Das TrueMatch-Verfahren erlaubt es, die Dynamik herkömmlicher A/D-Wandler zu erweitern. Im Studioeinsatz befinden sich heute fast ausnahmslos A/D-Wandler mit 64-fachem oder 128-fachem Oversampling. Diese Wandler verfügen über eine ausgezeichnete Linearität, die im Wesentlichen nur noch durch die Rechengenauigkeit der Dezimierungsfilter bestimmt wird und als praktisch fehlerfrei betrachtet werden darf.
Dennoch werden in den Datenblättern der A/D-Wandler Linearitätsmessungen angegeben, die bei kleineren Pegeln zunehmende Fehler aufzeigen. Folgende Faktoren sind hierfür die wesentlichen Ursachen:

Rauschen Eine positive Abweichung signalisiert, dass der digitalisierte Wert einer größeren als der tatsächlich angelegten Eingangsspannung entspricht: Das Wandlerrauschen addiert sich zur Eingangsspannung.

Ungenügende Bitbreite Sowohl positive als auch negative Abweichungen von der Linearität zeigen, dass ein Rundungsfehler vorliegt: Der digitalisierte Wert bildet das Eingangssignal nicht mehr genau ab. Dieses Phänomen kennt man auch als »Quantisierungsrauschen«.

Hieraus folgt, dass die vorhandene Wandlertechnologie bestens zur Digitalisierung großer Audiosignale geeignet ist. Die theoretisch größte Genauigkeit der Digitalisierung eines Audiosignals erreichen diese Wandler knapp unterhalb der Clip-Grenze: Harmonische Verzerrungen und Rauschen besser als –100 dBFS (THD&N < 0,001%) sind heute keine Seltenheit mehr.

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Signale mit geringem Pegel

Bei kleinen Audiosignalen werden jedoch wesentlich schlechtere Werte erreicht. Bei einem Signal, das beispielsweise 60 dB unterhalb der Clip-Grenze liegt, werden bei den heute üblichen A/D-Wandlern Verzerrungs- und Rauschwerte von nur noch 0,1…0,5% (THD&N < –60…45 dB bei 60 dbFS) erreicht d.h., derartige Audiosignale werden nur noch in 8…10 Bit aufgelöst.
Berücksichtigt werden dürfen somit nicht nur die großen Pegel, denn in der Audiotechnik stört sich niemand an Klirrfaktoren von 1% bei Vollaussteuerung (beispielsweise bei Lautsprechern), sondern auch bei kleinen Pegeln muss es sehr verzerrungsarm und möglichst rauscharm zugehen.

Mehr Dynamik

Da ferner unsere akustische Umgebung eine sehr große Dynamik umfasst und laute Signale bei der Wandlung keinesfalls die Clip-Grenze erreichen dürfen — ein ausreichender »Headroom« muss einkalkuliert werden —, gab es in der Audiotechnik permanent den Ruf nach größerer Dynamik, in der Digitaltechnik nach mehr »Bits«.
Die Entwicklung führte demzufolge zu immer höherer Auflösungen, jedoch wurde von theoretischen Dynamikwerten ausgegangen: 16-Bit-A/D-Wandler besitzen THD&N-Werte von –96 dBFS, 20-Bit-Wandler –120 dBFS und 24-Bit-Wandler –144 dBFS (Werte grob gerundet). Hierbei wurde jedoch die analoge Technik nicht berücksichtigt: Aufgrund von analogen Eingangsstufen steigen Klirrverzerrungen bei zunehmendem Pegel an.

truematch-2 1Die reale Welt der Wandler

Die Grafik zeigt den Zusammenhang zwischen den Verzerrungen und dem Rauschen in Abhängigkeit des Pegels. Bei einem 24-Bit-Wandler beträgt der theoretische THD&N-Wert bei Vollaussteuerung (0 dBFS) etwa –144 dBFS. Bei einem sehr kleinem Pegel von < 144 dBFS kann das Signal durch den Wandler nicht mehr aufgelöst werden, der Rauschanteil entspricht dem Signalanteil (Quantisierungsrauschen) beziehungsweise überwiegt sogar. Diesen theoretischen Sachverhalt zeigt die gestrichelte Linie.
Die mit zunehmendem Pegel zusätzlich von realen Wandlern erzeugten Klirrverzerrungen sind im rechten Teil der Grafik dargestellt.