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Mysterium Fax über VoIP - was man tun kann, damit es besser läuft

Mitglied: LordGurke

LordGurke (Level 3) - Jetzt verbinden

23.11.2016, aktualisiert 21:26 Uhr, 10799 Aufrufe, 12 Kommentare, 14 Danke

In einem Land, in dem es Behörden vogonischer Bauart gibt, da werden auch Breitband-Internetverbindungen benutzt um schön langsam mit 9.600 bps ein Schwarzweiß-Faksimile eines Dokuments mittels Akustik-Signal zu übertragen.
Anstatt, dass es per E-Mail über vorbezeichnete Breitband-Internetverbindung verschickt wird. Nunja...

Auf was muss man achten, damit die Quietschtöne eines G3-Faxgeräts per VoIP übertragen werden können und auch beim Empfänger ankommen?
Ich gehe hier kurz auf die einzelnen Punkte ein und erkläre sie für technisch interessierte auch etwas ausführlicher. Die Kernaussagen sind Fett markiert.
Hier beziehe ich mich auf klassische, echte, Hardware-Faxgeräte die man anfassen kann. Für Faxserver gilt diese Anleitung mit kleinen Einschränkungen auch (z.B. wegen Telefonanlagen-Ports oder so).

UPDATE 23.11.2016: Ein paar Sätze zu anderen Modems im allgemeinen hinzugefügt


Der Codec macht die Musik

Mit VoIP hat die Möglichkeit Einzug gehalten, den verwendeten Codec für die Übertragung der Audiodaten zu wählen. Alle Codecs haben ihre Vor- und Nachteile, für eine Faxübertragung muss in jedem Fall ein Codec gewählt werden, der keine Kompression nutzt und möglichst nicht zwischen Absender und Empfänger transkodiert werden muss.
Klarer Sieger: G.711a, auch "A-Law" oder "PCMA" genannt. Dieser Codec überträgt Audio exakt so, wie es im europäischen ISDN-Netz bereits seit Jahrzehnten der Fall ist.
Wenn eine Vermittlung ins alte PSTN-Netz vorgenommen werden muss, ist dies üblicherweise auch der einzige Codec, der einem vom Anbieter dafür angeboten wird. Klar, der will ja auch nicht unnötig transkodieren müssen.
Ein Fallstrick: Es gibt auch den Codec G.711u, auch µ-Law oder "PCMU" genannt. Der Unterschied zwischen "A" und "U" ist, dass A-Law mit 8 Bit und das in Nordamerika gebräuchliche µ-Law mit 7 Bit codiert. Dadurch ergibt sich durch die notwendige Transkodierung von µ-Law nach A-Law eine leichte Tonhöhenverschiebung, welche Fax- und Modemübertragungen beeinflussen kann.
Faxe können theoretisch mit dieser Verschiebung umgehen - im Standard vorgesehen ist es aber nicht und daher gibt es keine Garantie dafür.

Codecs wie G.722 (auch als "HD-Voice" bezeichnet), GSM, G.726, G.729 u.s.w. haben alle eines gemeinsam: Sie komprimieren vermeintlich unhörbare Daten weg.
Das mag für Menschen bei vielen dieser Codecs tatsächlich unhörbar sein - da diese Codecs aber alle für menschliche Sprache optimiert sind, werden hierbei vom Faxgerät genutzte Frequenzbereiche entweder stark verschoben oder gleich ganz rausgefiltert.

Der Jitterbuffer nervt das Fax

Ein gravierender Unterschied zwischen leitungsvermittelten (ISDN) und paketvermittelten Verbindungen (VoIP) ist der, dass bei ISDN bauartbedingt die Latenz zwischen Absender und Empfänger während der gesamten Verbindung immer gleich war. Ein Faxgerät ist sehr auf diese gleichbleibende Latenz angewiesen, da das Übertragungsverfahren der Faxdaten sehr von einer gleichmäßigen und kontinuierlichen Datenübertragung abhängt. Um dies zu gewährleisten, werden die Faxmodems während der "Begrüßung" miteinander synchronisiert.
Vereinfacht gesagt synchronisieren sich beide Modems auf einen Takt. Zwischen zwei Takten werden die Daten übertragen. Geraten die Faxmodems nun aus dem Takt, kann das Empfänger-Modem nicht mehr zuordnen, wo ein Takt aufhört und wo der neue anfängt und es kommt nur noch Datenmüll heraus.
Wer mehr darüber erfahren will: https://de.wikipedia.org/wiki/Quadraturamplitudenmodulation#Quantisierte ...

Bei einer paketvermittelten Verbindung, insbesondere am DSL-Anschluss kommt es jedoch zu Schwankungen in der Latenz, da die Leitung ja normalerweise immer wieder unterschiedlich stark ausgelastet wird - abhängig davon, ob da gerade parallel noch eine E-Mail versendet oder ein Katzenvideo heruntergeladen werden muss.
Dadurch, dass die Datenpakete dann möglicherweise etwas länger am Router warten müssen bis sie durch die Leitung dürfen, kommen diese Datenpakete mit unterschiedlicher Wartezeit beim Empfänger an. Diese Schwankungen nennt man "Jitter" und dagegen halten viele Telefonanlagen einen "Jitterbuffer" bereit. Dabei werden die Datenpakete innerhalb der Telefonanlage für einige Millisekunden aufbewahrt und erst dann ans Ziel weitergeleitet. Damit bekommt die Verbindung zwar eine künstliche, zusätzliche Latenz - aber insgesamt gibt es weniger Jitter und weniger hörbare Störungen. Eine tolle Sache, sollte man meinen?
Naja... Leider arbeiten diese Jitterbuffer meistens dynamisch - will heißen, sie erkennen, wenn Pakete fehlen oder stark verspätet ankommen und verlängern dabei im Laufe der Verbindung immer weiter die Warteschlange, bis die Pakete ausgeliefert werden. Die Gesamt-Latenz steigt dadurch immer weiter an und (was noch viel schlimmer ist) das Faxgerät wird durch diese sprunghaften Änderungen der Latenz immer asynchroner zum anderen Faxgerät. Das führt dann letztlich zum Abbruch der Faxübertragung, weil sich die Faxgeräte nicht mehr gegenseitig verstehen.

Der Jitterbuffer sollte daher zwingend ausgeschaltet oder - das funktioniert an sich auch ganz gut - auf einen fixen Wert von z.B. 4-12 ms konfiguriert werden. Das ist ein akzeptabler Wert für die meisten DSL-Zugänge, zudem sollten die Router sicherstellen können, dass die VoIP-Daten priorisiert werden und daher ohnehin weniger starker Jitter auftritt.
Ein Faxgerät kann in der Regel mit leichtem Jitter besser umgehen und sein Modem nachsynchronisieren als mit sprunghaft veränderten Latenzzeiten.

Mehr Breitband-Internet, weniger Faxgeschwindigkeit?

Trotz allem kann es natürlich trotzdem weiterhin zu Problemen bei Fax über VoIP kommen. In dem Fall kann es helfen, die Faxgeräte oder Fax-Server auf eine niedrigere Geschwindigkeit einzustellen oder bestimmte Modemtypen (z.B. Class-2 Modems) gleich komplett zu deaktivieren.
Die meisten halbwegs aktuellen Faxgeräte haben Optionen für "Übersee-Fax" oder "VoIP-Kompatibilität", die damit implizit die Geschwindigkeit reduzieren.

Was ist mit T.38?

T.38 wird gerne als die umfassende Lösung für Fax per VoIP, ja quasi das kaffeekochende Radiofaltsofa bepriesen.
Das kann stimmen - wenn man kein analoges Faxgerät ("G3") benutzt sondern mit einem Faxserver arbeitet. Warum?

Die Übertragung von Fax per Audio (über ISDN) wird T.30 genannt, der Nachfolger T.38 optimiert die Übertragung von Faxen in VoIP-Netzen.
Dabei arbeitet er grundlegen anders: Anstatt die Quietschtöne zu übertragen die empfindlich gegen Tonhöhe, Jitter und Packetloss sind, wird einfach das Fax als Bilddatei übertragen.
Das hat den Vorteil, dass man mit etablierten Fehlerkorrekturmechanismen arbeiten kann, als auch, dass nur die Bandbreite genutzt wird die tatsächlich vom Fax benötigt wird.
Anstatt also direkt 64 kbit/s zu belegen um ein Fax mit 9,6 kbit/s per Audio zu übertragen werden dann tatsächlich mit T.38 nur diese 9,6 kbit/s an Netzwerkbandbreite belegt.

Der Nachteil bei der Sache ist:
Man kann so ein analoges Faxgerät ja jetzt nicht nach T.38 nachrüsten, damit es einfach direkt per Netzwerkkabel die Bilddatei versendet. Daher gibt es sogenannte T.38-Gateways die auf der einen Seite Quietschtöne vom Faxgerät empfangen und auf der anderen Seite eine TIFF-Datei per T.38 versenden.
Dazu werden sie transparent in die Leitung geschaltet und tun gegenüber dem Absender-Faxgerät so, als wenn sie das Faxgerät des Empfängers wären. Allerdings sind die meisten T.38-Gateways, die man so in den besseren Telefonanlagen findet, weit entfernt davon ausgestattet zu sein wie ein vollwertiges Faxgerät. Meist fehlt es an Unterstützungen für ECM (ein Fehlerkorrekturmechanismus für T.30-Fax), es werden nur bestimmte Modemtypen und Kompressionsverfahren unterstützt und so Erweiterungen wie Farbfax sucht man auch vergeblich.

Mit diesem Modem redet dann das sendende Faxgerät, wenn es einen kompatiblen Übertragungsmodus findet. Auf der Empfängerseite klemmt - wenn da auch ein analoges Faxgerät steht - ebenfalls ein T.38-Gateway in der Leitung und übersetzt die TIFF-Datei wieder in Quietschtöne für das Fax. Natürlich nur, wenn es einen kompatiblen Übertragungsmodus findet...

Am Ende sind nicht - wie bei einer reinen Audioverbindung mit T.30 - nur zwei Modems beteiligt, die meistens kompatibel genug zueinander sind. Nein, es sind jetzt insgesamt vier Modems beteiligt, die mit ein wenig Pech ein klein wenig inkompatibel zueinander sind und am Ende keine Faxverbindung zustande bringen.
Wenn T.38-Gateways gut gemacht sind, können sie auch in diesem Fall eine echte Hilfe sein - leider ist dies in so mancher Telefonanlage offenbar leider nicht der Fall
Oft ist es besser und stressfreier per T.30 mit Audio zu faxen, als irgendeine mittelmäßige T.38-Krücke zu verwenden.

Was kann ich sonst noch testen, wenn es trotzdem nicht geht?

Als allererstes sollte man mal versuchen, seinem Faxgerät rein intern ohne externes Telefonnetz ein Fax zu senden resp. versenden zu lassen um das Telefonnetz des Providers als Ursache auszuschließen.
Ich habe schon erlebt, dass zwei baugleiche Faxgeräte direkt nebeneinander stehend am selben (ISDN-)TA-Wandler steckten und sich ums verrecken kein Fax zusenden konnten. Und als es endlich ging, kam nur eine 4.800 bps-Verbindung zustande, die hin und wieder abbrach...
Außerdem sollte man im Hinterkopf behalten, dass bereits zu Zeiten von ISDN und als Faxgeräte modern waren eine gewisse Inkompatibilität zwischen den Faxmodems herrschte. Man kann sagen, dass so ca. 5-6 % Fehlerquote im Bereich des Normalen sind.
Wenn kein anderes Faxgerät greifbar ist: Dein Notebook hat nicht selten noch ein analoges Modem, welches auch Faxen kann


Ist die Telefonanlage korrekt konfiguriert? Ein Faxgerät kann neben dem Jitterbuffer auch andere Dinge auf den Tod nicht ab, dazu zählen:
- Komfortrauschen (CNG, Comfort Noise Generator)
- Echounterdrückung
- AGC (Auto Gain Control)
Diese Funktionen sollten, wenn sie von der Telefonanlage bereitgestellt werden, für den Faxanschluss komplett ausgeschaltet werden.
Bei manchen TK-Anlagen reicht es, den Anschluss profan als Modemanschluss zu konfigurieren um genau diese Funktionen zu deaktivieren.


FritzBoxen... Je nach Modell haben die FritzBoxen das Problem, dass sie hin und wieder kurze Aussetzer an den S0-Ports und auch an den analogen Ports produzieren.
Das fällt beim Telefonieren nicht weiter auf, dem Fax gehen diese ständigen Unterbrechungen aber gewaltig auf den Zünder.
Hier vermag eventuell ein vernünftiger SIP-Adapter eine dauerhafte Lösung herbeizuführen.


Verkabelung geprüft? Wenn die Stecker jahrelang unverändert waren und plötzlich mal bewegt wurden weil eine neue Telefonanlage angeschafft wurde, kann es durchaus passieren dass an einem Stecker ein Wackelkontakt auftritt. Hier hilft es vielleicht schon, einfach mal testweise ein anderes Telefonkabel zwischen Faxgerät und Telefonanlage zu verwenden.


Faxgerät-Einstellungen prüfen - viele Geräte haben einen aktivierbaren Kompatibilitätsmodus für VoIP, manche einen "Übersee-Modus" oder einen Modus für störanfällige Verbindungen. Hier gilt es, auszuprobieren mit welcher Einstellung das Gerät die besten Ergebnisse liefert.


Bei Faxservern: Hier kann es helfen, bestimmte Modem-Serien zu deaktivieren. Man kann sagen: V.29, V.17 und V.27ter gehen eigentlich immer. Letzteren sollte man nie deaktivieren - das ist sozusagen das Ur-Modem aller Faxgeräte und der kleinste gemeinsame Nenner. V.29 bietet Fax bis 9.600 bps, V.17 kann bis 14.400 bps schneller faxen.
Zum Testen ist es durchaus eine gute Idee, einmal alles bis auf V.27ter zu deaktivieren und dann zu versuchen zu faxen. Die maximal 4.800 bps sind zwar eher zäh, aber wenn das funktioniert kann man sich langsam weiter vortasten.


ECM: Manche Faxserver funktionieren besser, wenn man ECM (Fehlerkorrekturtechnik für T.30-Fax) deaktiviert. Bei Störungen hat man dann zwar einen dünnen schwarzen Strich im Bild, aber wenn der Rest vom Fax dafür ankommt...


Symptome und Tipps


Eine Faxübertragung kommt zustande, bricht aber bei längeren Faxen (z.B. mehrere Seiten oder sehr aufwendige Grafik) immer wieder mal ab.
Das ist vermutlich ein Jitter-Problem resp. eines mit dem Jitterbuffer. Das Faxmodem kann zwar immer wieder nachsynchronisiert werden, aber das funktioniert auch nur in begrenztem Umfang.

Eine Faxübertragung kommt garnicht zu stande, aber man hört beide Faxgeräte wild "fiepen", dann legt irgendwer auf
Bei Faxübertragung per Audio: Der Codec ist vermutlich falsch. Das Faxgerät kann bei Audioübertragung nur mit G.711a (a! wichtig!) betrieben werden. Andere Codecs wie z.B. der G.722 HD-Codec sind nicht für Modemübertragungen geeignet.
Bei Einsatz von T.38: Das T.38-Gateway der Telefonanlage kann mit der angerufenen Gegenstelle keine kompatible Übertragung aushandeln. Währenddessen wird das sendende Fax in einer Art Warteschleife gehalten, deshalb hört man die Carriertöne vom T.38-Gateway. Hier müssen die Einstellungen der Telefonanlage hinsichtlich T.38 und der Firewall geprüft werden - denn für T.38 werden manchmal Portranges genutzt, die vom RTP-Range abweichen! T.38 wird von manchen Gegenstellen auch nur akzeptiert, wenn ein gerader, also glatt durch 2 teilbarer Port verwendet wird.
Zum Testen sollte T.38 deaktiviert und eine reine Audioverbindung getestet werden.

Es kann auch passieren, dass das Faxgerät kein "Training" hinbekommt, also mit keiner verfügbaren Einstellung mit der Gegenstelle Kontakt aufnehmen kann.
Dies könnte viele Ursachen haben - meistens gibt das Faxgerät einen Fehlercode aus, der Licht ins Dunkel bringt.
Sonst hilft vielleicht, blind die Tipps aus dem Block "Was kann ich sonst noch testen, wenn es trotzdem nicht geht?" anzuwenden.


Wenn das alles nicht klappt?

Steig' auf E-Mail um
Für den Fall dass dieser Beitrag nicht weiterhelfen konnte, stelle deine Frage einfach als neuen Beitrag im VoIP-Forum. Diese Hilfe ist absichtlich sehr allgemein gehalten und hier Detailfragen zu beantworten macht die Sache nicht übersichtlicher


Was ist mit anderen Datenfernübertragungs-Techniken (V.92-Modem, ISDN-RAS, G4-Fax, Fernauslesemodem...)?

Wenn es ein Data-over-Voice-Modem ist, also mit einem TAE- oder RJ11-Stecker ans Telefonnetz angeschlossen wird und Geräusche darüber macht, gelten die meisten Tipps dieser Anleitung ebenfalls.
Insbesondere im Hinblick auf die Codecs und den Jitterbuffer.

Wenn es eine digitale Ende-zu-Ende ISDN-Datenverbindung ist wie z.B. CAPI, G4-Fax oder Videotelefonie über ISDN, funktionieren diese Tipps gar nicht.
Diese Datenverbindungen basieren nicht auf der Übertragung von Daten per Audioübertragung sondern setzen auf die Fähigkeit von ISDN, zwischen zwei Teilnehmern eine rein digitale Verbindung aufzubauen, über die Datenströme 1:1 bitgenau übertragen werden können.
Das gibt es heute auch und heißt "VPN über Internet". Wer aber unbedingt eine CAPI-Einwahl irgendwohin vornehmen muss benötigt Hardware mit speziellen Fähigkeiten:
Zum einen muss ein SIP-ATA mit ISDN-Port her, welcher den Codec "clearchannel" nach RFC4040 (nicht zu verwechseln mit dem gleichnamigen Provider) unterstützt. Wenn du den hast, brauchst du noch eine Telefonanlage, die diesen Codec zumindest transparent durchreicht - oder du lässt den SIP-ATA direkt mit deinem Provider registrieren.
Jetzt kommt der knifflige Teil: Der Provider muss das natürlich auch supporten. Stand November 2016 bietet die Telekom kein clearchannel an bei Anrufen, bei denen A- oder B-Seite im alten ISDN-Netz sitzen. Befinden sich beide Teilnehmer im VoIP-Netz der Telekom und die Gegenstelle unterstützt auch clearchannel kann eine entsprechende Verbindung aufgebaut werden - die Telekom mischt sich in die Codec-Aushandlung zwischen zwei SIP-Teilnehmern nicht ein. Allerdings wird der Durchsatz über die RTP-Proxies der Telekom begrenzt, so dass evtl. nur Verbindungen mit maximal 64 Kbit/s möglich sind.
Wie es mit clearchannel bei anderen Providern aussieht, kann ich momentan nicht beantworten - Provider die dies unterstützen dürften aber generell sehr, sehr dünn gesät sein.


Über den Autor

Der Autor betreut derzeit ca. 80.000 Rufnummern auf Faxservern, die über selbst (also nicht von mir persönlich, vom Arbeitgeber...) betriebene NGN- und SS7-Interconnects direkt mit dem Netz der Telekom verbunden sind.
Aufgrund wochenlanger Fax-Debugging-Arbeit, die unter anderem mit sich brachte dass in Fax-Verbindungen auf Testsystemen live hineingehört wurde, kann er nun anhand der Geräusche des Faxgeräts den verwendeten Modemtyp, die ausgehandelte Geschwindigkeit, den ECM-Modus und den Seitenwechsel per Fax erkennen. Leider gibt es "Wetten, dass?" nicht mehr...
Und ich habe mich erkundigt: Dagegen gibt es nichts von Rathiopharm!
Mitglied: Lochkartenstanzer
23.11.2016 um 04:42 Uhr
Moin,

sehr gute Zusammenfassung der wesentlichen Punkte.

Aufgrund wochenlanger Fax-Debugging-Arbeit, die unter anderem mit sich brachte dass in Fax-Verbindungen auf Testsystemen live hineingehört wurde, kann er nun anhand der Geräusche des Faxgeräts den verwendeten Modemtyp, die ausgehandelte Geschwindigkeit, den ECM-Modus und den Seitenwechsel per Fax erkennen. Leider gibt es "Wetten, dass?" nicht mehr...

Erinnert mich an die Zeit, als Akkustikkoppler und 300baud-Modems und mailboxen und uucp Standard waren und man durch die amerikanischen und europäischen Standards gezwungen war durch trial and error oder durch Gehör raszufinden, was die Gegenstelle geanau haben will. Nach einiger Übung konnte man sogar manchen Modems die richtigen Töne entgegenpfeifen.


Aber alles in allem zeigt das mal wieder, daß bei Modemproblemen das menschliche Gehör immer noch ein sehr gutes Diagnoseinstrument ist - falls einem der Tinnitus nicht dazwischenfunkt.

lks
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Mitglied: Herbrich19
23.11.2016 um 06:34 Uhr
Sehr schön, ich überlegte jetzt wieder einfrach mal eine zweite nummer meinen Windows Server zu geben mit installierten Fax Diensten. Giebt genug leute die ein Fax schon für Fortschtlich halten. Ich meine meine Eltern haben schon Email aber andere Leute, da ist ein Fax gerade mal das höchste der Töne. Und da ich ein Fax Server besser finde als ein Fax Gerät (Fax Server kann problemlos wie email von Computer eingegeben werden^^). Ich werde auf jeden Fall gleich mal Anfangen den Faxdienst laufen zu lassen. Muss aber nur noch ein passendes Modem finden da ich nur eine ISDN-Karte in Server habe, mein VoIP Adapter aber leider nur Analoge Buchsen aber kein ISDN hat.
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Mitglied: brammer
23.11.2016 um 08:07 Uhr
Hallo,

Ein sehr guter Überblick!
Gute Details.

@LordGurke
Hast du einen Überblick in wie weit das auf die Funktionalität von alten Analog Modem übertragen werden kann?
Diese arbeiten ja mit einer dem Fax sehrt ähnlichen Übertragungstechnik oder Logik.

brammer
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Mitglied: Lochkartenstanzer
23.11.2016 um 09:38 Uhr
Zitat von brammer:

Hast du einen Überblick in wie weit das auf die Funktionalität von alten Analog Modem übertragen werden kann?

  • Kompressionsfreien Codec verwenden (u-law oder a-law, je nach Gegenstelle)
  • Jitterbuffer abschalten oder "fixieren" auf kleinen Wert.

Das ist das wesentlichen Punkte die man bei kommunikation mit Quietschtönen beachten muß.

lks
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Mitglied: Kraemer
23.11.2016 um 12:43 Uhr
Moin,

vielen Dank für diesen erstklassigen Artikel und den genutzten lockeren Schreibstil.

Gruß Krämer
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Mitglied: LordGurke
23.11.2016 um 21:37 Uhr
Danke

@brammer - @Lochkartenstanzer hat da vollkommen Recht, ich habe das aber oben noch ergänzt.
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Mitglied: aqui
26.11.2016 um 09:53 Uhr
Besser hätte man es nicht machen können ! Klasse Tutorial mit erstklassigem Praxisbezug.
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Mitglied: LordGurke
15.03.2018 um 17:13 Uhr
Ich füge mal etwas an, weil ich es gerade zur Hand habe:
Sie sieht das Spektrum beim Verbindungsaufbau zwischen den Faxgeräten aus.
Das obere Faxgerät ist ein analoges Gerät. Dort kann man Rauschen auf der Leitung und sogar Echos erkennen.
Das untere Fax ist ein Faxserver, daher gibt es dort weder Rauschen noch Echo.

fax-spektrum-2 - Klicke auf das Bild, um es zu vergrößern
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Mitglied: Penny.Cilin
25.04.2019 um 13:55 Uhr
Super Anleitung. - Danke.

Gruss Penny.
Bitte warten ..
Mitglied: Lochkartenstanzer
25.04.2019 um 14:24 Uhr
Schönes Spektrum. Hast Du es selbst mitgeschnitten oder war das aus der Konserve?
Bitte warten ..
Mitglied: aqui
25.04.2019, aktualisiert um 14:29 Uhr
Vermutlich selbst beim Troubleshooting mit Audacity ?!
Bitte warten ..
Mitglied: LordGurke
25.04.2019, aktualisiert 10.05.2019
Habe das auf der Telefonanlage als Audio aufgezeichnet (dadurch habe ich auch die getrennten A- und B-Kanäle) und das dann in Audacity eingeworfen.
Da sieht man auch schön die Latenz zur Gegenstelle

Das Problem war damals WIMRE, dass bei der Gegenstelle Störungen eingehend auf der Leitung auftraten. Das kann man sogar im Echo des CED/ANS sehen.
Bitte warten ..
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