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Digitaler Filmton


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Meine Skizzen mit den Abtastpunkten und den rekonstruierten, krummen Waveforms sind in der Tat nur für den Einstieg in die digitale Audiotechnik zu gebrauchen. Dafür waren sie auch gedacht. Ein kurzer überblick, was so grob passiert mit einem Signal.

Nach meinen Prüfungen mach ich dann noch die Fourierreihen der Signale um zu beweisen, dass hinten (nach dem Tiefpassfilter nach dem D/A Wandler) wieder das gleiche Signal (18kHz Sinus) raus kommt, wie vorne reingegeben wurde.

 

Ein analoges Filter kann, wie erwähnt, nicht vertretbar unendlich steil gebaut werden. Tiefpass erster Ordnung mit 6dB/Oct oder -20dB/Dec lässt sich sehr simpel bauen. Problematisch wird bei höheren Ordnungen der Phasengang, der schon weit unterhalb der Grenzfrequenz ordentlich verzogen wird. Ein übliches TP-Filter erster Ordnung hat einen sehr flach verlaufenden Phasengang. Bei Grenzfrequenz ist das gefilterte Signal um 45° Phasenverschoben, folglich um 3dB abgesenkt.

 

Kleines Beispiel eines Tiefpasses erster Ordnung bei 100Hz Grenzfrequenz:

 

Amplitudengang:

800px-TP100Hz_doppel_log.png

 

Dazugehöriger Phasengang:

800px-TP100Hz_Phase_log.png

 

Das Problem besteht nun aber darin, dass man bei 44.1kHz Samplingfrequenz die Amplitude des Signals über, sagen wir mal 18kHz, soweit runter bringen muss, dass bei 22.05kHz eine genügend starke Dämpfung da ist. Mit den üblicen LC-Tiefpassfiltern kommt man zwar irgendwann schon auf -85dB/4kHz, wären weit über -300dB/Oct. Das ist eigentlich nicht wirklich erreichbar mit vertretbarem Aufwand. Denn jede Spule, jeder Kondensator hat nichtideales Verhalten, nichtlineare Kennlinien, alles böse. Und alles rauscht irgendwann wie der Rheinfall...

Es gibt aber noch so nette Erfindungen wie Butterworth-Filter, Tschebyscheff-Filter, Bessel-Filter... Machen alle im Grundsatz das selbe. Alle haben eine Grenzfrequenz und alle können als Tiefpass geschaltet werden.

 

Amplitudengänge verschiedener Filter:

750px-Electronic_linear_filters.svg.png

 

Butterworth verhält sich ähnlich wie ein klassischer LC Tiefpass, ein mü steiler.

Man sieht, es gibt Filter die um die Grenzfrequenz (hier bei 0.5) extrem steil abfallen, z.B. ein Filter vom Typ Elliptic. Alles hat aber etwas...einen Haken! Ein LC Filter ist sehr neutral, hat ein gutes Amplitudenverhalten. Ist jedoch nicht wirklich steil (-6dB/Oct). Ein Cauer-Filter z.B. ist wirklich extrem extrem steil:

 

Cauer_response.png

 

-60dB Dämpfung zw. Grenzfrequenz und dem Doppelten der Grenzfrequenz, d.h. -60dB/Oct.

 

Hat aber unschöne Amplitundenverläufe vor der Grenzfrequenz und noch schlimmer wird es im Stopband über der Grenzfrequenz.

Grundsätzlich muss man sich zwischen zwei Filtertypen entscheiden: Steil vs. Flach

 

Man kann die Filter auch schön nach Vor- und Nachteilen einstufen:

 

Je flacher ein Filter ist, desto unproblematischer ist das Amplitudenverhalten. Das Signal wird folglich kontinuierlich mit zunehmender Frequenz mehr gedämpft. Man braucht aber einiges an "Auslauf", um eine grosse Dämpfung zu erreichen. Auch ist der Phasengang nicht besonders auffällig (siehe LC Filter).

 

Je steiler ein Filter, desto weniger "Auslauf" nach oben braucht man, um eine grosse Dämpfung zu erreichen. Der grosse Nachteil dieser Filter ist, dass man sich durch die extreme Steilheit Phasenverzerrungen, unschöne Amplitudenverläufe und um die Grenzfrequenz herum ordentliche Signalbeeinträchtigungen einhandelt.

 

Verschiebt man die durch das Sampling entstehende Grenzfrequenz von 22.05kHz bei 44.1kHz nach oben durch höhere Samplingraten, kann wieder ein normales LC Tiepfassfilter eingesetzt werden. Die Folge davon ist: Gutes Impulsverhalten, erheblich kleinere Phasenverzerrungen am oberen Ende des hörbaren Bereiches. Was will man mehr.

Da wir heute die Möglichkeiten haben, die grössere Datenmenge durch höhere Samplingraten zu speichern und auch zu übertragen, ist es grundsätzlich kein Problem mehr, Aufnahmen mit 192kHz Samplingrate und normalem LC Filter mit gut ausgewählten Bauteilen zu tätigen.

 

Was mir gerade noch einfällt...

Es gibt ja im Bitstream, der ab einer normalen Audio-CD kommt seit der Definition des Datenformates ein Flag, das im Player, wenn dies vorhanden ist, eine Deemphasis-Stufe einschaltet. Eine CD kann folglich mit einer Preemphasis aufgenommen werden (eine Höhenanhebung ganz simpel gesagt). Der Player erkennt dieses Flag und schaltet ein Filter zu. Dieses Feature hat man unter anderem auch zur Kompensation von Amplitudenverlusten durch Standartfilter einsetzen wollen. Mit Oversampling ist dieses Flag eigentlich nicht mehr benutzt worden. Die Studer CD Player konnten es jedoch immer und ich habe gerade meinen Studer Player aufgeschraubt und eine uralte CD abgespielt, auf der dieses Flag gesetzt ist. Elektroingenieure können sich irgendwie ab einem plötzlich vorhandenen Befehl in einem Gerät, ausgelöst durch eine uralte CD, höllisch erfreuen ^^

Primär wurde aber damit erreicht, dass der Wandler auch in leisen Passagen "immer etwas zu tun hat". Denn ein Wandler kann zwar einen Rauschabstand von 96dB haben, wenn das Signal aber leise ist, wird dieser Abstand natürlich immer kleiner. Bei 96dB unterhalb Vollaussteuerung ist dieser Abstand folglich gleich null ;)

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...

Hallo Stefan,

 

ich habe den langen Block wegen der lebarkeit des Threads zitiert, man möge es mir bitte nachsehen.

 

Die o.g. Daten sagen nichts über den Frequenzgang im Bereich über 18kHz aus. Es wird nur angegeben, daß der Frequenzgang im Bereich 30Hz bis 18kHz eine Abweichung von maximal -2dB hat.

 

Hier mal die Angaben von Telefunken zur M15a:

 

Frequenzgang 38cm/s, 0,75mm Trennspur, CCIR

 

30Hz bis 16kHz bei max. +-1,5dB

60Hz bis 16kHz bei max. +-1dB

Hallo Salvatore.

 

Das stimmt, meine Daten stammten aus dem Siemens Büchlein zu deren Vertriebsprodukt, sind aber ähnlich. Mein Ziel war es, zu zeigen, daß die Technik zur Hochzeit analoger Aufnahme (1985 - 90) eben auch endliche Grenzwerte hatte.

 

Bei einer M15 habe ich noch nicht nachgemessen, aber selbst eine B77 kann bei 19cm/s noch 25khz aufzeichnen. Bei ca. 28kHz begrenzen dann die Verstärker der Maschine.

 

Ich hab da bisher auch nicht mehr, als die Einmessung gemäß Handbuch vorgenommen, doch ich bezweifele, daß der Frequenzgang viel höher geht. Grenze bei der M15 a dürfte durch die OPAMP erster Generation und die Symmetrierübertrager an Eingang und Ausgang der Verstärker gegeben sein.

Auch bei Studer bin ich mir nicht sicher, ob der Wiedergabeverstärker mit seinem Symmetrierübertrager viel mehr, als 20 kHz kann:

DSC00107.sized.jpg

 

Nein, schweizer Uhrwerke sind die Studer Maschinen, Telefunken sind sehr zuverlässige Traktoren.

Bei einer M15 beträgt die Pegelabweichung durch unterschiedlich starken Bandzug zwichen Anfang und Ende eines Bandes 0,2dB, weshalb die BASF mit Suder gemessen hat.

Kann man vielleicht so sehen, doch meine TFK M21 und Studer A816 sind irgendwie nicht so weit voneinander entfernt, was deren Konzept angeht. Das führt hier jedoch zuweit weg vom eigentlichen Problem. Beide Fabrikate, wie auch ihre US Pendante, spielen in einer ganz anderen Liga, als Filmwiedergabegeräte für dicken Acetatfilm.

Und da stimmen wir ja überein.

 

Kaum ein Erwachsener Mensch hört mehr, als 16 kHz, jüngere eventuell 20 kHz. Erweitert man den Frequenzbereich über die 20 kHz hinaus, so ergibt sich daraus sogar keine Verbesserung! An jedem nichtlinearen Glied der Kette, besonders sind dieses die Lautsprecher käme es zu Bildung von Differenzfrequenzen mit dem Oberton und dem Nutzsignal. Die Modulationsprodukte würden das Hörempfinden erheblich stören.

Dann taugen die Wiedergabegeräte nichts!

Auch ist Deine Betrachtung zu kurz, da Du die notwendige Filterung des Signals nicht beachtest.

Auch ein digitaler TP-Filter ist nicht frei von Fehlern (z.B. pre ringing) und arbeitet bei einer Abtastrate von 44,1kHz sehr nah am Hörbereich.

Gerade Lautsprecheranlagen sind das Problem, da diese strahlungsmäßig unangepaßt an die Luft halt nur einen kleinen linearen Nutzbereich haben. Die Elektronik ist heute kein Problem mehr. Worauf ich hinaus wollte, war, daß eine wesentliche Erweiterung über den Hörbereich hinaus in einigen Fällen nicht nur positive Seiten zeigt, sondern durchaus nachteilig sein kann.

Tiefpaßfilterung ist ein Problem, und das erfordert eben entsprechende Wandlerkonzepte, die aber ins Geld gehen, und somit für Billiggeräte entfallen.

 

Was spricht nun gegen korrekt ausgeführte Digitaltechnik?

Gar nichts!

Dann stimmen wir überein.

 

 

Drei Lernfragen (am frühen Sonnabend vor dem Frühstück):

 

1. Nehmen wir mal an, wir hätten ein abzutastendes Sinus-Signal mit der Hälfte der Abtastfrequenz (sagen wir 22 kHz). Der Abtastzeitpunkt fällt jeweils auf Signalspitze.

Du siehst bei Deiner Betrachtung den notwendigen TP-Filter vor und nach der Wandlung nicht. Vergiss mal die Zeichnungen mit den Abtastpunkten, sowas ist nur gut für den ersten Einstieg in digitale Audiotechnik.

 

2. Immer noch das gleiche Beispiel wie vorangehend: Woher weiß der D/A-Wandler, dass die abgetastete Ausgangsfrequenz ein Sinus war - und kein Sägezahn?

Der D/A-Wandler weiß gar nichts! Der erzeugt die Spannungen wie beauftragt und nach dem TP-Filter hast Du Deinen Sinus. Alle anderen Signalformen sind eine Mischung von verschiedenen Sinusschwingungen.

 

Die Tiefpaßfilter sind wichtig. Ohne jetzt mit FFT Analyze zu kommen, ein Sägezahn, ein Rechteck usw ist ein Sinus mit Oberwellenspektrum. Schneide ich diese Oberwellen weg, bleibt unabhängig von der Eingangssignalform nur ein Sinus übrig. Somit gibt der Konverter das wieder, was er zuvor gesehen hat: Eine Sinusform mit 22 kHz.

3. Was ist, wenn das analoge Ausgangssignal überlagert ist mit Frequenzanteilen, die höher sind als die hälftige Abtastfrequenz? Da das System aus A/D- und D/A-Wandler damit nichts anfangen kann, wird es doch zwanghaft anfangen, Frequenzen oberhalb der hälftigen Grenzfrequenz (also den 22 kHz) zu "übersetzen" in den Frequenzbereich unterhalb der hälftigen Grenzfrequenz (den allein das System kennt).

Nicht zwanghaft, da keine Inteligenz hinter dem Vorgang steht. Es entsteht, wie Du richtig erkannt hast, Aliasing.

Genau, und hier ist wieder der Entwickler gefordert, passende Gegenmaßnahmen zu treffen.

Folgt daraus, dass man deshalb auf der analogen Seite - vor Abtastung - Filter mit hoher Flankensteilheit einsetzen muss, um den A/D-Wandler vor Frequenzen zu bewahren, die höher sind als die hälftige Grenzfrequenz?

Ja!

 

Und heißt das in der Folge auch, dass man Signalquellen, die sehr hochfrequente Rauschanteile aufweisen (wie Magnetbänder), besonders heftig filtern muss? (Wenn dem so ist, würde ich ja sinngemäß langsam anfangen zu begreifen, was das Problem der Digitalisierung früher Magnetton-Filme ist.)

Nein, man muß immer Filtern, da sich Aliasing-Fehler grausam anhören.

Steile analoge Filter sind aber problematisch.Bei der Speicherung mit 44,1kHz kann man aber mit 88,2kHz die A/D-Wandlung durchführen, dann digital auf 20kHz filtern und die Abtastrate auf 44,1kHz umrechen. Das nennt sich Oversampling.

 

Du kannst aber auch die Abtastrate auf 96kHz erhöhen und brauchst dann nur noch einen analogen Filter weitab vom Hörbereich. Der analoge Filter muß in diesem Fall auch nicht so steil sein, da Du z.B. ab 40kHz mit dem Filter beginnst und erst bei ca. 45kHz die volle Filterwirkung nötig ist.

 

 

Gruß

 

Salvatore

Die Probleme mit realen Filtern zu erklären, ist hier in diesem Zusammenhang wohl etwas problematisch, da sie das Verständnis vieler Leser für die mathematischen Zusammenhänge übersteigt. Und beginnt mein Problem bei der Darstellung, wie weit ich gehren kann und sollte.

 

Eigentlich wollte ich nur herausstellen, daß analoge Magnetophone, wozu ich auch Studio Magnetfilmmaschinen zähle, eine viel bessere Güte hatten, als Kinomagnettongeräte mit deren Konstruktionen aus der Zeit um 1938 - 1958.

Und das gegen richtig und mit hochwertigen Anlagen heute digitale Wiedergabe der analogen in vielen Punkten Wiedergabe überlegen ist.

Und, es bedarf weiterhin der "Meisterschaft", das mögliche eines Formates auszunutzen. Wovon wir weit entfernt sind.

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Ich hab da bisher auch nicht mehr, als die Einmessung gemäß Handbuch vorgenommen, doch ich bezweifele, daß der Frequenzgang viel höher geht. Grenze bei der M15 a dürfte durch die OPAMP erster Generation und die Symmetrierübertrager an Eingang und Ausgang der Verstärker gegeben sein.

Auch bei Studer bin ich mir nicht sicher, ob der Wiedergabeverstärker mit seinem Symmetrierübertrager viel mehr, als 20 kHz kann:

Die älteren Telefunken wurden nach ARD-Pflichtenheft gebaut und da war ein Abfall ab ca. 17kHz gewünscht. Irgendwann hat man das dann nicht mehr so gebaut.

Es sind auch nur die Verstärker und nicht die Spaltbreite der Köpfe, sonst wäre bei 19cm/s nur ein Frequenzgang bis ca. 9kHz möglich.

Wenn ich Zeit habe messe ich bei einer Studer mal nach.

 

Nein, schweizer Uhrwerke sind die Studer Maschinen, Telefunken sind sehr zuverlässige Traktoren.

Bei einer M15 beträgt die Pegelabweichung durch unterschiedlich starken Bandzug zwichen Anfang und Ende eines Bandes 0,2dB, weshalb die BASF mit Suder gemessen hat.

Kann man vielleicht so sehen, doch meine TFK M21 und Studer A816 sind irgendwie nicht so weit voneinander entfernt, was deren Konzept angeht.

Bei der M20 und M21 hast Du Recht, es sind aber die letzten Maschinen von Telefunken und kamen erst im Digitalzeitalter auf den Markt. Der Rundfunk mochte sie nicht und die anderen arbeiteten schon digital.

Eine Vergleich zwischen Telefunken M15a und Studer A80 wäre IMHO passender.

 

Eigentlich wollte ich nur herausstellen, daß analoge Magnetophone, wozu ich auch Studio Magnetfilmmaschinen zähle, eine viel bessere Güte hatten, als Kinomagnettongeräte mit deren Konstruktionen aus der Zeit um 1938 - 1958.

Und das gegen richtig und mit hochwertigen Anlagen heute digitale Wiedergabe der analogen in vielen Punkten Wiedergabe überlegen ist.

Und, es bedarf weiterhin der "Meisterschaft", das mögliche eines Formates auszunutzen. Wovon wir weit entfernt sind.

Hier meine volle Zustimmung!

 

 

Gruß

 

Salvatore

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Eine 20kHz Diskussion im Filmtonbereich ist ein Nullsummenspiel.

 

Wieso erfährt man überhauptkeine Kennzahlen über den 70mm Magnetton den es jahrzehntelang (!) gab? Nichteinmal über die maximal möglichen technischen Daten bekommt man offenbar irgendwo Auskunft.

 

 

Nein, schweizer Uhrwerke sind die Studer Maschinen, Telefunken sind sehr zuverlässige Traktoren.

 

 

Studer ist Rolls Royce, Telefunken Mercedes, daher wurde Studer vor allem von den größeren Filmproduzenten wie Lucasfilm (jahrelang A810 stereo, A820 mehrkanal, Ampex 456 usw.) eingesetzt.

 

STUDER A807 bei 15ips: linealglatt bis über 20kHz

 

Mit/ohne Expander? Und im Baß? Linear bis 20Hz oder eher 2dB mehr bei 50-60Hz und -2 dB bei 30Hz?

 

mfG

Christian

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  • 9 months later...

 

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tut mir leid, dass ich diesen alten Thread wieder hoch hole, aber mich würde gerne interessieren, um welches Tonformat es sich im 3. Bild handelte.

 

Bild 1, ist klar, DOSCAR, steht ja drauf

Bild 2 auch, DTS.

Aber was ist Bild 3??

 

Danke für die Antwort

Chris

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Aber was ist Bild 3??

 

Danke für die Antwort

Chris

Ist ein Clip aus Emir Kustoricas ARIZONA DREAM mit Jerry Lewis, Faye Dunaway und Johnny Depp. Berlinale-Kopie von 1993 aus dem ZOO PALAST!

(28 Jahre her - wie die Zeit verrinnt. Falls Du mal in die Stadt kommst, kann ich den Clip noch mal einscannen). :D

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Ist ein Clip aus Emir Kustoricas ARIZONA DREAM mit Jerry Lewis, Faye Dunaway und Johnny Depp. Berlinale-Kopie von 1993 aus dem ZOO PALAST!

(28 Jahre her - wie die Zeit verrinnt. Falls Du mal in die Stadt kommst, kann ich den Clip noch mal einscannen). :D

 

Grins - ganz so lange her ist es dann doch noch nicht :-)

 

Hab Chris schon eingeladen für den Sommer, hoffentlich klappt's auch mal.

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  • 6 years later...
Am ‎28‎.‎07‎.‎2010 um 04:45 schrieb cinerama:

Wir werden hier ebenfalls Magnettonkopien sichern (Beschluss vom Vorjahr), und zwar 2-gleisig: voll-analog (wobei derzeit ein ehemaliges Tascam 8-Spur-Gerät aus der Studiotechnik zur Verfügung steht - vielleicht gibt es Besseres) und aufgrund unseres Misstrauen gegenüber der Digitalisierung selbst bei höchster Quantisierung. Und andererseits als Digitalisat: Umspielung noch unklar.

Wie sichert ihr bildsynchron Ton auf Tascam 8-Spur ?

Wie sync zwische fs und Projektor ?

Welche Titel wurden gesichert ?

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  • 4 months later...

Bei Studio-Multitrackmaschinen ist es vorgesehen, diese mit anderen Geräten zu synchronisieren. Wenn man nur 6 Spuren benötigt, kann man eine Spur Abstand lassen und auf Spur 8 den Timecode legen. Da Geschwindigkeitsschwankungen beim Ton stärker auffallen, müsste das Tonwiedergabegerät Master und der Projektor Slave sein.

Im Grunde genommen ist es ein analoges DTS und man könnte doch das DTS Signal nehmen, wenn es denn auf dem Film ist.

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  • 2 weeks later...

Analog sind die DTRS Recorder auch nicht, sondern nur das Trägermedium war es. Im Gegensatz zu DTS  wurde bei diesem System nicht komprimiert.

https://de.wikipedia.org/wiki/Digital_Tape_Recording_System

 

Dazu ist beim DTS Verfahren nur der Timecode auf dem Filmmaterial, der Ton ist ja auf der CD/DVD oder sonstigem Datenträger.

Das dieser TC dem Master-Timecode des DA88 Masters entspricht halte ich für sehr unwahrscheinlich, da das viel zu kompliziert für den Studiobetrieb war.

Der 35mm Filme wurde wahrscheinlich einfach auf ein Startframe eingelegt und das war es dann.

 

Vielleicht kann hier jemand aus der Postproduktion etwas dazu sagen.

Edited by Valentino (see edit history)
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12 hours ago, Valentino said:

Analog sind die DTRS Recorder auch nicht, sondern nur das Trägermedium war es. Im Gegensatz zu DTS  wurde bei diesem System nicht komprimiert.

https://de.wikipedia.org/wiki/Digital_Tape_Recording_System

 

Dazu ist beim DTS Verfahren nur der Timecode auf dem Filmmaterial, der Ton ist ja auf der CD/DVD oder sonstigem Datenträger.

Das dieser TC dem Master-Timecode des DA88 Masters entspricht halte ich für sehr unwahrscheinlich, da das viel zu kompliziert für den Studiobetrieb war.

Der 35mm Filme wurde wahrscheinlich einfach auf ein Startframe eingelegt und das war es dann.

 

Vielleicht kann hier jemand aus der Postproduktion etwas dazu sagen.

 

Hallo,

 

wir haben bei uns zT direkt auf DTRS gemischt. Die Kassette muss dafür schon mit TC bespielt sein.

TC kam dann aus dem StudioSync und auch der Takt für den Projektor.

Bild wie von dir schon gesagt auf das Startframe. 

Unschön sind halt die langen Lock-Zeiten der DTRS-Recorder.

 

Für reine Umsiedlungen reicht aber auch Projektor mit Taktgeber -> TC-Generator -> DTRS-Recoder.

 

Ansonsten würde ich nicht eine Überspielung auf DRTS machen.

Recorder gibt es zwar für 'nen Apple und 'nen Ei wie Sand am Meer, aber das Format ist alt und wird nicht mehr Unterstützt.

Würde da eher auf ProTools gehen. Das ist ja mittlerweile Standart beim Filmton.

 

 

 

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