Digitale Artefakte beim Spielen hoher Tasten

Hallo,

mir ist aufgefallen, dass in meinem Produktions-Setup beim Spielen sehr hoher Tasten (jenseits C7), viele Software-Synths (Cubase-nativ und andere, sogar Serum u. Diva), starke, hörbare digitale Artefakte bilden. Stichwort: Nyquist-Rückreflexion. Das passiert mir auch bei Samplingraten von 92kHz und höher und auch mit dem Test-Generator-Plugin. Ich verwende PC, Cubase 14 und Steinberg UR824.

Wenn ich aber z.B. irgendeinen Wav-Tongenerator aus dem Web nehme, dann klingen selbst die höchsten Töne (z.B. bei Sägezahnwelle) vergleichsweise astrein.

Woran liegt das? Bei einem Softsynth für hundert Euro aufwärts sollte man doch erwarten können, dass auch im hohen Frequenzbereich alles sauber klingt. Oder hat das was mit Cubase an sich zu tun? Oder mit meinem System (Asio) bzw. der Hardware?! Wobei die Hardware doch die sauberen Töne der Tongeneratoren aus dem Web auch korrekt wiedergibt.

Das liegt einfach daran, dass deine Synths die Wellenformen nicht erzeugen, sondern nur Samples abspielen. Selbst im Hardwarebereich ist das so. Wenn ich bei Roland oder Korg einen Sinus wähle, wird selbst der nur ausgelesen.

Das sehe ich anders. Wofür gibt es denn Oszillatoren? Der Unterschied zwischen einem Sampler und einem Synth ist ja gerade z.B. die Klangerzeugung.

Beim Sampler wird die Wellenform aus dem Speicher gelesen, beim digitalen Synth wird sie errechnet. In der Welt der Nullen und Einsen ist das zwar letzten Endes dasselbe, aber:

Wenn die Auflösung der Samples fein genug ist, dann wird auch die Qualität der Wellenform entsprechend fein. Das kostet natürlich höheren Rechenaufwand.

In der analogen Klangerzeugung gibt es übrigens keine Samples. Da läuft alles über elektrische Spannungen.

Die entscheidende Frage bleibt aber:

Wieso bringt irgendein kostenloses Tonerzeuger-Tool aus dem Internet im hohen Frequenzbereich eine bessere Wellenform-Qualität zustande, als ein hundert-Euro-VST-Synth?

Auch das kostenlose Tonerzeuger-Tool arbeitet doch nur mit Samples bzw. digitaler Errechnung!

Hast du die Audiosignale der Synths einmal durch einen Frequenz-Analyzer geschickt? Mit Retrologue, Serum und Diva kann ich das von dir beschriebene Verhalten nicht reproduzieren. Die Aliasing-Effekte sind dort extrem gering. Die Störfrequenzen liegen bei mir unter -85 dB, bei Serum sogar unter -130 dB. Das ist für mich nicht hörbar.

Ja, das habe ich schon ausprobiert.

Zugegeben, die Aliaseffekte der einzelnen Wellenform sind zwar relativ leise, aber sobald z.B. ein Akkord gespielt wird oder die “veraliaste” Wellenform irgendwelche Filter und Verzerrer durchläuft, werden die Aliaseffekte plötzlich unangenehm laut. Deswegen bieten ja einige Plugins die Option “Oversampling” an. Bringt aber nix, wenn bereits der Input Qualitätseinbußen aufweist.

Es ist nicht meine Absicht, irgendwelche Hersteller von Audiosoftware schlecht zu reden. Was ich sagen will, ist, dass viele renommierte Hersteller von VST-Softsynths einen immensen Aufwand treiben, um analoge Filter und elektronische Bauteile digital nachzubilden. Gerade deswegen scheint es mir unwahrscheinlich, dass solche Hersteller bei der vergleichsweise einfachen Errechnung von Grundwellenformen wie z.B. einem Sägezahn von 10 kHz irgendwie nachlässig gewesen sein könnten.

Ziemlich stark “veraliast” scheint übrigens die interne Tonerzeugung vom Cubase-nativen “Testgenerator”-Plugin zu sein. Höhere Sampleraten u. größere Bittiefen haben hier m.E. gar keinen Verbesserungseffekt.

Spätestens ab einer Samplerate von z.B. 192 kHz müsste doch allgemein zumindest eine deutliche Verbesserung der Signalqualität festzustellen sein. Weil die Errechnung der Grundwellenformen in den VST-Synths dann schon von vornherein mit einer viel höheren Auflösung stattfände. (Zumindest würde ich das erwarten.) Sonst machen ja alle weiteren DSP-Berechnungen mit hoher Samplerate u. Bittiefe wenig Sinn.

Wenn ich allerdings z.B. einen kostenlosen Online-Tongenerator verwende, um einen Sägezahn von 10 kHz zu erzeugen und die erzeugte Audiodatei in Cubase reinlade, dann klingt dies sauberer und weniger “veraliast” als wenn die Wellenform von einem VST-Synth gekommen wäre.

Deswegen frage ich mich, wo das Problem liegt. Ich dachte schon, mein Audio-Interface sei kaputt und stellt die Samplerate nicht wirklich um, oder die Wordclock läuft nicht präzise. Dann würde aber auch die “saubere” Wellenform schlecht abgespielt werden.

Mein Verdacht geht inzwischen in folgende Richtung:

Bei einem Sägezahn von 10 kHz ist ausser dem Grundton nur noch die erste Harmonische bei 20 kHz hörbar. Deswegen generierte der simple Online-Tongenerator nur zwei Sinustöne mit der entsprechenden Frequenz. Da beide unterhalb der Samplingrate liegen, gibt’s auch nirgends eine Nyquist-Rückfaltung. Das Signal klingt sauber.

Bei den Softsynths dagegen werden rechnerisch womöglich noch weitere Harmonische im Vorfeld errechnet, die dann aber durch die Cubase-Samplerate begrenzt werden. Alias-Effekte treten auf.

Dennoch sollte sich die Signalqualität bei höheren Samplingraten verbessern. Wieso das bei meinem eigenen Produktions-Setup nicht der Fall ist, weiß ich leider auch nicht.

Genau darauf will ich hinaus. Nur weil der Klangerzeuger Oszillator genannt wird, muss es noch lange keiner sein. Dahinter kann sich alles mögliche verbergen. Da kann ich erst genaueres sagen, wenn ich die Schaltpläne habe.

Danke für deine Antwort, fweiser63. Ach so meintest du das.

Die Lösung der von mir angesprochenen Problematik ist allerdings wahrscheinlich in der digitalen Welt zu suchen. (Siehe mein vorangegangener Post.) Deswegen bringen mich Schaltpläne vermutlich nicht weiter. Zumindest gehe ich momentan nicht davon aus.

Wie gesagt, wenn bei der digitalen Klangerzeugung in Cubase bzw. bei den VST-Synths alles richtig läuft (was anzunehmen ist), dann bleibt die Frage, wieso sich beim drastischen Erhöhen der Samplingrate in meiner eigenen Produktionsumgebung keine Qualitätsverbesserung in der Signalerzeugung bzw. -verarbeitung ergibt.

Hier die grafisch analysierten Audiosignale der einzelnen Tonerzeuger.

Referenzton: Sawtooth, 5 kHz.

Systeminfo: PC, Windows 11, Cubase 14, Steinberg UR824.

Deutlich zu sehen ist, dass bei einer Samplingrate von 48 kHz der Online-Tonerzeuger (WUtools) weniger digitale Artefakte zeigt, als alle anderen Tonerzeuger.

Erst ab 96 kHz schneidet Serum dann besser ab. (Bei Diva u. Serum hab ich übrigens intern jeweils die höchste Berechnungs-Qualitätsstufe eingestellt.) Am schlechtesten zeigt sich der Cubase-interne “Testgenerator”. Hier sind die Artefakte beinahe genauso laut wie die einzelnen Harmonischen der Sägezahnwelle.

Bei 192 kHz dann, ist Serum der Spitzenreiter. So gut wie keine digitalen Artefakte sind mehr zu sehen. Alle anderen Synth-Outputs haben sich zwar auch verbessert, aber Artefakte sind trotzdem überall noch erkennbar drin.

Mein Fazit:

Die getesteten Synths (und vermutlich auch andere) verfeinern tatsächlich die interne Berechnung, wenn mit höherer Samplerate gearbeitet wird. Das ist schön. Wenn allerdings hinterher im virtuellen Mischpult noch Effekte wie Filter, Verzerrer usw. dazukommen, dann werden auch die Signale im reichhaltigen, hohen Frequenzbereich wiederum so komplex verformt, so dass sogar noch weitaus höhere Sampleraten nötig wären, als “nur” 192 kHz, um hörbare digitale Artefakte zu vermeiden. Die obere “Faltungsgrenze” müsste sozusagen noch viel weiter vom Hörbereich wegrücken. Dies bedeutet, dass stärkere u. schnellere Rechner vonnöten sind.

Ich gehe somit davon aus, dass mein eigenes Produktionssystem fehlerfrei arbeitet. Allerdings kann das von mir verwendete Steinberg UR824 höchstens 192 kHz Samplerate. Wenn ich damit einen einzigen VST-Synth einen Akkord spielen lasse und noch Mixereffekte einfüge, dann bin ich mit der Prozessorauslastung bereits am Limit.

Falls noch jemand Ideen oder Ergänzungen hat, bitte gerne schreiben.

Wir sollten uns immer vor Augen halten, dass wir digital Musik machen und analog hören. Damit müssen wir leben. Ähm, vor Ohren halten natürlich.