TIMBER
27 april 2004, 12:37
Otto van den Toorn 2000-07-07 Bit Wars.
The 16-bits Menace
Krijg je de laatste tijd ook het gevoel dat fabrikanten van muziekinstrumenten je liever iets meer 'bits' willen verkopen? Ze schermen met 20-, 24- en zelfs 32-bits audioresoluties alsof dat de hemel op aarde is. 16-bits was toch altijd zo perfect? Is 24-bits audio nu een noodzaak of proberen alle fabrikanten weer eens een nieuwe technologie aan de man te brengen?
Het is niet helemaal waar dat het alleen een hype is. Er zijn een aantal grote voordelen te vinden in de 24-bits audiotechnologie ten opzichte van de heersende 16-bits. En wat is dither eigenlijk? Bereid je maar voor op een gortdroog artikel... Maar als je je er toch doorheen slaat weet je wel wat voor onzin ze je af en toe proberen te verkopen. Of toch niet?
Bitresoluties
In de digitale audiowereld is het van oorsprong analoge (elektrische) signaal vertaald in een digitale vorm. Het omzetten hiervan gebeurt in de A/D (analoog naar digitaal)-converter. Dit digitale formaat wordt bepaald door twee ingrediënten: de bit-diepte (de resolutie of oplossend vermogen van de meting: 16- of 24-bits) en de samplingfrequentie (aantal metingen van de audiogolfvorm per seconde: meestal 44,1 of 48 kHz). Een bit is een binair (tweedelig) getal en kan in twee staten verkeren: 0 of 1 (aan of uit). Eén zo'n binair getal staat voor een bit. Dus 16 bits zijn er: .... 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2=65536 stapjes (twee tot de macht 16). Oef. De samplingfrequentie bepaalt hoeveel metingen van het analoge signaal er per seconde gemaakt worden. Stel je een audio-sinus van een seconde voor, waar door de A/D-converter 44.100 plakjes van worden gesneden.
Bij een hoge samplingfrequentie is het grijs gearceerde gedeelte en dus de meetfout kleiner.
Hoe lager de samplingfrequentie des te meer audio gemuteerd wordt opgeslagen. Elk plakje vertegenwoordigt een zeer klein stukje van de sinus. Als deze plakjes afgespeeld worden door een D/A-converter vormt dit weer een sinus. Het aantal samples uitgezet tegen de tijd (samplingfrequentie) is bijvoorbeeld 44.100. Beter is 48.000, met als topper 96.000. Dit is dus het aantal metingen dat per seconde wordt genomen maar zegt niets over de waarde (hoogte) van het plakje zelf. Deze informatie ligt opgeslagen in de bits. Hoe hoger de bit-resolutie hoe preciezer de opslag van het audio is. Wat nu als het audio precies tussen twee bit-waarden ligt? Dat wordt dan door de DSP (Digital Signal Processor) afgerond. Naar onder of naar boven maakt niet uit, het is altijd fout. Soms niet één keer maar in zeer slechte gevallen 44.100 keer per seconde. En dat kun je horen! Nadert de hoogte van het audio de 0dBfs (Decibel FullScale, de digitale schaal voor audiosignalen) dan zijn praktisch alle bits volledig in gebruik. Op een maximale waarde, bij zeer zachte audiopassages, zijn steeds minder bits voorhanden om de hoogte van het signaal aan te geven. Elke 6dB zachter dan de maximale 0dBfs is al een verlies van een bit. Zachte audiopassages die op -24dBfs liggen worden nog maar bemonsterd met 12-bits (bij een 16-bits-norm). Nog zachter en je gaat snel naar de 8-bits toe. Wel eens gehoord hoe dat klinkt? Zeer onaangenaam… Bij 8-bits heb je nog maar 256 stapjes om het audio op te slaan. Dat is niet veel. Eindjes van fade-outs en restjes galm zijn plekken waar je dat gaat horen. De bit-diepte moet dus zo hoog mogelijk zijn. Op 24-bits bijvoorbeeld. Er zijn nu in plaats van 65.536 stapjes (16-bits) in eens 16.777.216 stapjes (24-bits). Bij een zachte audiopassage op -48dB zijn er nog dan nog altijd 16-bits over om het audio weer te geven. De Bob Katz van het audio heeft het mij eens op de volgende manier uitgelegd: 'We gaan het audiosignaal eens benaderen als geld. Het digitale audio zien we nu niet als een binair getal maar uitgedrukt in een geldbedrag. Je audio heeft bijvoorbeeld de waarde ƒ 1,23 en de DSP-machine een resolutie van 2-bits. Tja het is een goedkoop mixertje... Nu draaien we het volume digitaal met 50% terug. Dit betekent dat er ƒ 0,615 overblijft (ƒ 1,23 gedeeld door twee) maar er is wel een decimaal achter de komma bijgekomen in het overgebleven bedrag. In de digitale audiotechniek betekent dit, dat de bit-diepte is toegenomen van 2- naar 3-bits. De DSP van de mixer maakt hier een afweging op basis van de beschikbare bits: onthouden of afronden? Negen van de tien keer is het afronden
24-bits
De voordelen: een reëlere weergave van het originele geluid, een beter stereobeeld (meer detail en preciezere plaatsing),het geluid klinkt warmer (24-bits behoudt de ambiance beter) en bewerkingen (EQ/galm) tasten het geluid minder aan. De nadelen: in de harddiskrecorder is meer ruimte nodig (ten opzichte van een 16-bits machine bijna twee keer zoveel) en de DSP's moeten veel meer werk verrichten (dit gaat meestal ten koste van het aantal audiosporen dat je tegelijkertijd kunt gebruiken). De hardware is meestal ook een stuk duurder.
Je mag hier afhaken want we duiken nog dieper de digi-jungle in.
Bewerkingen
Het belang van 24-bits tijdens het opnemen en weergeven van audio is groot, maar zonodig nog groter tijdens de bewerking van audio in bijvoorbeeld een harddiskrecorder of digitale mixer. Digitale mixers die intern op 16-bits werken raad ik al helemaal af. Bij elke bewerking (zoals EQ-en, mixen of het veranderen van het niveau) wordt er flink wat kwaliteit overboord gezet. Dit is hoofdzakelijk te wijten aan de correctie in de bit-diepte die na elke bewerking wordt uitgevoerd. Daar gaan de nuances in je audio! Een goede mixer zal deze afronding pas aan het einde van alle bewerkingen uitvoeren vlak voordat het audio de mixer verlaat. Een slechte mixer stapelt bit-dieptecorrectie op bit-dieptecorrectie met alle gevolgen van dien. Natuurlijk is een bewerking niet zo erg maar een paar EQ's en fades achter elkaar gaan snel ten koste van de natuurlijke ambiance, galm, warmte en stereospreiding van je audiosignaal. Vooral slechte digitale EQ's kunnen je klank koud en agressief doen worden. Een direct gevolg van slecht geschreven software in combinatie met beperkte hardware.
Goed luisteren
Dat een eenvoudige bewerking zoals het veranderen van volume ingrijpende gevolgen heeft voor de bit-diepte is duidelijk. Het simpel mixen van twee digitale 16-bits-signalen zorgt soms al voor een resultaat met een 24-bits-diepte. Maar aan het eind gaat dat digitale signaal toch weer naar 16-bits (DAT-recorder of CD-R). In het ergste geval laat de mixer of recorder gewoon de laatste (en laagste) acht bits weg. Toch is dit niet zo slecht als een mixer die alle bewerkingen intern op maar 16-bits uitvoert.
Het is de moeite waard daar informatie over in te winnen voordat je een nieuwe machine koopt. De input mag (misschien) 16-bits zijn zolang de interne bewerkingen maar op een hogere bit-diepte worden uitgevoerd. 24-bits machines zijn natuurlijk prima maar een 20-bits mixer geeft ook al een groot verschil ten opzichte van een 16-bits mixer. Wat je tijdens het inwinnen van informatie over 24-bits systemen duidelijk zal worden is dat echte kwaliteit nooit goedkoop is..... jammer genoeg. Mocht je nu een 16-bits mixer hebben die niet al te 'fris' klinkt nadat je de EQ's hebt ingeschakeld dan zijn er wel manieren om dat harde signaal weer wat aangenamer te maken, onder andere door het gebruik van buizen-EQ's of -compressors. Tijdens de opname kun je de klanken 'warmer' opnemen door middel van buizen-microfoons/EQ. Natuurlijk moet je de signalen ook niet te vaak converteren van digitaal naar analoog en omgekeerd. Dat is praktisch net zo erg als het audio 'kapot EQ-en'. Een goede test voor een digimixer of harddiskrecorder is een signaal dat je goed kent (CD of DAT) door de verschillende mixers beluisteren en flink spelen met de EQ, FX, enzovoort. Ga daarbij vooral niet te voorzichtig te werk en plak gerust een aantal EQ's achter elkaar. Neem dit op en luister het via een goede koptelefoon terug (let vooral op de zachte passages)! Je oren zullen de keuze voor je maken. Laat je niet leiden door alle gadgets die sommige mixers je bieden, de klank is even belangrijk (het belangrijkst?). Het is zeker aan te bevelen om een apparaat dat op 24-bits werkt te kopen als je budget dat toelaat. Trouwens: liever een analoge dan een digitale middenklasse mixer! De analoge klinkt in bijna alle gevallen beter.
Otto van den Toorn
The 16-bits Menace
Krijg je de laatste tijd ook het gevoel dat fabrikanten van muziekinstrumenten je liever iets meer 'bits' willen verkopen? Ze schermen met 20-, 24- en zelfs 32-bits audioresoluties alsof dat de hemel op aarde is. 16-bits was toch altijd zo perfect? Is 24-bits audio nu een noodzaak of proberen alle fabrikanten weer eens een nieuwe technologie aan de man te brengen?
Het is niet helemaal waar dat het alleen een hype is. Er zijn een aantal grote voordelen te vinden in de 24-bits audiotechnologie ten opzichte van de heersende 16-bits. En wat is dither eigenlijk? Bereid je maar voor op een gortdroog artikel... Maar als je je er toch doorheen slaat weet je wel wat voor onzin ze je af en toe proberen te verkopen. Of toch niet?
Bitresoluties
In de digitale audiowereld is het van oorsprong analoge (elektrische) signaal vertaald in een digitale vorm. Het omzetten hiervan gebeurt in de A/D (analoog naar digitaal)-converter. Dit digitale formaat wordt bepaald door twee ingrediënten: de bit-diepte (de resolutie of oplossend vermogen van de meting: 16- of 24-bits) en de samplingfrequentie (aantal metingen van de audiogolfvorm per seconde: meestal 44,1 of 48 kHz). Een bit is een binair (tweedelig) getal en kan in twee staten verkeren: 0 of 1 (aan of uit). Eén zo'n binair getal staat voor een bit. Dus 16 bits zijn er: .... 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2=65536 stapjes (twee tot de macht 16). Oef. De samplingfrequentie bepaalt hoeveel metingen van het analoge signaal er per seconde gemaakt worden. Stel je een audio-sinus van een seconde voor, waar door de A/D-converter 44.100 plakjes van worden gesneden.
Bij een hoge samplingfrequentie is het grijs gearceerde gedeelte en dus de meetfout kleiner.
Hoe lager de samplingfrequentie des te meer audio gemuteerd wordt opgeslagen. Elk plakje vertegenwoordigt een zeer klein stukje van de sinus. Als deze plakjes afgespeeld worden door een D/A-converter vormt dit weer een sinus. Het aantal samples uitgezet tegen de tijd (samplingfrequentie) is bijvoorbeeld 44.100. Beter is 48.000, met als topper 96.000. Dit is dus het aantal metingen dat per seconde wordt genomen maar zegt niets over de waarde (hoogte) van het plakje zelf. Deze informatie ligt opgeslagen in de bits. Hoe hoger de bit-resolutie hoe preciezer de opslag van het audio is. Wat nu als het audio precies tussen twee bit-waarden ligt? Dat wordt dan door de DSP (Digital Signal Processor) afgerond. Naar onder of naar boven maakt niet uit, het is altijd fout. Soms niet één keer maar in zeer slechte gevallen 44.100 keer per seconde. En dat kun je horen! Nadert de hoogte van het audio de 0dBfs (Decibel FullScale, de digitale schaal voor audiosignalen) dan zijn praktisch alle bits volledig in gebruik. Op een maximale waarde, bij zeer zachte audiopassages, zijn steeds minder bits voorhanden om de hoogte van het signaal aan te geven. Elke 6dB zachter dan de maximale 0dBfs is al een verlies van een bit. Zachte audiopassages die op -24dBfs liggen worden nog maar bemonsterd met 12-bits (bij een 16-bits-norm). Nog zachter en je gaat snel naar de 8-bits toe. Wel eens gehoord hoe dat klinkt? Zeer onaangenaam… Bij 8-bits heb je nog maar 256 stapjes om het audio op te slaan. Dat is niet veel. Eindjes van fade-outs en restjes galm zijn plekken waar je dat gaat horen. De bit-diepte moet dus zo hoog mogelijk zijn. Op 24-bits bijvoorbeeld. Er zijn nu in plaats van 65.536 stapjes (16-bits) in eens 16.777.216 stapjes (24-bits). Bij een zachte audiopassage op -48dB zijn er nog dan nog altijd 16-bits over om het audio weer te geven. De Bob Katz van het audio heeft het mij eens op de volgende manier uitgelegd: 'We gaan het audiosignaal eens benaderen als geld. Het digitale audio zien we nu niet als een binair getal maar uitgedrukt in een geldbedrag. Je audio heeft bijvoorbeeld de waarde ƒ 1,23 en de DSP-machine een resolutie van 2-bits. Tja het is een goedkoop mixertje... Nu draaien we het volume digitaal met 50% terug. Dit betekent dat er ƒ 0,615 overblijft (ƒ 1,23 gedeeld door twee) maar er is wel een decimaal achter de komma bijgekomen in het overgebleven bedrag. In de digitale audiotechniek betekent dit, dat de bit-diepte is toegenomen van 2- naar 3-bits. De DSP van de mixer maakt hier een afweging op basis van de beschikbare bits: onthouden of afronden? Negen van de tien keer is het afronden
24-bits
De voordelen: een reëlere weergave van het originele geluid, een beter stereobeeld (meer detail en preciezere plaatsing),het geluid klinkt warmer (24-bits behoudt de ambiance beter) en bewerkingen (EQ/galm) tasten het geluid minder aan. De nadelen: in de harddiskrecorder is meer ruimte nodig (ten opzichte van een 16-bits machine bijna twee keer zoveel) en de DSP's moeten veel meer werk verrichten (dit gaat meestal ten koste van het aantal audiosporen dat je tegelijkertijd kunt gebruiken). De hardware is meestal ook een stuk duurder.
Je mag hier afhaken want we duiken nog dieper de digi-jungle in.
Bewerkingen
Het belang van 24-bits tijdens het opnemen en weergeven van audio is groot, maar zonodig nog groter tijdens de bewerking van audio in bijvoorbeeld een harddiskrecorder of digitale mixer. Digitale mixers die intern op 16-bits werken raad ik al helemaal af. Bij elke bewerking (zoals EQ-en, mixen of het veranderen van het niveau) wordt er flink wat kwaliteit overboord gezet. Dit is hoofdzakelijk te wijten aan de correctie in de bit-diepte die na elke bewerking wordt uitgevoerd. Daar gaan de nuances in je audio! Een goede mixer zal deze afronding pas aan het einde van alle bewerkingen uitvoeren vlak voordat het audio de mixer verlaat. Een slechte mixer stapelt bit-dieptecorrectie op bit-dieptecorrectie met alle gevolgen van dien. Natuurlijk is een bewerking niet zo erg maar een paar EQ's en fades achter elkaar gaan snel ten koste van de natuurlijke ambiance, galm, warmte en stereospreiding van je audiosignaal. Vooral slechte digitale EQ's kunnen je klank koud en agressief doen worden. Een direct gevolg van slecht geschreven software in combinatie met beperkte hardware.
Goed luisteren
Dat een eenvoudige bewerking zoals het veranderen van volume ingrijpende gevolgen heeft voor de bit-diepte is duidelijk. Het simpel mixen van twee digitale 16-bits-signalen zorgt soms al voor een resultaat met een 24-bits-diepte. Maar aan het eind gaat dat digitale signaal toch weer naar 16-bits (DAT-recorder of CD-R). In het ergste geval laat de mixer of recorder gewoon de laatste (en laagste) acht bits weg. Toch is dit niet zo slecht als een mixer die alle bewerkingen intern op maar 16-bits uitvoert.
Het is de moeite waard daar informatie over in te winnen voordat je een nieuwe machine koopt. De input mag (misschien) 16-bits zijn zolang de interne bewerkingen maar op een hogere bit-diepte worden uitgevoerd. 24-bits machines zijn natuurlijk prima maar een 20-bits mixer geeft ook al een groot verschil ten opzichte van een 16-bits mixer. Wat je tijdens het inwinnen van informatie over 24-bits systemen duidelijk zal worden is dat echte kwaliteit nooit goedkoop is..... jammer genoeg. Mocht je nu een 16-bits mixer hebben die niet al te 'fris' klinkt nadat je de EQ's hebt ingeschakeld dan zijn er wel manieren om dat harde signaal weer wat aangenamer te maken, onder andere door het gebruik van buizen-EQ's of -compressors. Tijdens de opname kun je de klanken 'warmer' opnemen door middel van buizen-microfoons/EQ. Natuurlijk moet je de signalen ook niet te vaak converteren van digitaal naar analoog en omgekeerd. Dat is praktisch net zo erg als het audio 'kapot EQ-en'. Een goede test voor een digimixer of harddiskrecorder is een signaal dat je goed kent (CD of DAT) door de verschillende mixers beluisteren en flink spelen met de EQ, FX, enzovoort. Ga daarbij vooral niet te voorzichtig te werk en plak gerust een aantal EQ's achter elkaar. Neem dit op en luister het via een goede koptelefoon terug (let vooral op de zachte passages)! Je oren zullen de keuze voor je maken. Laat je niet leiden door alle gadgets die sommige mixers je bieden, de klank is even belangrijk (het belangrijkst?). Het is zeker aan te bevelen om een apparaat dat op 24-bits werkt te kopen als je budget dat toelaat. Trouwens: liever een analoge dan een digitale middenklasse mixer! De analoge klinkt in bijna alle gevallen beter.
Otto van den Toorn