Audio PC HQPlayer Filtereigenschaften

Der HQPlayer kann zwar als Audioplayer in Windows, Linux und macOS genutzt werden, kommt aber hinsichtlich des Bedienkomforts nicht an Roon heran. Wenn es jedoch um das Upsampling geht, ist der HQPlayer um Welten besser als Roon. Durch die Möglichkeit den HQPlayer in Roon einzubinden, können die intuitive Bedienerobfläche und hochwertigste Algorithmen kombiniert werden.

Der HQPlayer bietet Filter, welche

apodisierend und nicht-apodisierend sind,
– andere Wirkungen auf Räumlichkeit (Space) Transienten und Klangfarben (Timbre) haben,
– verschiedene Samplingraten (CD oder HiRes) bevorzugen,
– geringe oder hohe Rechenleistungen erfordern und
– sogar unterschiedliche Musik-Genres unterstützen.

Ziemlich verwirrend das Ganze, was viele auch abschreckt. Wir versuchen ein wenig Licht ins Dunkle zu bringen.

Filterqualitäten

Bei einer CD (44,1 kHz) darf der hörbare Bereich nur bis maximal 22,05 kHz gehen. Grundlage ist das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem, welches nur die halbe Abtastrate (Nyquist-Frequenz) berücksichtigen soll. Wird das Abtasttheorem durch eine zu niedrige Abtastrate verletzt, so werden Frequenzanteile, die ursprünglich höher waren als die halbe Abtastrate, als niedrigere Frequenzen interpretiert, da für diese eine Unterabtastung stattfindet. Dieses unerwünschte Phänomen wird Alias-Effekt genannt. Diese sogenannten Spiegelfrequenzen sollen durch Filter ausgesperrt werden, weshalb dieses Filter oft auch Antialiasing-Filter genannt werden.

Es kommt daher auf die Filterqualität an, welche Frequenzen in der Praxis durchgelassen werden (Passband), ab wann die Sperrwirkung (Cutoff) einsetzt und wie lange es dauert (Transitionsbereich), bis der Tiefpassfilter seine volle Wirkung (Stopband) entfaltet. Unabhängige Messungen haben gezeigt, dass die Filter vom HQPlayer sehr gut konstruiert sind.

Wenn die Sperrwirkung sehr tief liegt, spricht man von einer extrem hohen Dämpfung. Das ist eine gute Sache, weil Spiegelfrequenzen effektiv unterdrückt werden. Eine hohe Dämpfung führt zu weniger Lärmartefakten und auch zu einer besseren Rekonstruktionsgenauigkeit.

Ebenso wichtig ist, ab wann der Cutoff beginnt. Manche Filter setzen schon im hörbaren Frequenzbereich ein, was natürlich nicht wünschenswert ist. Günstig ist auch ein steiler Filter, womit ein sehr schmales Übergangsband (Transitionsbereich) erreicht wird. Wenn wir am Beispiel die Eingangsrate von 44,1 kHz (CD) nehmen, geht beim Filter „poly-sinc- gauss-xl“ das Passband bis 20 kHz, der Transitionsbereich ist mit 250 Hz extrem schmal und erreicht die maximale Dämpfung bei der Nyquist-Frequenz fs/2 bei 22,05 kHz. Filter dieser hohen Qualität werden oft mit schnellem oder scharfen „Rolloff“ oder „Cutoff“ bezeichnet. Siehe auch:

Pre-Ringing und Post-Ringing

Pre-Ringing (Vorecho) und Post-Ringing (Nachecho) sind zwei Arten von Artefakten, die bei der digitalen Signalverarbeitung auftreten können. Pre-Ringing bezeichnet das Phänomen, dass ein Signal vor einem abrupten Übergang bereits ansteigt oder abfällt, bevor es den eigentlichen Wert erreicht. Post-Ringing bezeichnet das Phänomen, dass ein Signal nach einem abrupten Übergang noch oszilliert, bevor es sich stabilisiert.

Beide Effekte können die Qualität und Genauigkeit eines Signals beeinträchtigen und können hörbare Effekte auslösen. Besonders das Pre-Ringing kann sehr störend wirken, da es in der Natur nicht vorkommt.

Beim Filterdesign kommt es darauf an, Vor- und Nachechos möglichst gering zu halten. Ganz vermeiden lassen sie sich nicht.

Filter für endliche Impulsantwort (FIR – lineare Phase) und unendliche Impulsantwort (IIR – minimale Phase )

FIR- und IIR-Filter sind zwei Arten von digitalen Filtern, die zur Signalverarbeitung verwendet werden. Sie unterscheiden sich vor allem in ihrer Impulsantwort und ihren Phaseneigenschaften.

FIR-Filter (Finite Impulse Response) haben eine endliche Impulsantwort, die nach einer bestimmten Zeit auf Null abfällt. Sie haben eine lineare Phase, die bedeutet, dass alle Frequenzen die gleiche Verzögerung durch das Filter haben. Sie sind immer stabil, da sie keine Rückkopplungsschleifen haben. Sie erfordern jedoch mehr Koeffizienten und Speicherplatz als IIR-Filter, um einen ähnlichen Frequenzgang zu erzielen. Sie können auch ein Pre-Ringing erzeugen, das dem eigentlichen Impuls vorausgeht.

IIR-Filter (Infinite Impulse Response) haben eine unendliche Impulsantwort, die unendlich lange ausschwingt. Sie haben eine minimale Phase, die bedeutet, dass verschiedene Frequenzen unterschiedliche Verzögerungen durch das Filter haben. Sie können instabil sein, wenn die Rückkopplungsschleifen zu groß sind. Sie erfordern jedoch weniger Koeffizienten und Speicherplatz als FIR-Filter, um einen ähnlichen Frequenzgang zu erzielen. Sie haben kein Pre-Ringing, aber sie können Gruppenlaufzeitverzerrungen verursachen.

Obwohl das fehlende Pre-Ringing und die geringere Rechenlast für IIR-Filter sprechen, sind die nicht gewollten Phasenverschiebungen bei der Musikwiedergabe natürlich ein ernstes Problem. Die lineare Phase ist bei den FIR-Filtern ein gewichtiges Argument für deren Verwendung. Deshalb sind die meisten Filter im HQPlayer linearphasig, sofern nicht anders angegeben. Zur weiteren Vertiefung des Filterdesigns und mit Hörbeispielen zum Pre-Ringing eignen sich folgende Artikel:

Wirkungen auf Räumlichkeit (Space) und Transienten und Musik-Genres

Die Gruppe der poly-sync-lp (linear phase) Filter verbessern die Räumlichkeit (Space). Sie gehören zu den FIR-Filtern und wirken in der Time-Domain. Empfohlen für Klassik und für „in der realen Welt“ aufgenommenen Musik (Konzerthalle). Eine Unterart davon sind die AsymFIR-Filter, welche sich besonders für Jazz/Blues eignen.

Die Gruppe der poly-sync-mp (minimum phase) Filter verbessern die Transienten. Sie gehören zu den MinPhaseFIR-Filtern und eignen sich besonders für Rock/Pop/Elektronik, sowie im Musikstudio aufgenommenes. Implizit gilt das auch für IIR-Filter.

Manche Filter haben auch einen Fokus auf das Timbre, also die Klangfarben.

Apodisierend und Nicht-Apodisierend

Einsatzzweck des Apodisationsfilters ist es, die Impulsantwort des ursprünglichen Dezimationsfilters durch eine andere zu ersetzen. Dies ermöglicht das Ändern des Zeit- und Frequenzbereichsverhaltens des ursprünglichen Filters. Ein möglicherweise wichtigerer Punkt ist das Bereinigen des Aliasing-Bands bei den höchsten Frequenzen. Abhängig von den ADC / Mastering-Werkzeugen kann es zu einem gewissen Aliasing-Band am oberen Rand des Frequenzbands kommen. Siehe auch:

Nicht apodisierende Filter lassen die (möglicherweise fehlerhaften) produktionsseitigen digitalen Filtereigenschaften durch. Nicht apodisierende Filter sind für HiRes-Aufnahmen (ab 88.2/96kHz) gut einsetzbar, da die Nyquist-Rate sehr hoch liegt. Apodisierende Filter sind für Reedbook-/CD-Formate (44.1/48kHz) wegen der niedrig liegenden Nyquist-Rate am wichtigsten.

Upsamplingverhältnis (Ratio)

„Integer“ bedeutet, dass es nur geradzahlige Verhältniskonvertierungen nach oben oder unten durchführen kann. Eine Quelle mit 44.1 kHz kann bei Filtern mit der Eigenschaft „Integer“ zum Beispiel nicht auf 196 kHz hochgerechnet werden. Richtig wäre ein Upsampling auf 176,4 kHz. „Integer up“ bedeutet, dass der Filter nur Conversions in höhere Raten durchführen kann, aber nicht in einen niedrigeren Satz (z. B. von 384k auf 192k). „Any“ unterliegt keinen Einschränkungen.

Die geradzahlige Verhältniskonvertierung ist zu empfehlen, da in der Regel die Rechenlast gemindert wird.

Komprimierte Musik

Das Problem der heutigen Zeit sind totkomprimierte Musikstücke (Loudness War). Diese Komprimierung des Audiosignals führt zwar zu einer konstanteren „Hörbarkeit“ der Musik, hat aber auch einen hohen Verlust an Dynamik zur Folge. Es kommt vor, dass die oberen Bänder dadurch beschnitten werden. Bei solchen Aufnahmen ist es besser, diese auf eine DSD-Ausgabe mit höherer Rate zu konvertieren. Mindestens DSD256 oder noch besser DSD512, unter Verwendung der EC-Modulatoren. Selbst PCM-Upsampling auf 1,5MHz kommt da nicht heran, denn es mangelt gelegentlich an „Tiefe und Luftigkeit“.

Wenn es sich um eine 44.1/48kHz-Quelle handelt, ist die Verwendung eines Apodisierungsfilters grundsätzlich zu empfehlen, siehe oben. Es ist auch gut, sich an einen kürzeren Filter zu halten, wie z. B. poly-sinc-short. Und möglicherweise Minimalphase.

Ein anderer Ansatz besteht darin, längere Filter zu verwenden, die jedoch besonders transientenoptimiert ist, wie z. B. die Poly-sinc-Gauß-Familie:

1x (44.1/48kHz) = poly-sinc-gauss-long
Nx (88.2/96kHz und höher) = poly-sinc-gauss-hires-lp

Der Entwickler Jussi Laako ist von dieser Lösung so begeistert, dass diese Filter künftig in den Einstellungen vorbelegt sind.

Tabelle mit den Filtereigenschaften

Die Tabelle listet ohne Gewähr die wichtigsten Filter auf. Ab HQPlayer Version 5.20 (30. September 2023) werden die neuen Filter mit NEU gekennzeichnet. Die Beschreibungen wurden dem HQPlayer Handbuch und anderen Quellen entnommen. Links führen zu weiteren Erläuterungen und Messergebnissen.

FilterBeschreibungRatioApodi-sierendGenreFokusOptimiert für
poly-sinc-lpLinearphasen-Polyphasen-Sinc-Filter. Sehr hochwertiges lineares Phasen-Resampling-Filter, kann die meisten der typischen Umwandlungsverhältnisse ausführen. Guter Phasengang, hat aber ein gewisses Maß an Vorecho.Any  X  ClassicalSpace
poly-sinc-mpMinimalphasen-Polyphasen-Sinc-Filter, ansonsten ähnlich Poly-Sinc. Veränderter Phasengang, aber kein Vorecho.Any  X  Jazz, BluesTransients
poly-sinc-shrt- lp Ansonsten ähnlich wie Poly-sinc, aber kürzere Vor- und Nachechos auf Kosten der Filterqualität (nicht so scharfer Roll-Off).Any  X  Jazz, Blues, ElectronicSpace, Transients
poly-sinc-shrt- mp Minimale Phasenvariante von poly-sinc-shrt. Ansonsten ähnlich poly-sinc-mp, aber kürzeres Nachecho. Optimalste Transientenwiedergabe.Any  X  Pop, RockTransients
poly-sinc-long- lp Ähnlich wie Poly-sinc, jedoch längere Pre- und Post-Echos mit verbesserter Filterqualität (schnellerer Roll-Off).Any  X  ClassicalSpace
poly-sinc-long- ip Zwischenphasenversion von Poly-sinc-long, mit kleinem Pre-Echo und längerem Post-Echo mit verbesserter Filterqualität (schnellerer Roll-Off).Any  X  Jazz, Blues, ElectronicSpace, Transients
poly-sinc-long- mp Minimale Phasenvariante von Poly-sinc-long. Ansonsten ähnlich poly-sinc-mp, jedoch längeres Nachecho mit verbesserter Filterqualität (schnellerer Roll-Off).Any  X  Pop, RockTransients
poly-sinc-hb Linearphasen-Polyphasen-Halbbandfilter mit steilem Cut-Off und hoher Dämpfung. Per Definition leiten Halbbandfilter die Originaldaten unverändert durch und fügen nur dazwischen neue Samples hinzu. Dies bedeutet auch, dass es keine Fehler in den Quelldaten beheben kann und somit auch alle Fehler originalgetreu reproduziert. Deshalb ist es für 95+% der RedBook-Inhalte nicht geeignet ist!Any 
Poly-sinc-hb-xs NEUExtrem kurzes linear-phasiges Polyphasen-Halbbandfilter mit langsamem Roll-off und geringer Dämpfung. Nur für Quellmaterial höchster technischer Qualität geeignet.
Dieser stimmt ziemlich genau mit dem von Mola-Mola verwendeten überein.
AnyPop, Rock
poly-sinc-hb-s NEUKurzer linearer, mehrphasige Halbbandfilter mit kürzerem Roll-off und mittlerer Dämpfung. Nur für Ausgangsmaterialien von höchster technischer Qualität geeignet.AnyPop, Rock
poly-sinc-hb-m NEUMittellinearer Polyphasen-Halbbandfilter mit durchschnittlicher Abroll- und mittlerer Dämpfung. Nur für Ausgangsmaterialien von höchster technischer Qualität geeignet.Any
poly-sinc-hb-l NEULangphasig-Polyphasen-Halbbandfilter mit schnellem Rolloff und hoher Dämpfung. Nur für Ausgangsmaterialien von höchster technischer Qualität geeignet.AnyClassical, Jazz, Blues
poly-sinc-ext Linearphase Polyphase Sinc Filter mit schärferem Cut-Off und etwas geringerer Sperrdämpfung bei ungefähr gleicher Länge wie Poly-Sinc.Integer  X   
poly-sinc-ext2 Linearphasen-Polyphasen-Sinus-Filter mit scharfem Cut-Off und hoher Sperrbanddämpfung für erweiterten Frequenzgang bei vollständiger Absperrung durch die Nyquist-Frequenz. Bei SDM-Ausgängen erfolgt die Verarbeitung in zwei Stufen mit 16-facher Zwischenrate.Any  X  Each Genre TimbreDSD
poly-sinc-ext3 Sehr steile 8 mal längere Version von poly-sinc-ext2.Any  X  ClassicalTimbreDSD
poly-sinc- mqa/mp3-lp Linearphasen-Polyphasen-Sinc-Filter, optimiert für die Wiedergabe von MQA- oder MP3-codierten Inhalten, um hochfrequentes Rauschen zu beseitigen, das durch die MQA- oder MP3-Codierung hinzugefügt wurde. Auch geeignet zum Upsampling von PCM-Quellen mit 88,2 kHz oder höherer Abtastrate, insbesondere für HighRes-PCM-Aufnahmen mit 176,4 kHz oder höherer Abtastrate. Sehr kurzes Klingeln. Frühes langsames Abrollen.PCM: Integer up
SDM: Any 
 X  Classical, Jazz, Blues TransientsMQA/MP3/ HiRes PCM 
poly-sinc- mqa/mp3-mp Minimalphasenvariante von poly-sinc-mqa.PCM: Integer up
SDM: Any 
 X  Pop, RockTransientsMQA/MP3/ HiRes PCM 
poly-sinc-xtr-lp Linearphasen-Polyphasen-Sinc-Filter mit extremen Cut Off und hoher Dämpfung.Any ClassicalTimbre
poly-sinc-xtr- mp Minimalphasen-Polyphasen-Sinc-Filter mit extremen Cut Off und hoher Dämpfung.Any Jazz, BluesTimbre
poly-sinc-xtr- short-lp Kurzes Linearphasen-Polyphasen-Sinc-Filter mit extremen Cut Off und hoher Dämpfung.Any  X  Electronic, Jazz, Blues, Pop, Rock Timbre
poly-sinc-xtr- short-mp Kurzes Minimalphasen-Polyphasen-Sinc-Filter mit extremen Cut Off und hoher Dämpfung.Any  X  Pop, Rock Timbre
poly-sinc- gauss-short Kurzer Gaußscher Polyphasen-Sinc-Filter. Optimaler Zeit-Frequenzgang. Bei SDM-Ausgängen erfolgt die Verarbeitung in zwei Stufen mit 16-facher Zwischenrate.Integer up XElectronic, Jazz, Blues, Pop, Rock TransientsDSD
poly-sinc-gauss Gaußscher Polyphasen-Sinc-Filter. Optimaler Zeit-Frequenzgang. Bei SDM-Ausgängen erfolgt die Verarbeitung in zwei Stufen mit 16-facher Zwischenrate.Any  X  Each Genre Transients, TimbreDSD
poly-sinc- gauss-long Langer Gaußscher Polyphasen-Sinc-Filter mit extrem hoher Dämpfung. Optimaler Zeit-Frequenzgang. Bei SDM-Ausgängen erfolgt die Verarbeitung in zwei Stufen mit 16-facher Zwischenrate.Any  X  Each Genre Transients, Timbre, SpaceDSD
poly-sinc- gauss-xl Extra langer Gaußscher Polyphasen-Sinc-Filter mit extrem hoher Dämpfung. Optimaler Zeit-Frequenzgang. Bei SDM-Ausgängen erfolgt die Verarbeitung in zwei Stufen mit 16-facher Zwischenrate.Any Classical, Jazz, BluesTransients, Timbre, SpaceDSD
poly-sinc- gauss-xla Apodisierender extra langer Gaußscher Polyphasen-Sinc-Filter mit extrem hoher Dämpfung. Optimaler Zeit-Frequenzgang. Bei SDM-Ausgängen erfolgt die Verarbeitung in zwei Stufen mit 16-facher Zwischenrate.Any  X  Classical, Jazz, BluesTransients, Timbre, SpaceDSD
poly-sinc-gauss-hires-lpLinearphasiger Gauß-Filter für HiRes-Inhalte mit extrem hoher Dämpfung. Optimaler Zeit-/Frequenzgang. Auch für die Wiedergabe von verlustbehafteter Kompression wie MP3 oder MQA geeignet.AnyXEach GenreTransients, Timbre, Space
poly-sinc-gauss-hires-ipGauß-Filter mit mittlerer Phase für HiRes-Inhalte mit extrem hoher Dämpfung. Optimaler Zeit- und Frequenzgang. Auch für die Wiedergabe von verlustbehafteter Kompression wie MP3 oder MQA geeignet.AnyXEach GenreTransients, Timbre, Space
poly-sinc-gauss-hires-mpGauß-Filter mit minimaler Phase für HiRes-Inhalte mit extrem hoher Dämpfung. Optimaler Zeit-/Frequenzgang. Auch für die Wiedergabe von verlustbehafteter Kompression wie MP3 oder MQA geeignet.AnyXEach GenreTransients, Timbre, Space

poly-sinc- gauss-halfband
Linearphasiger Halbband-Gauß- Filter. Leichtes Leck im Nyquist- Bereich, aber extrem hohe Dämpfung. Nur geeignet für Quellenmaterial von höchster QualitätAnyEach GenreTransients, Timbre, Space
poly-sinc- gauss-halfband-s NEUKurzer linearer Halbband-Gauß-Filter mit geringerer Dämpfung und weniger steil abrollend. Nur für Ausgangsmaterialien von höchster technischer Qualität geeignet.AnyEach GenreTransients, Timbre, Space
minringFIR-lp Minimales Ringing FIR. Verwendet einen speziellen Algorithmus, um einen linearphasigen Filter zu erstellen, der das Ausmaß des Nachschwingens minimiert und gleichzeitig einen besseren Frequenzgang und eine bessere Dämpfung als polynomiale Interpolatoren bietet. Performance und Ringing liegen zwischen Polynom und Poly-sinc-short.Integer up Transients
minringFIR-mp Minimum phase variant von minringFIR. Integer up Transients
closed-form Closed form interpolation mit hoher Anzahl von Taps.2x up 
closed-form- fast Closed form interpolation mit geringerer CPU-Last, aber auch geringerer Präzision. Die Ausgangspräzision ist auf etwa 24-Bit PCM abgestimmt.  2x up 
closed-form-M Closed form interpolation mit einer Million Taps.2x up 
closed-form- 16M Closed form interpolation mit 16 Millionen Taps. 2x up 
sinc-S Sinc-Filter mit adaptiver Tap-Anzahl. Die Anzahl der Taps beträgt 4096 x Umwandlungsverhältnis. Sehr scharfer Cut-Off und hohe Dämpfung.Integer  X  Each GenreSpace, Timbre
sinc-M sSnc-Filter mit einer Million Taps. Sehr scharfer Cut-Off und hohe Dämpfung.Integer  X  ClassicalSpace, Timbre
sinc-Mx Konstantzeitversion von sinc-M. Die Filterlänge ist zeitlich konstant, mit Millionen Taps bei 16x PCM-Ausgangsraten.Integer  X  Classical, Jazz, BluesSpace, Timbre
sinc-MGGaußscher Konstantzeitfilter mit einer Million Taps bei 16- facher PCM-Ausgangsrate. Extrem hohe Dämpfung.
(65536 Umrechnungsverhältnis)
IntegerClassical, Jazz, BluesTransients, Timbre, Space
sinc-MGaApodisierender Gaußscher Konstantzeitfilter mit einer Million Taps bei 16- facher PCM-Ausgangsrate. Extrem hohe Dämpfung.
(65536 Umrechnungsverhältnis) Ähnlich zu
poly-sinc-gauss-xla.
Integer


XClassical, Jazz, BluesTransients, Timbre, Space
sinc-L Sinc-Filter mit adaptiver Tap-Anzahl. Die Anzahl der Taps beträgt 131070 x Umwandlungsverhältnis. Extrem scharfer Cut-Off und durchschnittliche Dämpfung.Integer Classical
sinc-LsDurchschnittliche Dämpfung des Sinc-Filters mit adaptiver Anzahl von Abgriffen (4096 x Umwandlungsverhältnis).IntegerEach Genre
sinc-LmDurchschnittliche Dämpfung des Sinc-Filters mit adaptiver Anzahl von Abgriffen (16384 x Umwandlungsverhältnis).IntegerClassical, Jazz, Blues
sinc-LIDurchschnittliche Dämpfung des Sinc-Filters mit adaptiver Anzahl von Abgriffen (65536 x Umwandlungsverhältnis).IntegerClassical
sinc-shortKurzer mittlerer Dämpfungs sinc- Filter mit adaptiver Anzahl von Abgriffen. Für SDM-Ausgänge besteht die Verarbeitung aus zwei Stufen mit einer 16-fachen Zwischenrate.AnyAnyNEU
DSD
sinc-mediumMittlerer Dämpfungs sinc- Filter mit adaptiver Anzahl von Abgriffen. Für SDM-Ausgänge besteht die Verarbeitung aus zwei Stufen mit einer 16-fachen Zwischenrate.AnyClassical, Jazz, BluesNEU
DSD
sinc-longLanger mittlerer Dämpfungs sinc- Filter mit adaptiver Anzahl von Abgriffen. Für SDM-Ausgänge besteht die Verarbeitung aus zwei Stufen mit einer 16-fachen Zwischenrate.AnyClassicalNEU
DSD
FilterBeschreibungRatioApodi-sierendGenreFokusOptimiert für
HQPlayer Filter Auswahl – Beschreibungen ohne Gewähr –

Filter mit *-2s haben ein zweistufiges Oversampling. Die Ratenumwandlung der ersten Stufe wird mindestens um den Faktor 8 unter Verwendung des ausgewählten Algorithmus durchgeführt. Und weiter in die endgültige Rate konvertiert, indem ein Algorithmus verwendet wird, der für die Konvertierung von Inhalten optimiert wurde, die bereits auf eine mindestens 8-fache Rate verarbeitet wurden. Dadurch wird die CPU-Gesamtlast gesenkt, während die Konvertierungsqualität beibehalten wird. Besonders nützlich für höchste Ausgaberaten.