Sample Rate Conversion: So geht’s

In unserem heutigen Mastering Tutorial geht es um den kleinen Unterschied mit großem Effekt: Die Sample Rate Conversion, also das Ändern der Sampling Rate ist nicht nur ein einfacher Rechenvorgang – er hat auch einen hörbaren Effekt auf das Audiosignal. Welcher das ist, erfährst Du in diesem Mastering Tutorial von Friedemann Tischmeyer.

Sample Rate Conversion: Mastering Tutorial

Über kurz oder lang wird jeder Tonschaffende, ganz gleich ob beim Mixing oder im Mastering, mit Audiomaterial umgehen müssen, dessen Samplerate konvertiert werden muss. Allerdings kann solch ein Umwandlungs-Prozess einen teils erheblichen Einfluss auf die Klangqualität nehmen. Im Artikel beleuchten wir das Für und Wider der Sample Rate Conversion.

Ein gewissenhafter Mastering-Ingenieur unterscheidet sich unter anderem von einem Recording- und Mixing-Ingenieur dadurch, dass er jeden auch noch so banal erscheinenden Vorgang in der Audiobearbeitung auf seine klangliche Auswirkung hinterfragt und überprüft. Die Wahl der Sample Rate Conversion (SRC) fällt im Arbeitsalltag des Mixing-Ingenieurs hierbei meistens der Bequemlichkeit zum Opfer, da für diesen rein technischen Arbeitsschritt das nächstliegende Konvertierungs-Werkzeug herangezogen wird: Der in der DAW-Software integrierte SRC. Doch wie wichtig ist Sample Rate Conversion wirklich? Wie groß ist die Auswirkung auf die Klangqualität? Wie unterscheiden sich die Ergebnisse in unterschiedlichen DAWs? All diese Fragen sollen in diesem Artikel mitsamt Klangbeispielen beantwortet werden.

Sowohl Mastering Tutorial Video als auch die Klangbeispiele finden Sie auf Seite 3 des Artikels.

Immer wieder kommt es vor, dass die Samplerate von Audiodateien geändert werden muss. Sei es, dass etwa CD-Audio-Material für eine DVD verwendet werden soll, bei der die Samplerate von 44,1 kHz auf 48 kHz konvertiert werden muss, oder Aufnahmen mit 96 kHz zu einer CD verarbeitet werden sollen. Für die technischen Novizen sei angemerkt, dass DAWs gewöhnlich unterschiedliche Bitraten gleichzeitig wiedergeben können, jedoch nie unterschiedliche Sampleraten, da die Samplerate an den Takt der DAW gebunden ist. So wie ein Auto immer nur eine Geschwindigkeit gleichzeitig fahren kann, kann die DAW auch immer nur einem Takt zurzeit folgen.

Daher ist es aus klangästhetischen und strategischen Gründen sinnvoll, sich vor Beginn einer Produktion gut zu überlegen, welche Wahl Sie in Bezug auf die Samplefrequenz treffen, da jede spätere Wandlung eine potenzielle Verschlechterung der Klangqualität darstellen kann.

Jede spätere Wandlung stellt eine potenzielle Verschlechterung der Klangqualität dar.
Friedemann Tischmeyer im Mastering Tutorial

Als erstes ist für unser Mastering Tutorial also festzulegen, welche Samplefrequenz das Haupt-Auswertungsmedium Ihrer Produktion haben wird. Handelt es sich um eine DVD, so ist eine Samplerate von 48 kHz zu wählen. Soll eine CD produziert werden, sind 44,1 kHzdie erste Wahl. Die verbreitete Annahme, dass man eine bessere Klangqualität erreicht, wenn man mit 48 kHz aufnimmt, um dann später auf 44,1 kHz für CD zu wandeln, kann ich aus meiner Sicht nicht bestätigen – es sei denn Sie beherzigen die nachfolgenden Hinweise, um diese Wandlung in bestmöglicher Weise zu vollziehen.

Nachdem Sie das Zielmedium festgelegt haben, können Sie als nächstes Überlegungen anstellen, ob und wie sinnvoll es ist, die Aufnahme in einer höheren Samplefrequenz durchzuführen. Diese entspricht im Idealfall immer einer ganzzahligen Vielfachen der Samplerate des Zielmediums. Ist Ihre Zielfrequenz also 44,1 kHz, so nehmen Sie wahlweise mit 88,2 kHz oder 176,4 kHz auf. Beträgt sie 48 kHz, so nehmen Sie mit 96 oder 192 kHz auf. Ungerade Downsamplings sollten dabei immer vermieden werden, etwa Konvertierungen von 96 auf 44,1 kHz.

Abseits davon ist es auch bei ganzzahligen Downsamplings essentiell, die nachfolgenden Hinweise zu befolgen, damit Sie alle Vorteile hoher Samplefrequenzen ausnutzen können und diese nicht mit einer Wandlung vernichten. Ich selbst bin übrigens der Meinung, dass sich der Einsatz hoher Samplefrequenzen nur dann wirklich lohnt, wenn das Auswertungsmedium auch ein echtes High-Resolution-Medium ist, bei der die hohe Samplefrequenz beibehalten wird.

Allerdings können trotz gründlichster Produktionsplanung jedoch immer wieder Audiodaten von Dritten ins Spiel kommen, die eine andere Samplefrequenz verwenden, als zum gegebenen Zeitpunkt erforderlich sind und daher gewandelt werden müssen.

Mastering Tutorial: Technische Grundlagen der SRC

Bei einer guten SRC kommt es auf zwei wesentliche Faktoren an:

a) Präzision auf der Zeitachse und
b) korrekte Interpolation der neuen Samplewerte.

Um das zu veranschaulichen, schauen Sie sich bitte die nachstehende Abbildung an.

Die Grafik stellt anschaulich eine symbolische Wandlung von 10 auf 9 Hertz dar. Die Samples 1 bis 10 sind mit der durchgezogenen Linie verbunden, die den analogen Wellenformverlauf darstellt. Um eine korrekte Wandlung in 9 Hertz zu berechnen, muss

a) die genaue Position jedes einzelnen Samples neu berechnet werden. Je präziser diese Berechnung erfolgt, desto besser ist das Ergebnis. Für eine präzise Berechnung ist ein Over-Sampling erforderlich, was wiederum viel Rechenaufwand erfordert. Dabei gilt: Je höher das Oversampling, desto präziser das Ergebnis. Der Zusammenhang zwischen Klangqualität und Präzision der Wiedergabe auf der Zeitachse trifft übrigens auf alle Bereiche der digitalen Musikproduktion zu und sollte hinreichend bekannt sein.

b) Die Interpolation, also die Berechnung eines jeden Sample-Werts muss ebenfalls mit größtmöglicher Präzision erfolgen. Hierzu ist neben der Wahl eines geeigneten Algorithmus ebenfalls Oversampling erforderlich. In der Abbildung auf Seite 74 sind die neu berechneten Samples als gestrichelte senkrechte Linien dargestellt und entsprechen einem präzisen und idealen Zwischenwert. Verbinden wir jetzt die neuen Samples (gestrichelte Linie), so können wir trotz korrekter Durchführung dieser SRC einen Unterschied zwischen beiden Ergebnissen erkennen, was sich im roten Bereich der Abbildung zeigt.

In der Praxis kann sich die Qualität von Sample Rate Convertern unter anderem also dadurch unterscheiden, wie präzise die Berechnung der Position (a) und der Interpolation (b) durchgeführt wurde. In der Realität kommt es allerdings zu wesentlich größeren Abweichungen als in der zuvor erläuterten theoretischen Darstellung.

Um dies anschaulich darzustellen, habe ich zum Zweck des akustischen Vergleichs für dieses Mastering Tutorial ein Video produziert, in dem ich vier Beispielsamples mit drei unterschiedlichen Wandlern bearbeite und miteinander vergleiche. Es ist dabei eindrucksvoll zu hören, wie groß der audiophile Unterschied verschiedener Algorithmen ist.

Mastering Tutorial Video

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von Vimeo.
Mehr erfahren

Video laden

Vimeo immer entsperren

Diese drei SRCs kommen im Mastering Tutorial Video zum Einsatz:

• Steinberg Cubase / Nuendo: Die SRC wird im Hintergrund angewendet, wenn Sie im Pool die „Datei Anpassen“-Funktion verwenden.
• Steinberg WaveLab: Der Crystal Resampler wird in der Stapelbearbeitung im Ultra-Modus verwendet, wobei dies der beste von vier unterschiedlichen Berechnungsmodi ist, den WaveLab bereit stellt.
• Saracon Sample Rate Converter von Daniel Weiss, eine offline arbeitende Stapelbearbeitungs-Software.

Mastering Tutorial Hörvergleich

Im Hörvergleich geht dabei der Saracon SRC als klarer Sieger hervor, denn die Saracon-Wandlungen weisen mehr Vitalität, Präzision und Durchsetzungskraft auf. Dabei empfinde ich den klanglichen Unterschied als wesentlich größer als zwischen Wandlern mit mehreren Tausend Euro Preisunterschied liegen. In diesem Fall träfe das auf den Klassensprung zwischen Profi- und Boutique-Liga zu.

Zur Ehrenrettung der Steinberg-Produkte sei jedoch vermerkt, dass der Saracon SRC ein waschechter Spezialist ist, der sich ausschließlich auf diese Aufgabe konzentriert. Die damit zu erzielenden klanglichen Ergebnisse haben in Konsequenz ihren zwar gerechtfertigten Preis, der laut deutschem Vertrieb For-Tune je nach Ausstattung zwischen 700 und 1.500 Euro beträgt und somit teils deutlich höher als der Kauf der Steinberg-Produkte ausfällt.

Ich persönlich empfehle die DAW-interne Wandlung grundsätzlich zu vermeiden, es sei denn, es geht um das rasche Anpassen eines unwichtigen kleinen Samples. Bedenken Sie, dass Sie durch eine schlechte Sampleraten-Wandlung die teuer erkauften Vorteile hochwertiger Peripherie leichtfertig verschenken können.

Mein Ergebnis wurde schließlich durch zahlreiche Blindtests mit Amateur- und Profihörern bestätigt. Sämtliche „Profihörer“ teilen zuverlässig meine Meinung, die Ihnen im Video als Orientierung dienen kann.

Es ist alles eine Frage des Timings!

Mastering Tutorial: Analoge Sample Rate Wandlung

Der Vollständigkeit halber möchte ich Ihnen abschließend die beste alle Sample Rate Konvertierungen präsentieren: Indem Sie ein hervorragendes DA/AD-Wandler-System und eine unabhängige zweite DAW vorhalten, können Sie beispielsweise Ihre 96-Kilohertz-Mischung über den DA-Wandler ausspielen und vielleicht noch ein analoges Gerät insertieren, um über den AD-Wandler schließlich mit der Zielsamplefrequenz in ein unabhängiges zweites System zurückzuspielen.

Hierzu muss der AD-Wandler natürlich auf den Takt des zweiten DAW-Systems synchronisiert und daher unabhängig vom DA-Wandler clockbar sein. Bei hochwertigen Wandlern ist dies übrigens Standard. Auf diese Weise erhalten Sie die eleganteste aller Sampleraten-Wandlungen frei von jeglichen Rundungsfehlern, zumal es sogar unerheblich ist, ob Sie ungerade oder gerade Wandlungen durchführen.

Zum Autor: Friedemann Tischmeyer ist Mastering Ingenieur und Loudness Experte. Als Pro Audio Consultant hat er die führenden deutschen Werbemusik- und Kino/TV-Mixingstudios auf den kommenden Wandel vorbereitet. Auf audiotechknowledge.com finden Sie weitere Informationen über individuelle R128-Fortbildungen auch für Ihren Studiobetrieb sowie messtechnische Lösungen. Im Rahmen der Ausbildung der Mastering Academy wird tiefer auf das Thema Metering und R128 eingegangen. Ausführliche Informationen finden Sie auf www.mastering-academy.de