Tech-Wiki: Resampling

Resampling meint zunächst mal ganz profan das Umtakten der Abtastfrequenz des eingehenden Digitalsignals auf eine andere. Die kann sowohl höher als auch geringer ausfallen. Eine solche Abtastratenkonvertierung ist beispielsweise dann erforderlich, wenn das Zielgerät die Abtastrate des Quellgerätes nicht verarbeiten kann. Technisch wie auch klanglich ist die Abtastratenkonvertierung keineswegs trivial. Als grobe Faustregel gilt: Aufwärtskonvertierung (Upsampling) ist weniger klangkritisch als die Abwärtskonvertierung (Downsampling), weil bei letzterer zum Einhalten des Abtasttheorems auch die ursprüngliche Signalbandbreite einzuschränken ist. Klanglich ungünstig sind darüber hinaus „krumme“ Unter- oder Übersetzungsverhältnisse; beispielsweise von 48 kHz auf 44,1 kHz.

Die Vielfalt digitaler Tonquellen und entsprechender Abspielgeräte geht jedoch naturgemäß einher mit den unterschiedlichsten Abtastraten. Daher finden sich vermehrt hochwertige, meist rein digital arbeitende HiFi-Komponenten, die mit technisch aufwändigen, Hardware-basierten Resampling-Einrichtungen bestückt sind. Diese haben aber nicht nur die „ursprüngliche“ Abtastratenkonvertierung zum Ziel. Vielmehr wollen sie, quasi als digitale Dolmetscher, die Arbeitsbedingungen für den nachgeschalteten D/A-Wandler verbessern – und damit auch den Klang.

Die highfidele Gretchenfrage, die ein solches Resampling aufwirft, lautet freilich: Wie lässt sich ein bereits digitalisiertes Audiosignal als solches verbessern, ohne den Informationsgehalt zu verändern? Zunächst einmal, indem man die Rechengenauigkeit bei der Signalverarbeitung erhöht. Berechnen? Das Audiosignal befindet sich doch bereits in der digitalen Ebene. Stimmt. Allerdings erfolgt die Audiosignalverarbeitung in der digitalen Domäne stets mit deutlich höheren Taktfrequenzen als die der eigentlichen Audio-Abtastrate. Diese immense Pulsdichte hat einen erheblichen, hochfrequenten Störnebel zur Folge, der – beispielsweise zur korrekten Mittelwertbildung in Delta-Sigma-Wandlern – Tiefpass-gefiltert werden muss. Und just bei diesen Digitalfiltern ist extrem genaues Rechnen und Runden bis auf etliche Nachkommastellen angezeigt – deutlich präziser also, als es beispielsweise die in üblichen D/A-Wandlerchips untergebrachten, nativen Digitalfilter vermögen.

Diese üblichen Schwachstellen zu umgehen, ist denn auch die eigentliche Taktik von Resamplern. Mittels gezieltem Up- oder Downsampling plus der hierfür erforderlichen, extrem genauen Filterberechnung wollen sie das digitalisierte Signal in eine für den angeschlossenen DAC leichter verdauliche Form bringen. Anstelle des Chip-internen Digitalfilters übernimmt der Resampler die Filterarbeit – der DAC braucht also „nur“ noch gut vorbereitetes Digitales ins Analoge zu wandeln.

Der optimale Arbeitsbereich von DACs mit geringstmöglichem, Chip-internen Filtereinfluss ergibt sich unmittelbar aus ihrer internen Architektur – und kann daher recht unterschiedlich ausfallen. Beispielsweise bietet sich beim TI/Burr Brown PCM 1794 eine Speisung mit PCM-Audio an, während bei den ESS-DACs der Sabre-Familie – dank eigenem DSD-Register – Bitstream-Kost vielversprechend ist. Die Empfehlung lautet deshalb: ausgiebig hörtesten. Denn viele Resampler können an ihren Ausgängen DSD oder PCM in allen gängigen Abtastraten bereitstellen.

LowBeats-Tests von digitale Audiokomponenten mit Resampling-Funktion:

Test: Lumin U1 – die perfekte Digitaltonquelle
Test: Lumin U1 Mini – HiFi-Streamer extra nativ
Test: Auralic Sirius G2.1 – der Resampling-Spezialist

Autor: Jürgen Schröder

Toningenieur, R&D-Spezialist und das (mess-)technische Gewissen von LowBeats. Kümmert sich am liebsten um Wissens-Themen, Kopfhörer und den spannenden Bereich zwischen Studio und HiFi.