Audio Qualität

MusicScope
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ANLEITUNG
KAPI T E L 1
Einleitung
Wir lieben Musik und das Erlebnis der besten Musikwiedergabe.
Unser Hören hilft uns primär dabei die Qualität der
musikalischen Darbietung wahrzunehmen.
Eine Visualisierung der Musik ermöglicht die Wahrnehmung
über einen weiteren Sinn.
Wir sind fest davon überzeugt, dass unse-
Wir glauben, dass es uns mit dem
re Ohren und somit unsere akustische
MusicScope gelungen ist eine einfach zu
Wahrnehmung die beste Möglichkeit dar-
nutzende Software zu entwickeln, die es
stellt die Qualität der Musikwiedergabe
nach einer kurzen Eingewöhnungszeit je-
eines HiFi Systems einzuschätzen.
dem Musikliebhaber ermöglicht, alle
messbaren Qualitätsparameter eines Mu-
In unserem täglichen Umgang mit den
sikstücks zu visualisieren.
unterschiedlichsten Musikformaten ist
jedoch der Wunsch aufgekommen, die
Im Vergleich zu verfügbaren, sicherlich
Musik und ihre Eigenschaften zu visuali-
sehr guten „Digital Audio Workstations“
sieren, so das uns ein weiterer Sinn da-
und deren „Audio Monitoring Plug-Ins“,
bei hilft die Musik als Ganzes wahrzuneh-
ist das MusicScope eine vollständig auf
men.
die Visualisierung ausgerichtete Lösung,
die kein umfangreiches Expertenwissen
Es entstand die Idee ein Audio-Mikro-
voraussetzt und die Interpretation der
skop für Musikaufnahmen zu entwi-
Ergebnisse stark vereinfacht.
ckeln, dass es dem Musikhörer ermöglicht die selbe Sicht zu erlangen, die dem
Natürlich wurden alle Audio-Standards
Toningenieur bei der Aufnahme der Mu-
(z.B. EBU R128) implementiert um eine
sik im Studio zur Verfügung steht.
vollständige Vergleichbarkeit mit etablierter Studiosoftware zu garantieren.
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Aus unserer Sicht spielt die Qualität der
einem verlustfreien Audio-Codec kompri-
Musikaufnahme die größte Rolle in der
miert (z.B. FLAC, ALAC, etc.) um sicher-
gesamten HiFi-Kette.
zustellen, dass keine Artefakte, verur-
Wenn wir die Einflussfaktoren und Kom-
sacht durch verlustbehaftet Komprimie-
ponenten nach ihrem Effekt auf die Mu-
rung (z.B. AAC, MP3, etc.), die Qualität
sikwiedergabe sortieren müssten, wür-
beeinträchtigen.
den wir sicherlich die folgende Liste er-
Sogenanntes „Up-Sampled“ Material,
halten:
das aus einer Standard CD-Quelle mit
entsprechender Software so bearbeitet
1. Musikaufnahme
wurde, dass eine gefälschte hochauflösen-
2. Wiedergaberaum
de Audiodatei entsteht kann das Mu-
3. Lautsprecher
sicScope in Sekunden entlarven, falls
4. Vorverstärker / Verstärker
dies nicht bereits unsere Ohren getan ha-
5. Digital-Analog-Wandler
ben.
6. Abspielgerät (CD, Computer)
Nachfolgend möchten wir auf die Anwen-
Audio Qualität
dungsfälle näher eingehen, für die das
Sehr viele Faktoren bestimmen die Quali-
MusicScope entwickelt wurde.
tät einer Aufnahme. In den letzten Jahren hat sich leider ein Trend zur schnellen und lauten Produktion etabliert.
High Resolution Audio
Seit einiger Zeit besteht die Möglichkeit
a.) Loudness War
hochauflösende Musik bei verschiede-
Die sogenannte „Lautheit“ der Musik
nen Anbietern zu erwerben.
wird mit Hilfe von Kompressoren und Li-
Hierbei wird vorausgesetzt, dass eine
mitern maximiert, da die Produzenten
hochauflösende Audiodatei, im Ver-
davon überzeugt sind, dass laut klingen-
gleich zum CD-Format mit 16Bit / 44.1
de Musik besser ankommt. Genau das
kHz, mindestens eine Auflösung von 24
Gegenteil ist der Fall, da extrem kompri-
Bit im Zusammenspiel mit einer höhe-
mierte Musik sehr anstrengend zu hören
ren Abtastfrequenz von 88.1 - 384 kHz
ist und keinerlei interessante Dynamik
nutzt.
mehr beinhaltet.
Darüber hinaus werden die Dateien mit
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Das „MusicScope“ erfasst verschiedene
Periodische Signale:
Parameter um die „Loudness“ eines Mu-
Hierunter fallen zum Beispiel sinusförmi-
sikstücks zu visualisieren:
ge Einstrahlungen, die im Spektrogramm des MusicScope sofort sichtbar
Crest Factor:
werden.
Dieser Messwert ermöglicht eine Aussage über die Kurzzeitdynamik. Stark kom-
Stereo-Abbildung:
primierte Musik zeigt hier Werte kleiner
Starke Phasenverschiebungen zwischen
3 dB.
dem linken und rechten Kanal sind zwar
effektvoll jedoch, wenn ungewollt, sehr
Loudness:
störend bei dem Versuch eine vernünfti-
Die Messung der Loudness wurde in den
ge Stereoabbildung zu erzielen.
letzten Jahren von der ITU (Internatio-
Das MusicScope bietet mit dem Stereo-
nal Telecommunication Union) und EBU
Meter die Möglichkeit alle Einflussfakto-
(European Broadcast Union) vorangetrie-
ren zu visualisieren.
ben.
Das „MusicScope“ erfasst alle standardi-
DSD-Aufnahmen:
sierten Loudness-Werte um eine genaue
Speziell die Aufnahme von „Direct
Aussage über die Aufnahme treffen zu
Stream Digital“ erfordert hohe Sorgfalt.
können.
Die Aussteuerung sollte immer unter 3
dB SACD (0 dBfs) liegen, um die maxi-
male Tonqualität zu erzielen.
b.) Aufnahme-Fehler
Aufgrund des hohen Zeitdrucks geschieht es leider, dass Aufnahmen Fehler
enthalten, die dazu führen, dass der Musikgenuss leidet.
Intersample Peaks:
Wenn während einer digitalen Aufnahme nicht korrekt ausgesteuert wird,
führt dies bei der Digital-Analog-Wandlung zu starken Verzerrungen.
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KAPI T E L 2
Funktionen
In diesem Kapitel möchten wir alle Funktionen des
„MusicScope“ im Detail vorstellen.
Die aktuelle Version des „MusicScope“
ist, kann diese einfach durch einen Klick
ist Windows und Mac OS X kompatibel.
auf „Analyze“ gestartet werden.
Es ist jederzeit möglich zwischen „Play“
Es werden wichtige
und „Analyze“ zu wechseln, um bestimm-
Audioformate (WAV,
te Teile der Aufnahme schneller zu analy-
AIFF, FLAC, ALAC,
sieren oder zur Kontrolle anzuhören.
DSF, DFF und MP3)
von 1 Bit bis 24 Bit
Eine Playlist ermöglicht das Abspielen
mit Abtastfrequenzen
und Analysieren von selektierten Audio-
von 44.1 - 384 kHz so-
dateien.
wie DSD64 und
DSD128 unterstützt.
Die Kontrollelemente
sind denkbar einfach
in ihrer Handhabung.
Audio-Dateien können entweder per
„Load“ oder via Drag & Drop in das Die Playlist wird automatisch geöffnet,
MusicScope geladen werden. Ein Klick
wenn mehrere Dateien über den Load-Di-
auf „Play“ startet die Wiedergabe mit lau-
alog oder via „Drag & Drop“ zugleich ge-
fender Analyse.
laden werden. Darüber hinaus öffnet ein
Falls eine schnelle Analyse gewünscht
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Klick auf das „Track Namen Feld“ jeder-
Alle angezeigten Werte sind durchge-
zeit die Playlist.
hend mit einer bestimmten Farbe markiert.
ACHTUNG: Die Audiowiedergabe besitzt keinen Lautstärkeregler!
Die Messungen erfolgen in Dezibel [dB].
Dies ermöglicht auf MAC OS X eine Bit-
Auf diese Weise können große Lautstär-
Transparente Audioausgabe, jedoch
keunterschiede grafisch dargestellt wer-
muss die Lautstärke am externen Vers-
den.
tärker oder im Betriebssystem eingestellt
True Peak Level:
werden.
Ein „True Peak Meter“ erfasst sogenann-
Die Audioausgabe unterstützt die Wie-
te „Intersample Peaks“, die bei der Digi-
dergabe von bis zu 24 Bit / 384 kHz Ma-
tal-Analogwandlung Übersteuerungen
terial.
von bis zu +3 dB verursachen können.
Die aktuellen Peak-Werte werden durch
Direct Stream Digital (DSD) Formate
grüne Balken angezeigt. Fallende Peak-
werden in PCM gewandelt. Auf diese
Striche helfen dabei erreichte Spitzen-
Weise wird kein DSD fähiger DAC für
werte besser einzuschätzen. Der absolute
die Audiowiedergabe benötigt. Peak-Wert (TPL) wird wiederum durch
Striche und Zahlenwerte repräsentiert.
Levels:
Der TPL-Wert ist grün solange dieser un-
Die Pegelanzeige ist eine der wichtigsten
ter 0 dB bleibt. Verursachen „In-
Analysewerkzeuge.
tersample Peaks“ ein Überschreiten der
0 dB Schwelle wird der Wert rot markiert.
Extrem ausgesteuerte DSD-Aufnahmen
sind an einem TPL über 0 dB zu erkennen und erzeugen entsprechende Verzerrungen.
Der RMS (Root Mean Square) Messwert
war bis zur Einführung der „Loudness“
ein Maß für die wahrgenommene Lautstärke. Das Level-Meter zeigt den 400ms
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RMS Mittelwert als hellgrüne Striche in
Dynamik der Musik.
den Peak-Balken an.
Popaufnahmen haben im allgemeinen einen LRA kleiner 4 dB, während Klassik-
Der CREST-Faktor hilft dabei den Grad
aufnahmen über 20 dB erreichen kön-
der Kompression der Musik zu bestim-
nen.
men. Am Ende einer Analyse wird der
Maximal- und Minimal-Wert angezeigt.
Mit Hilfe des Loudness-Histogramms
Besonders stark komprimierte und als
kann, ähnlich dem Histogramm eines Fo-
laut empfundene Musik kann CREST-
tos, die Häufigkeit der vorkommenden
Werte um 4 dB erreichen. Gute Studio-
Loudness-Werte abgelesen werden. Ein
Master sollten einen CREST größer 8 dB
breites Histogramm hängt direkt mit ei-
zeigen. Um die gleiche Skala zu nutzen
nem größeren LRA und somit dynami-
ist der 400ms CREST Mittelwert mit ei-
scherer Musik zusammen.
nem hellblauen Balken zwischen 0 dB
Durch Klick auf M-Mode oder S-Mode
und -x dB dargestellt.
kann zwischen den verschiedenen Modi
umgeschaltet werden. Im S-Mode wird
der LRA-Wert eingezeichnet.
Loudness (LU):
Das MusicScope erfasst alle nach EBU R
128 und ITU-R BS-1770 definierten
Loudness-Werte.
Dabei erfolgt eine Mittelwertbildung:
M = Momentary = 400 ms (blau)
S = Short Term = 3 s (orange)
I = Integrated = Gesamte Musikaufnahme (weiß)
Für die M- und S-Loudness werden die
jeweiligen Maximalwerte grafisch und
numerisch angezeigt.
Der Lautheits-Umfang (Loudness Range
/ LRA) ist ein Maß für die empfundenen
Lautstärkeschwankungen und somit der
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History:
schätzung der Signalverteilung zwischen
Das Kreisdiagram zeigt die Entwicklung
dem rechten und linken Lautsprecher.
der Peak-Werte (grün) und der S-Loud-
Eine senkrechte grüne Linie ist ein
ness (orange) über die gesamte Mu-
gleichphasiges Mono-Signal, dass genau
sikaufnahme.
in der Mitte zwischen den Lautsprechern
zu hören ist. Eine waagerechte Linie repräsentiert ein gegenphasiges Signal, welches z.B. bei einer Mono-Wiedergabe
ausgelöscht würde.
Unter dem „Vector Scope“ befindet sich
ein Balance-Indikator. Dieser hilft dabei
zu bestimmen wo sich das aktuelle Signal zur Zeit in der Stereo-Ebene befindet
und wie groß die Stereobreite ist.
Die unterste
Anzeige ist
ein sogenann-
Rot markierte Spitzenwerte sind „Inter-
tes Stereo-
Sample Peaks“. Treten diese häufig auf
Korrelations-
ist damit zu rechnen, dass die Verzerrun-
Meter. Die-
gen gut hörbar werden.
ses wird ge-
Die Anzahl der „Intersample Peaks“ wird
nutzt um die
im Text-Report getrennt nach rechten
Mono-Kom-
und linken Kanal ausgegeben (siehe Re-
patibilität zu
port).
bestimmen.
Werte im grünen Bereich sind auch bei
Stereo-Meter
einer Mono-Wiedergabe gut hörbar.
Die verschiedenen Stereo-Anzeigen hel-
Auch für eine Stereowiedergabe sollte
fen dabei die räumliche Abbildung der
sich die Anzeige im grünen Bereich befin-
Musikaufnahme näher zu analysieren.
den, um eine gute Ortbarkeit der Instru-
Der obere Teil der Anzeige ist ein „Vec-
mente zu gewährleisten.
tor Scope“. Dieses ermöglicht die Ein7
Lineares Frequenz-Spektrum
zu dieser Frequenz maximal gemessene
Die Frequenzanteile der Musik werden
Amplitude als auch die Amplitude der
in einem Spektrum dargestellt. Entgegen
Mausposition in Dezibel.
der Standard-Darstellung auf einer log-
Das Spektrogramm ist eine Darstellung
arithmischen Frequenzskala nutzt das
des Spektrums über die Zeit. Ein intensi-
MusicScope eine lineare Skala. Dies
veres Grün (oder Farbdarstellung) reprä-
kommt dem Anwendungsfall einer Analy-
sentiert eine höhere Amplitude. Die Dar-
se der höheren Frequenzanteile entge-
stellung kann durch Klick auf „MAX“ zwi-
gen. Darüber hinaus hat das Spektrum
schen Maximal- und Durchschnittswert
eine Auflösung von ca. 100Hz über den
umgeschaltet werden.
gesamten Frequenzbereich.
Das Spektrogramm ermöglicht das Auf-
Die dB-Skala und somit die Auflösung
spüren von periodischen Signalen (verti-
läßt sich durch vertikales „Mouse Drag-
kale Linien) und die Bestimmung der
ging“ einstellen.
höchsten Frequenzen von Musikanteilen. Dies ist interessant bei der Analyse
Zur Messung an bestimmten Stellen
von hochauflösenden Audio-Dateien.
kann der Mauszeiger genutzt werden.
Auch hier ist eine Messung in dB via
Angezeigt wird die Frequenz sowie die
Mauszeiger jederzeit möglich.
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Analyse-Ergebnis und Report
Beispiel des Text-Berichts:
Am Ende einer Analyse bleiben die relevanten Werte im Display stehen.
Auf diese Weise kann das Ergebnis sehr
einfach abgelesen werden.
Die Fortschrittsanzeige verwandelt sich
in eine „Report“-Schaltfläche.
Durch einen Klick auf „Report“ öffnet
sich ein Speicher-Dialog, der das Exportieren des Berichts im .png und .txt Format ermöglicht. Es werden immer beide
Dateien gespeichert.
Beispiel eines grafischen Berichts:
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KAPI T E L 3
Anwendung
Nachfolgend demonstrieren wir anhand von Anwendungsfällen
den Einsatz des MusicScope.
Fall 1 - Hochauflösende Musikaufnahme
Ein Blick auf das Spektrum und das
Wir möchten eine Hochauflösende Mu-
Spektrogramm entlarvt die Aufnahme
sikaufnahme analysieren, die laut For-
und zeigt anhand der Musikanteile, die
matanzeige mit 24 Bit / 88.2 kHz aufge-
bis maximal 21 kHz gehen, dass dies ur-
nommen wurde.
sprünglich eine Aufnahme mit 44.1 kHz
Abtastfrequenz war.
Darüber hinaus lässt sich
an dem gleichmäßig hellen
Spektrogramm erkennen
und mit dem Mauszeiger
messen, dass sich dort keine Werte unter -100 dB befinden. Dies deutet darauf
hin, das die Originalaufnahme mit 16 Bit Auflösung erfolgt ist.
Es lässt sich also eindeutig
sagen, dass wir hier eine
gefälschte hochauflösende
Audioaufnahme vorliegen
haben.
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Fall 2 - Aufnahmefehler
a.) Intersample Peaks
b.) Periodische Störsignale
Die zahlreichen vertikalen
Linien im Spektrogramm
(siehe unten) und Spitzen im
Die Aufnahme zeigt zahlreiche „Inter
Sample Peaks“ (siehe Histogramm Spektrum zeigen deutlich periodische
oben) die zu einer Übersteuerung von na-
Störung auf mehreren Frequenzen. Bei
hezu +3 dB geführt haben (siehe TPL).
der Aufnahme handelt es sich um eine
Es ist leicht vorstellbar, dass die Verzer-
Digitalisierung (24 Bit / 192 kHz) von ei-
rungen gut hörbar werden.
nem Master-Tonband.
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Fall 3 - Direct Stream Digital (DSD 64)
Das nachfolgende Beispiel zeigt eine
DSD64 (1 Bit / 2.8224 MHz) Aufnahme.
Das MusicScope ist in der Lage diese Aufnahmen zu analysieren und auch abzuspielen. Für die Wiedergabe wird der
DSD-Datenstrom in einen PCM-Stream
mit 24 Bit / 176.4 kHz umgewandelt. Auf
diese Weise wird kein DSD fähiger Digital Analog Wandler für das Audio-Monitoring benötigt.
Die Analyse (siehe oben) zeigt, dass die
DSD64 Datei Musikanteile bis ca. 35
kHz beinhaltet, die dann in das Quantisierungsrauschen übergehen. Aufgrund
des 1 Bit Digitalisierungsverfahrens
steigt systembedingt das Rauschen ab einer bestimmten Frequenz stark an.
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Fall 4 - Direct Stream Digital (DSD 128)
Das Beispiel zeigt eine DSD128 (1 Bit /
5.6448 MHz) Aufnahme.
Die höhere Abtastfrequenz sorgt dafür,
dass das Quantisierungsrauschen erst
später ansteigt.
Im Spektrogramm sind Musikanteile
noch bis 48 kHz gut zu erkennen, bevor
diese in das Quantisierungsrauschen übergehen.
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