken inte är det allra enklaste

Jag har märkt att John Atkinson ofta anger brusnivån för 16/44.1 kHz i den är typen av mätningar. Som jag tolkar, det lite lekmannamässigt, så bör man kunna bedöma nivån på SNR för en 24 bits signal genom att titta på hur många dB det är emellan bruset för 16 bitars signalen och 24 bitars signalen och sedan lägga till den skillnaden till 96 dB (jag tror att Svante pekade på det här ovan). Då skulle brusnivån i det här fallet hamna på 102 dB och det tycks stämma bra med dom siffror som JA redovisar. Men det står i artikeln (i bildtexten till bild 6) att det lagts ”dither” till 16 bitars signal och då brukar SNR öka med 20-25 dB. Hur hänger det då ihop? Påverkar inte ”dither” brusnivån när man gjort en FFT eller har jag tolkat det fel?

[IngOehman]

Den som påstår att SNR ökar med 20-25 dB när man lägger på ett dither har helt enkelt uppåt väggarna fel.

Det du säger om möjligheten att skatta verklig upplösning (även om det inte är alldeles entydigt vad det betyder) genom att titta på hur mycket störnivån sjunker när man går från 16 bitar till många flera bitar stämmer. Om bruset sjunker med 6 dB (absolutnivån mindre viktig, och helt ointressant om man inte vet vilken mätbandbredd som användts) så har upplösningen stigit med 1 bit, eller motsvarande en bit skulle jag hellre säga, för man kan diskutera om begreppet upplösning verkligen är applicerbar för system av dessa typer.

Talar man om odithrade system så är upplösningsbegreppet möjligen användbarare och definitivt mera entydigt.


Vh, iö

[Piotr]

Arkman,

tvärtom.. när man adderar dither till en signal så ökar bruset och SNR minskar.

Det är dock korrekt att man (som IÖ också nämner) kan uppskatta skillnaden i SNR på en 16bit signal vs 24bit signal (eller mellan två omvandlare som jobbar med motsvarande ordlängd) medelst inspelning genom en ADC och efterföljande FFT-analys.

Om man använder en SOTA 24bit ADC vid inspelning av signalen så blir det typiskt som följer;
Brusgolvet från "16bit-signalen" utgörs av det adderade dither-bruset och det brukar landa på ca. -90dB.
Brusgolvet från "24bit-signalen" kommer att bestå av analogbrus i omvandlarkretsarna, både från den DAC som spelar testsignalen och den ADC som spelar in signalen för analys. Med dagens bättre omvandlare kan det bruset landa på ca -120dB. En faktisk förbättring om ca 30dB, och det räcker gott och väl för alla praktiska fall.

Den digitala teoretiska upplösningen för 16bit är ca 96dB mot 144dB för 24bit.

Det är alltså analogbruset och inte den digitala upplösningen eller dither som i praktiken sätter gränsen med dagens teknik. De flesta är väl ändå överens om att det i praktiken räcker med 16bit + dither i de allra flesta fall. För de riktigt kräsna med skarpa öron och kapabla anläggningar kan 24bit vara en bra idé. Bättre än så behöver det inte bli då det är bra med god marginal med runt 30dB bättre dynamiskt omfång. Kostnaden är inte heller speciellt stor då en fil med 24bit bara är 50% större än 16bit.

[arkman]

Den som påstår att SNR ökar med 20-25 dB när man lägger på ett dither har helt enkelt uppåt väggarna fel.

Jag tidigare hört att Dither inte kan sänka bruset så mycket som 20 dB men efter att jag sett ”Montys” video på Youtube så uppfattade jag det som korrekt (se motiys video via länk följande länk) http://createdigitalmusic.com/2013/07/v ... ple-think/

Ca. 13:35 minuter in i videon visar han hur mycket ”dither” sänker brusnivån, men jag kanske har tolkat bilderna fel. När jag skrivet det här kom jag att tänka på att han kanske också använde ”noise sharpening” i sitt exempel och då borde det väl bli lite andra siffror?
(Men jag är inte säker på om han verkligen använder ”noise sharpening”)

Det du säger om möjligheten att skatta verklig upplösning (även om det inte är alldeles entydigt vad det betyder) genom att titta på hur mycket störnivån sjunker när man går från 16 bitar till många flera bitar stämmer. Om bruset sjunker med 6 dB (absolutnivån mindre viktig, och helt ointressant om man inte vet vilken mätbandbredd som användts) så har upplösningen stigit med 1 bit, eller motsvarande en bit skulle jag hellre säga, för man kan diskutera om begreppet upplösning verkligen är applicerbar för system av dessa typer.

Talar man om odithrade system så är upplösningsbegreppet möjligen användbarare och definitivt mera entydigt.

Vh, iö

Jag har uppfattat det på det sättet, dvs. att om man inte blandar in dither eller noise sharpening så är det lättare att få grepp om vad t.ex. vad en digital signal om 16 bitar erbjuder för upplösning.

Arkman,
tvärtom.. när man adderar dither till en signal så ökar bruset och SNR minskar.

Det är dock korrekt att man (som IÖ också nämner) kan uppskatta skillnaden i SNR på en 16bit signal vs 24bit signal (eller mellan två omvandlare som jobbar med motsvarande ordlängd) medelst inspelning genom en ADC och efterföljande FFT-analys.

Om man använder en SOTA 24bit ADC vid inspelning av signalen så blir det typiskt som följer;
Brusgolvet från "16bit-signalen" utgörs av det adderade dither-bruset och det brukar landa på ca. -90dB.

Detta var lite klurigt att greppa. Jag har en bok om digitalt ljud ”Principles of Digital Audio” och i veckan har jag läst en del om dither i den boken. Det gjorde mej lite klokare men jag har också förstått att ämnet är lite men komplicerat än vad jag tidigare trott, vilket i och för sig inte är något ovanligt när det gäller ljud

I ditt exempel, menar du att brusgolvet höjs från -96 dB till -90 dB när man lagt till dither?
(hm, jag måste läsa lite mer om detta)

Brusgolvet från "24bit-signalen" kommer att bestå av analogbrus i omvandlarkretsarna, både från den DAC som spelar testsignalen och den ADC som spelar in signalen för analys. Med dagens bättre omvandlare kan det bruset landa på ca -120dB. En faktisk förbättring om ca 30dB, och det räcker gott och väl för alla praktiska fall.

Den digitala teoretiska upplösningen för 16bit är ca 96dB mot 144dB för 24bit.

Det är alltså analogbruset och inte den digitala upplösningen eller dither som i praktiken sätter gränsen med dagens teknik. De flesta är väl ändå överens om att det i praktiken räcker med 16bit + dither i de allra flesta fall. För de riktigt kräsna med skarpa öron och kapabla anläggningar kan 24bit vara en bra idé. Bättre än så behöver det inte bli då det är bra med god marginal med runt 30dB bättre dynamiskt omfång. Kostnaden är inte heller speciellt stor då en fil med 24bit bara är 50% större än 16bit.

Ja, att det räcker med 16 bitar tycker jag att jag förstått. Särskilt eftersom det är ovanligt att alla 16 bitar används i praktiken.

[Piotr]

Dither sänker inte brusnivån, tvärtom, det ökar den.. dither är ju just brus och inget annat. Däremot så reduceras eller elimineras kvantiseringsdistortion vid användning av dither.

[Almen]

...han kanske också använde ”noise sharpening”

Du tänker på noise shaping, va? I så fall brusformning, alltså.

[arkman]

Dither sänker inte brusnivån, tvärtom, det ökar den.. dither är ju just brus och inget annat. Däremot så reduceras eller elimineras kvantiseringsdistortion vid användning av dither.

Jo, så måste det vara. Jag får studera ämnet lite mer. Tack för svaret.

[arkman]

...han kanske också använde ”noise sharpening”

Du tänker på noise shaping, va? I så fall brusformning, alltså.

Det stämmer. Tekniken blir lite lättare att greppa om man använder rätt ord