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niceguy · 26. April 2003, 13:15

Technisch sehr schön beschrieben - alle Achtung

Ergänzen könnte man noch, dass die CDs am Anfang unter Reinst-Raum-Bedingungen produziert werden musste, ein sehr aufwändiges, teures Verfahren.

Heutzutage können über die seit vielen Jahren übliche Metallmatrize kostengünstig und weitgehend automatisiert auch kleine Stückzahlen einer CD preiswert produziert werden.

Beachtet man den Preis einer Audio-CD, wird die Gewinnmarge für die Plattenfirmen schnell klar.

Als weiteres muss noch erklärt werden, wie Musik in hörbarer Form überhaupt auf die CD kommt. Dazu muss die analoge Musik, wie wir sie hören können in digitale Form gebracht werden. Digital heisst auch nicht anderes als Schritt(e). Siehe Digitalis - ein Herz(-schrittmacher-)Medikament.

Zum Digitalisieren wird ein bestimmtes Verfahren verwendet. Bei der CD ein lineares PCM-Verfahren - PulsCodeModulation. Bei einer Bandbreite von 16 bit Auflösung (anfangs sogar nur 14 bit bei Philips) und einer Abtastrate von 44,1 kHz wird also 44100-mal pro Sekunde das analoge Signal mit einer Auflösung von 16 bit (16 Stufen binär) abgefragt.

16 bit sind 2-hoch-16 = 65536 Lautstärkestufen des Signals.

Beim 'Hören einer CD' wird genau das entgegengesetzte Verfahren angewandt. Die Bits & Bytes, aus den Pits gelesen, werden durch einen oder mehrere Digital-Analog-Wandler (D/A) gejagt. Die Bits stehen jeweils für Lautstärke und Töne. Je besser, also exakter und linearer, der D/A-Wandler funktioniert, desto präziser ist das ursprünglich aufgezeichnete analoge Musiksignal wieder zu hören.

Das menschliche Ohr hat die Eigenschaft, bei sehr lauten Tönen beigemischte leise Töne nicht mehr wahrzunehmen. Leider hat man sich damals für lineares PCM entschieden, so dass sehr leise Passagen, wie z.B. bei Klassik, eine relativ grobe Auflösung haben. Sinnvoller wäre es gewesen, nichtlineare PCM-Kodierung zu nehmen, um leise Töne besser auflösen zu können.

Bei lauten Tönen, z.B. Heavy Metal, ist es eh wurscht. Ein Dynamikumfang von 2 dB braucht keine besonders feine Auflösung.

Neue Techniken wurden entworfen, um die Musikqualität nochmals deutlich nach oben zu schrauben. Wie so oft, konnte die Industrie sich nicht auf einen gemeinsamen Standard einigen.

Es gibt mittlerweile die SACD, die SuperAudioCD .
Sie verwendet Direct-Stream-Digital-Technologie (DSD).

Hier ein Auszug der Technik:
Bei der Aufzeichnung kommt ein 1-Bit-Analog-/Digitalwandler mit einer 2.8224-MHz-Sampling-Frequenz zum Einsatz: der so gewonnene hochauflösende Datenstrom wird direkt auf einem Super-Audio-CD-Master-Recorder aufgezeichnet. Dank der 1-Bit-Technologie von DSD ist der Impulsstrom außerordentlich präzise und originalgetreu, da überflüssige Quantisierungs- und Dezimierungsprozesse entfallen. Auf der Wiedergabeseite macht die Verwendung von DSD klangmindernde Interpolations- und Anti-Aliasing-Filter überflüssig, die bislang bei der herkömmlichen CD dazu verwendet werden, Frequenzen oberhalb 20 kHz abzutrennen. Im DSD-Format ist der Frequenzgang auf 100 kHz ausgeweitet, mit einem Dynamikbereich von 120 dB im hörbaren Frequenzbereich. Kurzum, DSD ermöglicht die direkte Aufzeichnung eines sehr präzisen, hochauflösenden Datenstroms, der dann in exzellenter Klangqualität wiedergegeben werden kann. Namhafte Toningenieure und Tonmeister wissen die außergewöhnliche Qualität der DSD-Technik schon länger zu schätzen. Viele haben bereits signalisiert, daß DSD alle Leistungsmerkmale eines zukunftsweisenden hochauflösenden Tonstandards besitzt.

Es wurden drei Super-Audio-CD-Typen festgeschrieben: einschichtig (single layer), doppelschichtig (dual layer) und Hybrid. Eine einschichtige Disc besteht aus einer einzigen High Density (HD)-Schicht mit 4,7 Gbyte Speicherkapazität. Die doppelschichtige Disc enthält zwei dieser Schichten mit einer Gesamtkapazität von 8,5 Gbyte. Die Hybrid-Disc enthält eine HD-Schicht und eine CD-Schicht, die eine Wiedergabe in herkömmlichen CD-Playern ermöglicht. Die einzelnen Musikfirmen können wählen, welche SACD sie produzieren möchten.

Zum zweiten die DVD-Audio, die Musiksignale bis zu 1000-mal feiner auflöst als eine Musik-CD herkömmlicher Art. In jedem Fall wird eine DVD-Audio-tauglicher Player erforderlich sein.

Technik-Zitat:
So wird bei DVD Audio linear codiert, und zwar mit Abtastraten von 44,1, 48, 88,2, 96, 176,4 und 192 kHz. Eine maximale Datenrate von 9,6 Mbit/s ist möglich. Damit ist allerdings klar, dass DVD Audio nicht in der Lage ist, für alle der maximal sechs möglichen Kanäle (5.1 Surround-Klang) die maximale Abtastrate (192 kHz) und die maximale Wortbreite (24 Bit) gleichzeitig zu verwenden. Es ist aber technisch möglich, die Abtastraten und die Wortbreiten für die Front- und die Surroundkanäle sowie den Subwooferkanal unterschiedlich zu codieren. Der Nutzen dieser Funktion wird beispielsweise bei Konzertaufnahmen deutlich: Die Frontkanäle dienen der Musikreproduktion, die Surroundkanäle aber ausschließlich der Abbildung des Raums und dem Klatschen des Publikums. In einem solchen Fall versieht der Masteringtechniker die Frontkanäle mit einer höheren Auflösung und Abtastrate als die Surroundkanäle, an die geringere Anforderungen gestellt werden. In der Praxis aber sind meist gleiche Abtastraten bei 5.1-DVD Audio-Discs zu beobachten (entweder 96 kHz/24-Bit oder 48 kHz/24-Bit pro Kanal).

Setzt man eine lineare Pulse Code Modulation (PCM)-Codierung voraus, so ergibt sich bei einer Single-Layer-DVD (DVD-5) bei Stereoausgangsmaterial und einer 48 kHz-Abtastrate sowie einer Wortbreite von 24 Bit eine Abspielzeit von 258 Minuten. Bei einer DVD-9 (Eine Seite, zwei Layer, das meistgebräuchliche Format für Spielfilme auf DVD Video) wächst die Spielzeit auf 469 Minuten an. Erhöht man die Abtastrate auf das bei DVD Audio mögliche Maximum von 192 kHz, bleiben im Falle DVD-5 noch 64 und im Falle DVD-9 noch 117 Minuten übrig. Dies gilt für eine Stereo-Aufnahme, anders sieht es im Mehrkanalmodus aus. Hier ist es zwar, wie schon erwähnt, wegen der maximalen Datenrate nicht möglich, mit einer Abtastfrequenz von 192 kHz zu arbeiten, 96 kHz, kombiniert mit einer Wortbreite von 24 Bit, sind aber realisierbar. Nutzt man dies aus, bliebe bei einer LPCM-DVD noch eine Spielzeit von 43 Minuten (DVD-5) beziehungsweise 78 Minuten auf einer DVD-9. Zu wenig, so die einhellige Meinung der DVD Audio-Macher, also musste die Spielzeit erhöht werden - aber bitte nicht mit Hilfe eines verlustbehafteten Komprimierungsverfahrens. Im Computerbereich sind verlustfreie Packing-Verfahren nichts besonders. Viele PC-Anwender werden das Programm "WinZip" kennen, mit dessen Hilfe Dateien effektiv "gepackt", das heißt in der Dateigröße reduziert werden können, um so den Versand via e-mail oder das Abspeichern auf einer CD-R oder einer Diskette zu erleichtern. Nach dem "Entpacken" des Programms ist dann wieder alles im Ursprungszustand, also kein Verlust ist durch das "packen" von Daten entstanden. Nach diesem Prinzip arbeitet nun auch "Meridian Lossless Packing", kurz MLP genannt. Hier ist das decodierte Audiosignal mit dem PCM-Signal bitidentisch, MLP decodiert mit hoher Präzision Bit für Bit. Wie stark komprimiert wird, hängt vom Programmmaterial und von den eingestellten Parametern ab. Umso höher die Bitrate und die Auflösung, umso höhere Bitraten lassen sich erreichen. Gebräuchlich sind Kompressionswerte zwischen 1,3 und 1,7 erreicht, aber teilweise auch deutlich höhere Werte bis zu 50 Prozent. Anders ausgedrückt: MLP kann die Spielzeit einer DVD Audio von 25 bis 55 Prozent erhöhen.

Liegt eine DVD Audio im Surroundformat vor, muss alternativ auch noch ein Stereosignal bereitstehen, um die Kompatibilität auch zu einer hochwertigen HiFi-Anlage sicherzustellen. Hier können zwei unterschiedliche Wege unterschiedlicher Güte beschritten werden: Der ein, klanglich weniger überzeugende Weg ist die Umkehrung der von Dolby ProLogic bekannten Matrixarbeit. Während bei ProLogic mit Hilfe einer Matrix aus den zwei Kanälen, in denen der Centerkanal und der monoaurale Kanal für die Surroundlautsprecher mitverschlüsselt sind, die vier Kanäle gewonnen werden, nutzt man hier ein Matrixverfahren, um aus dem Surround- ein Stereosignal zu gewinnen. Diese Verfahren ist auch vom sogenannten Downmix bei Dolby Digital bekannt. Die Qualität aber stellt den anspruchsvollen Musikliebhaber nicht zufrieden. Daher gibt es auch noch einen zweiten Weg, nämlich eine vollkommen unabhängig abgemischte Stereospur anzubieten. Über das Menü am DVD Audio-Player kann die Tonspur, die wiedergegeben werden soll, ausgewählt werden.

Inzwischen gibt es auch schon Hybrid-Player, die CD, DVD-Video, SACD und DVD-Audio wiedergeben können. Kosten derzeit aber mindestens 1000 Euro.

Nachteil ist bei beiden neuen Verfahren, dass man den Mehrkanalton NICHT digital an seinen Dolby-Digital-tauglichen Mehrkanalverstärker übergeben kann. Das Signal geht nur analog gewandelt als 5.1-Kanal-Verbindung zum Verstärker. Man kann also das Signal auch nicht so einfach digital auf den PC überspielen, was natürlich klasse wäre.

Sind und Zweck ist natürlich zu verhindern, dass digitale (Raub-)Kopien erstellt werden. Dank des neuen Urheberrechtsschutzgesetzes in Deutschland darf man solche Kopierschutzmechanismen nicht legal aushebeln - auch nicht für den ansonsten erlaubten Privatgebrauch.

Die Musikindustrie freuts natürlich, da kaufkräftige Käufer sich schon jetzt auf die neuen Techniken stürzen.

26. April 2003, 13:15	#2
niceguy Ungültige E-Mail Angabe Registriert seit: May 2002 Beiträge: 231	Technisch sehr schön beschrieben - alle Achtung Ergänzen könnte man noch, dass die CDs am Anfang unter Reinst-Raum-Bedingungen produziert werden musste, ein sehr aufwändiges, teures Verfahren. Heutzutage können über die seit vielen Jahren übliche Metallmatrize kostengünstig und weitgehend automatisiert auch kleine Stückzahlen einer CD preiswert produziert werden. Beachtet man den Preis einer Audio-CD, wird die Gewinnmarge für die Plattenfirmen schnell klar. Als weiteres muss noch erklärt werden, wie Musik in hörbarer Form überhaupt auf die CD kommt. Dazu muss die analoge Musik, wie wir sie hören können in digitale Form gebracht werden. Digital heisst auch nicht anderes als Schritt(e). Siehe Digitalis - ein Herz(-schrittmacher-)Medikament. Zum Digitalisieren wird ein bestimmtes Verfahren verwendet. Bei der CD ein lineares PCM-Verfahren - PulsCodeModulation. Bei einer Bandbreite von 16 bit Auflösung (anfangs sogar nur 14 bit bei Philips) und einer Abtastrate von 44,1 kHz wird also 44100-mal pro Sekunde das analoge Signal mit einer Auflösung von 16 bit (16 Stufen binär) abgefragt. 16 bit sind 2-hoch-16 = 65536 Lautstärkestufen des Signals. Beim 'Hören einer CD' wird genau das entgegengesetzte Verfahren angewandt. Die Bits & Bytes, aus den Pits gelesen, werden durch einen oder mehrere Digital-Analog-Wandler (D/A) gejagt. Die Bits stehen jeweils für Lautstärke und Töne. Je besser, also exakter und linearer, der D/A-Wandler funktioniert, desto präziser ist das ursprünglich aufgezeichnete analoge Musiksignal wieder zu hören. Das menschliche Ohr hat die Eigenschaft, bei sehr lauten Tönen beigemischte leise Töne nicht mehr wahrzunehmen. Leider hat man sich damals für lineares PCM entschieden, so dass sehr leise Passagen, wie z.B. bei Klassik, eine relativ grobe Auflösung haben. Sinnvoller wäre es gewesen, nichtlineare PCM-Kodierung zu nehmen, um leise Töne besser auflösen zu können. Bei lauten Tönen, z.B. Heavy Metal, ist es eh wurscht. Ein Dynamikumfang von 2 dB braucht keine besonders feine Auflösung. Neue Techniken wurden entworfen, um die Musikqualität nochmals deutlich nach oben zu schrauben. Wie so oft, konnte die Industrie sich nicht auf einen gemeinsamen Standard einigen. Es gibt mittlerweile die SACD, die SuperAudioCD . Sie verwendet Direct-Stream-Digital-Technologie (DSD). Hier ein Auszug der Technik: Bei der Aufzeichnung kommt ein 1-Bit-Analog-/Digitalwandler mit einer 2.8224-MHz-Sampling-Frequenz zum Einsatz: der so gewonnene hochauflösende Datenstrom wird direkt auf einem Super-Audio-CD-Master-Recorder aufgezeichnet. Dank der 1-Bit-Technologie von DSD ist der Impulsstrom außerordentlich präzise und originalgetreu, da überflüssige Quantisierungs- und Dezimierungsprozesse entfallen. Auf der Wiedergabeseite macht die Verwendung von DSD klangmindernde Interpolations- und Anti-Aliasing-Filter überflüssig, die bislang bei der herkömmlichen CD dazu verwendet werden, Frequenzen oberhalb 20 kHz abzutrennen. Im DSD-Format ist der Frequenzgang auf 100 kHz ausgeweitet, mit einem Dynamikbereich von 120 dB im hörbaren Frequenzbereich. Kurzum, DSD ermöglicht die direkte Aufzeichnung eines sehr präzisen, hochauflösenden Datenstroms, der dann in exzellenter Klangqualität wiedergegeben werden kann. Namhafte Toningenieure und Tonmeister wissen die außergewöhnliche Qualität der DSD-Technik schon länger zu schätzen. Viele haben bereits signalisiert, daß DSD alle Leistungsmerkmale eines zukunftsweisenden hochauflösenden Tonstandards besitzt. Es wurden drei Super-Audio-CD-Typen festgeschrieben: einschichtig (single layer), doppelschichtig (dual layer) und Hybrid. Eine einschichtige Disc besteht aus einer einzigen High Density (HD)-Schicht mit 4,7 Gbyte Speicherkapazität. Die doppelschichtige Disc enthält zwei dieser Schichten mit einer Gesamtkapazität von 8,5 Gbyte. Die Hybrid-Disc enthält eine HD-Schicht und eine CD-Schicht, die eine Wiedergabe in herkömmlichen CD-Playern ermöglicht. Die einzelnen Musikfirmen können wählen, welche SACD sie produzieren möchten. Zum zweiten die DVD-Audio, die Musiksignale bis zu 1000-mal feiner auflöst als eine Musik-CD herkömmlicher Art. In jedem Fall wird eine DVD-Audio-tauglicher Player erforderlich sein. Technik-Zitat: So wird bei DVD Audio linear codiert, und zwar mit Abtastraten von 44,1, 48, 88,2, 96, 176,4 und 192 kHz. Eine maximale Datenrate von 9,6 Mbit/s ist möglich. Damit ist allerdings klar, dass DVD Audio nicht in der Lage ist, für alle der maximal sechs möglichen Kanäle (5.1 Surround-Klang) die maximale Abtastrate (192 kHz) und die maximale Wortbreite (24 Bit) gleichzeitig zu verwenden. Es ist aber technisch möglich, die Abtastraten und die Wortbreiten für die Front- und die Surroundkanäle sowie den Subwooferkanal unterschiedlich zu codieren. Der Nutzen dieser Funktion wird beispielsweise bei Konzertaufnahmen deutlich: Die Frontkanäle dienen der Musikreproduktion, die Surroundkanäle aber ausschließlich der Abbildung des Raums und dem Klatschen des Publikums. In einem solchen Fall versieht der Masteringtechniker die Frontkanäle mit einer höheren Auflösung und Abtastrate als die Surroundkanäle, an die geringere Anforderungen gestellt werden. In der Praxis aber sind meist gleiche Abtastraten bei 5.1-DVD Audio-Discs zu beobachten (entweder 96 kHz/24-Bit oder 48 kHz/24-Bit pro Kanal). Setzt man eine lineare Pulse Code Modulation (PCM)-Codierung voraus, so ergibt sich bei einer Single-Layer-DVD (DVD-5) bei Stereoausgangsmaterial und einer 48 kHz-Abtastrate sowie einer Wortbreite von 24 Bit eine Abspielzeit von 258 Minuten. Bei einer DVD-9 (Eine Seite, zwei Layer, das meistgebräuchliche Format für Spielfilme auf DVD Video) wächst die Spielzeit auf 469 Minuten an. Erhöht man die Abtastrate auf das bei DVD Audio mögliche Maximum von 192 kHz, bleiben im Falle DVD-5 noch 64 und im Falle DVD-9 noch 117 Minuten übrig. Dies gilt für eine Stereo-Aufnahme, anders sieht es im Mehrkanalmodus aus. Hier ist es zwar, wie schon erwähnt, wegen der maximalen Datenrate nicht möglich, mit einer Abtastfrequenz von 192 kHz zu arbeiten, 96 kHz, kombiniert mit einer Wortbreite von 24 Bit, sind aber realisierbar. Nutzt man dies aus, bliebe bei einer LPCM-DVD noch eine Spielzeit von 43 Minuten (DVD-5) beziehungsweise 78 Minuten auf einer DVD-9. Zu wenig, so die einhellige Meinung der DVD Audio-Macher, also musste die Spielzeit erhöht werden - aber bitte nicht mit Hilfe eines verlustbehafteten Komprimierungsverfahrens. Im Computerbereich sind verlustfreie Packing-Verfahren nichts besonders. Viele PC-Anwender werden das Programm "WinZip" kennen, mit dessen Hilfe Dateien effektiv "gepackt", das heißt in der Dateigröße reduziert werden können, um so den Versand via e-mail oder das Abspeichern auf einer CD-R oder einer Diskette zu erleichtern. Nach dem "Entpacken" des Programms ist dann wieder alles im Ursprungszustand, also kein Verlust ist durch das "packen" von Daten entstanden. Nach diesem Prinzip arbeitet nun auch "Meridian Lossless Packing", kurz MLP genannt. Hier ist das decodierte Audiosignal mit dem PCM-Signal bitidentisch, MLP decodiert mit hoher Präzision Bit für Bit. Wie stark komprimiert wird, hängt vom Programmmaterial und von den eingestellten Parametern ab. Umso höher die Bitrate und die Auflösung, umso höhere Bitraten lassen sich erreichen. Gebräuchlich sind Kompressionswerte zwischen 1,3 und 1,7 erreicht, aber teilweise auch deutlich höhere Werte bis zu 50 Prozent. Anders ausgedrückt: MLP kann die Spielzeit einer DVD Audio von 25 bis 55 Prozent erhöhen. Liegt eine DVD Audio im Surroundformat vor, muss alternativ auch noch ein Stereosignal bereitstehen, um die Kompatibilität auch zu einer hochwertigen HiFi-Anlage sicherzustellen. Hier können zwei unterschiedliche Wege unterschiedlicher Güte beschritten werden: Der ein, klanglich weniger überzeugende Weg ist die Umkehrung der von Dolby ProLogic bekannten Matrixarbeit. Während bei ProLogic mit Hilfe einer Matrix aus den zwei Kanälen, in denen der Centerkanal und der monoaurale Kanal für die Surroundlautsprecher mitverschlüsselt sind, die vier Kanäle gewonnen werden, nutzt man hier ein Matrixverfahren, um aus dem Surround- ein Stereosignal zu gewinnen. Diese Verfahren ist auch vom sogenannten Downmix bei Dolby Digital bekannt. Die Qualität aber stellt den anspruchsvollen Musikliebhaber nicht zufrieden. Daher gibt es auch noch einen zweiten Weg, nämlich eine vollkommen unabhängig abgemischte Stereospur anzubieten. Über das Menü am DVD Audio-Player kann die Tonspur, die wiedergegeben werden soll, ausgewählt werden. Inzwischen gibt es auch schon Hybrid-Player, die CD, DVD-Video, SACD und DVD-Audio wiedergeben können. Kosten derzeit aber mindestens 1000 Euro. Nachteil ist bei beiden neuen Verfahren, dass man den Mehrkanalton NICHT digital an seinen Dolby-Digital-tauglichen Mehrkanalverstärker übergeben kann. Das Signal geht nur analog gewandelt als 5.1-Kanal-Verbindung zum Verstärker. Man kann also das Signal auch nicht so einfach digital auf den PC überspielen, was natürlich klasse wäre. Sind und Zweck ist natürlich zu verhindern, dass digitale (Raub-)Kopien erstellt werden. Dank des neuen Urheberrechtsschutzgesetzes in Deutschland darf man solche Kopierschutzmechanismen nicht legal aushebeln - auch nicht für den ansonsten erlaubten Privatgebrauch. Die Musikindustrie freuts natürlich, da kaufkräftige Käufer sich schon jetzt auf die neuen Techniken stürzen.