Latenz – Die Problematik

Obwohl Elektronen mit gemütlichen 0,1 Millimeter pro Sekunde durch unsere Kabel wandern, existieren innerhalb analoger Systeme keine merklichen Verzögerungen. Ein Signal vom Mikrofon, über 50 Meter Kabel in die Regie, durch den Vorverstärker, über das Mischpult und ein paar Effekte ertönt augenblicklich aus den Lautsprechern. Erst wenn wir es um die halbe Welt schicken offenbart sich ein leichter Zeitversatz von wenigen Millisekunden.

Dieser Sachverhalt gilt ebenfalls für digitale Signale, die sich prinzipiell in der gleichen Art und mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Werden sie jedoch konvertiert, aufgefrischt oder bearbeitet, addieren sich ungewollte aber unvermeidbare Latenzen, die sich unter Umständen zu kritischen Werten summieren.

Ein einfaches und weit verbreitetes Beispiel für diese Problematik sind Softwareinstrumente. Ist die Soundkarte zu langsam und du drückst die Taste am Keyboard, vergeht eine merkliche Zeit bis der Sound schließlich aus den Boxen kommt. Ist sie zu lang, fällt es uns schwer die motorischen Fingerbewegung mit der verspäteten akustischen Rückmeldung zu synchronisieren und macht eine Aufnahme unmöglich.

Latenz im Wandler

Die erste Latenz entsteht bereits bei der Wandlung der kontinuierlichen analogen Signale in diskrete Digitalwerte. Leistungsfähige A/D Wandler benötigen dafür lediglich wenige Samples und somit je nach Abtastrate zwischen 0,03 und und 0,3 Millisekunden.

The minimum latency the human ear can detect is about 11ms. It would take between 10 and 20 stages of A/D and D/A before we percieved latency in a signal.Focusrite

Gleiches gilt für die Rekonstruktion am D/A Wandler, so dass eine komplette Wandlungskette im Idealfall unter 1 Millisekunde benötigt und damit weit ausserhalb des merklichen Bereichs liegt. Livepulte wie ein Behringer X32 oder Yamaha M7CL schaffen selbiges inklusive digitaler Effekte unter 3 Millisekunden.

Latenz am Interface

Deutlich höhere Latenzen entstehen bei der Verwendung von Audio Interfaces. Ist das Signal gewandelt, wird es für den Weitertransport per USB, Firewire oder PCIe Schnittstelle in einem Zwischenspeicher (Buffer) kurzzeitig gelagert und gelangt erst weiter, wenn dieser komplett gefüllt ist. Mit wenigen hundert Mikrosekunden ist diese Zeitspanne zwar sehr gering, aber dennoch vorhanden.

Direkt danach bestimmt der Treiber (z.B. ASIO) mit ebenfalls vorhandenem Buffer über das weitere Schicksal. Je nach gewählter Größe und Samplingfrequenz verzögert sich die Ankunft im Sequenzer um typische 64-128 Samples oder 1-4 ms, bei schlecht programmierten Treibern und günstiger Hardware können hier auch zweistellige Latenzwerte entstehen.

Damit das Audiosignal anschließend auch aus den Lautsprechern erschallt, müssen wir den kompletten Prozess in umgekehrter Reihenfolge zurück gehen. Auch hier addieren sich die Latenzen von Treiber, Schnittstelle und Wandlung, so dass ein kompletter Durchlauf von In- zu Output zwischen 2-4 Millisekunden bei Profisystemen und 10-20 ms bei schlecht optimierten Onboard Soundkarten benötigt.

Je nach System benötigt ein Signal vom Input bis zum Output mehrere Millisekunden
Je nach System benötigt ein Signal vom Input bis zum Output mehrere Millisekunden

Fazit

Latenzen und digitale Signale sind im Audiobereich untrennbar miteinander vereint, lassen sich jedoch durch hochwertige Hardware, der richtigen Schnittstelle und schnellen Treibern auf unmerkliche Bereiche reduzieren. Welche Optimierungsmöglichkeiten es alles gibt, erfährst du im zweiten Teil dieses Artikels.