Wir wissen jetzt, dass die Puffergröße die Latenzen beeinflusst. Also die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Datenblock zu Datenblock. Eine geringere Puffergröße bedeutet eine geringere Latenz. Was sind nun die Auswirkungen?
Jitter
Niedrigere Latenzen veringern den Jitter!
Während die Latenz eine feste Zeit zwischen zwei Ereignissen definiert, beschreibt Jitter die Schwankungen innerhalb dieser Zeit. Im Bild unten wird das Audio Signal in Paketen versendet, welches im Originalzustand alle 5,8 ms ein Paket mit 256 Samples transportiert. Jitter kann dazu führen, dass die Samples unten im Beispiel auf bis zu 6,0 ms verlangsamt oder auf bis zu 5,6 ms beschleunigt werden. Wird die Taktung nicht korrigiert ist das hörbar.
Nun lassen sich die Auswirkungen von Jitter vermindern, wenn die Latenzen durch einen geringeren Puffer verringert werden. Bei einer 44.1 kHz Audiodatei kann zum Beispiel der Puffer auf 52 Samples reduziert werden. Dies führt wie oben in den ASIO Puffereinstellungen gezeigt zu einer sehr geringen Latenz von 1,18 ms. Im Bild unten wird der Zusammenhang zwischen kleinem Puffer, dafür mehr Pakete und weniger Jitter (blaue Kurve) deutlich.
Packet loss
Niedrigere Latenzen minimieren das Risiko auf verlorene Datenblöcke!
In digitalen Kommunikationssystemen werden Informationen in Form von Bits (0 und 1) übertragen. Während der Übertragung können verschiedene Faktoren wie Rauschen, Interferenzen, elektromagnetische Störungen oder Signaldämpfung dazu führen, dass einzelne Bits verfälscht oder falsch interpretiert werden. Diese Verfälschungen werden als Bitfehler bezeichnet.
Die Ursache liegt in der analogen Übertragung per Hochfrequenz, wobei über verschiedene Spannungszustände die Bits (0 und 1) abgebildet werden. Siehe auch unsere Grundlagen zum Audio PC Netzwerk – Grigg Audio Solutions.
Damit solche Fehler vom Empfänger erkannt werden, schickt der Sender ein Prüfsummenprotokoll mit. Der Empfänger errechnet aufgrund der erhaltenen Werte ebenfalls eine Prüfsumme. Stimmen die Prüfsummen nicht überein, wird vom Empfänger das Datenpaket verworfen und vom Sender neu angefordert.
Die Neuanforderung ist ein zeitkritischer Vorgang. Sind die Latenzen hoch ist auch das im Puffer gespeicherte Datenpaket groß. Es steht weniger Zeit für mehr Daten zur Verfügung als bei geringeren Latenzen. Sind die Latenzen niedrig, dann sind die Datenpakete kleiner und gehen schneller auf die Reise. Biterrors können somit schneller erkannt und Datenpakete neu angefordert werden.
Im Beispiel mit den Pufferwerten von oben ist das leicht nachzuvollziehen. Bei einer Abtastrate von 44,1kHz liegt der Standard Ausgangs–Puffer bei 904 Samples. Das ergibt eine hohe Latenz von 20,50 ms. Bei der Einstellung niedrigster Latenzen wird der Ausgangs-Puffer auf 66 Samples gesetzt. Das Datenpaket ist damit um das 13,7-fache kleiner. Die Ausgangs-Latenz beträgt 1,50 ms und ist damit ebenfalls um das 13,7-fache geringer.
Elektrisches Rauschen
Niedrigere Latenzen bedeuten mutmaßlich weniger elektrisches Rauschen!
Die Hauptursache für elektrisches Rauschen ist die thermische Bewegung von Elektronen in einem elektrischen Leiter. Diese thermische Bewegung erzeugt kleine, zufällige Spannungs- und Stromschwankungen, die als thermisches Rauschen bezeichnet werden. Dieses Rauschen tritt unabhängig von äußeren Einflüssen auf und ist ein inhärenter Aspekt elektrischer Systeme.
Der Vorteil von niedrigen Latenzen liegt mutmaßlich in einem geringeren bzw. gleichmäßigerem elektrischen Rauschen. Bei geringen Latenzen gehen kleinere Datenpakete in einem gleichmäßigerem Fluss über die Leitung, während bei hohen Latenzen große Datenpakete in größeren Zeitabständen einen Daten Burst verursachen können, welche das elektrische Rauschen punktuell erhöhen.
CPU Belastung
Niedrigere Latenzen erhöhen die benötige Rechenleistung!
Einen Nachteil möchte ich nicht verschweigen. Die Hardware und Software müssen für eine hohe Rechenlast geeignet sein, sonst führen die häufigen Interrupts zu einer Überlastung des Systems und der Datenstrom reißt ab. Geeignet sind dafür Audio PCs mit Mehrkern-CPUs und hoher Taktrate.
Beim fis Audio PC verwenden wir die besten Intel CPUs mit 16 Kernen und 24 Threads auf dem Markt:
Außerdem optimieren wir alles auf niedrige Latenzen.