High Quality Digital Audio

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High Quality Digital Audio – wo ist denn der Flaschenhals?

Mit dem Erscheinen der CD im Jahre 1982 wurden die audiophilen Hörer in zwei Lager gespalten. Die einen, die meinten, dass die neue digitale Technologie viel besser sei, und die anderen, die der Auffassung waren, dass durch die Digitalisierung hörbare Informationen verloren gehen. Und tatsächlich ranken sich viele Geschichten und Mythen um dieses Thema – deren Diskussion möchte ich mich an dieser Stelle NICHT anschließen, sondern darauf eingehen, wie man das beste Klangergebnis aus einer digitalen Wiedergabekette herausholen kann.

Zu Beginn der digitalen Audio-Wiedergabe steht die CD. Also schauen wir erst mal, was hinter so einem Silberling steckt.

Was ist eigentlich ein digitales Audiosignal?

digitalisierungBei einem analogen Audiosignal, das unser Ohr wahrnehmen kann, handelt es sich um Luftdruckschwankungen. In der Elektroakustik werden diese Luftdruckschwankungen in Schwingungen der elektrischen Spannung (Wechselspannung) umgesetzt. Diese sich kontinuierlich ändernde Spannung wird bei der Digitalisierung „zerhackt“. Dies geschieht in einem bestimmten Takt.  Bei der CD ist dies beispielsweise 44,1 kHz. Das bedeutet, dass das analoge Signal 44.100 mal pro Sekunde abgetastet wird. Die Genauigkeit, in der abgetastet wird, ist die Bit-Tiefe. Es muss natürlich von absoluter Stille bis hin zum lautesten Signal alles erfasst werden. Bei  der CD sind dies 16 Bit, was in insgesamt 65.536 Stufen resultiert. Daraus ergibt sich bei dem Stereo-Signal einer CD ein Datenstrom von 2 x 16 bit x 44,1 kHz = 1411,2 kBit/s.

Die Abtastrate von 44,1 kHz wurde gewählt, da diese mindestens doppelt so hoch sein muss wie die höchste Frequenz, die übertragen werden soll. Das menschliche Ohr nimmt maximal 20 kHz wahr, daher musste also mindestens 40 kHz gewählt werden.

Was für Datenformate gibt es und wo liegen die Unterschiede?

Jahrelang war die CD als Standard-Musikträger etabliert. Als aber der Rechner als Musik-Abspielgerät entdeckt wurde und man begann, CDs zu rippen und die Daten auf die Festplatte zu bannen, stellte sich schnell heraus, dass der damalige typische Speicherplatz nur für wenige CDs ausreichte. Denn durch eine exakte Kopie der CD auf die Festplatte ergibt sich genau so großes File im WAV-Format (ober bei MAC Usern eher das AIFF-Format). Eine komplette CD belegt also etwa 650 MB. Eine enorme Größe für die Festplatten der damaligen Zeit. Ganz zu schweigen von der Möglichkeit, Musik auf einer Speicherkarte für mobile Geräte zu speichern. Meine erste Speicherkarte z. B. hatte gerade mal 128 MB – Platz für etwa drei Lieder.

MP3 – MPEG Audio Layer 3

Also versuchte man, die Audiodaten zu komprimieren. Vorreiter war natürlich das Fraunhofer Institut mit der Entwicklung von MP3. Dabei war das Ziel, so viel Daten wie möglich zu reduzieren; ohne Verlust der Klangqualität. Dabei wurden auch psychoanalytische Effekte wie z. B. der Verdeckungseffekt mit eingebunden. Bei der üblichen Kompressionsrate von MP3 wurde eine gute Balance erzielt. Ungeübte Ohren hören keinen Unterschied zum CD Signal, bei genauem Hinhören gibt es jedoch Artefakte. Dabei ergibt sich ein Datenstrom von 128 kBit pro Sekunde und damit eine Speicherplatzersparnis von ca. 90%.

Viele andere verlustbehaftete Kompressions-Algorithmen erschienen. Von der Firma MPEG das AAC, das besonders durch iTunes bekannt wurde, oder auch das OGG-Format von Vorbis. Beide beanspruchen für sich, bei gleicher Datenrate eine bessere Klangqualität als das MP3 Format zu erzielen. (Anmerkung des Autors: Etwa 2004 begann ich damit, alle meine CDs in .ogg zu konvertieren.)

FLAC oder ALAC?

Dennoch war der Datenverlust für viele nicht akzeptabel und so wurden Algorithmen gesucht, um das Audiomaterial verlustfrei zu komprimieren. Die wohl bekanntesten Algorithmen sind FLAC (free lossless audio codec) und der von Apple entwickelte ALAC (Apple lossless Audio Codec, die in m4p oder mp4 Dateien abgespeichert werden). Mit diesen Codecs wird eine Reduzierung der Größe auf etwa 50% erzielt, was natürlich einen wesentlich höheren Speicherplatz als die verlustbehafteten Codecs benötigt. ALAC bietet keinerlei Einstellungsmöglichkeiten, wobei FLAC die Möglichkeit bietet, den Kompressionsgrad einzustellen. Je höher der Kompressionsgrad, desto mehr Rechenleistung ist bei der Komprimierung bzw. Wiedergabe erforderlich. (Anmerkung des Autors: Nachdem meine Festplatte genügend Kapazität aufwies, wurden alle CDs nochmals in FLAC konvertiert.)

Mit den Jahren stieg die CPU Leistung – nicht nur beim PC oder MAC, sondern auch bei mobilen Playern oder Smartphones. Und so wurden die Stimmen der Analog-Anhänger wieder lauter, die seit 1982 schon immer behaupteten, dass bei der CD-Qualität Musikinformationen verloren gingen. Die Forderungen nach einer höheren Abtastrate und auch höherer Bit-Tiefe wurden laut. Nachdem Super Audio CD und Audio-DVD aufgrund zu teurer Hardware sich kaum durchsetzten konnten, inzwischen aber jedes aktuelle Smartphone genügend Speicherplatz und Rechenleistung bietet, wird das Angebot von High Definition Audio attraktiver. Es gibt diverse Online Plattformen, in denen die Musik mit 96 kHz/24 bit (und damit einem Datenstrom von 4.608 kbit/s) oder noch hochwertiger zum Download angeboten wird.

Hard- und Software für die Wiedergabe von HD Audio Dateien

Der Kauf von derartigem HD Audiomaterial macht natürlich nur Sinn, wenn es auch entsprechend wiedergegeben werden kann. Für übliche On-Board Soundkarten gibt es zwar Treiber, um die Daten wiederzugeben, doch ob der analoge Ausgang qualitativ in der Lage ist, überhaupt hörbare Unterschiede zur CD zu bieten, ist mehr als fraglich. Ebenfalls weisen Smartphones oft nicht den hochwertigsten Kopfhörerausgang auf.

SHA900_SRH1540 with Laptop_LRShure SHA900 – Portabler Audio-Verstärker mit DAC-Umwandlung

Um die hochwertige Qualität der HD Audio-Dateien wiederzugeben, eignen sich externe DAC (Digital-Analog-Konverter), die über USB oder (bei Nutzung einer NAS) über Ethernet angeschlossen werden. Diese haben als Aufgabe, das hochauflösende, digitale Signal in ein ebenso hochwertiges, analoges Signal zu wandeln. Dementsprechend wird hohe Sorgfalt sowohl bei der Wandlung als auch beim analogen Ausgang – sei es nun ein Cinch-Ausgang bei Home-Hifi-Geräten oder ein Kopfhörerausgang bei mobilen Geräten – an den Tag gelegt.

Für die portable Musikwiedergabe müssen diese DACs natürlich batteriebetrieben und möglichst klein und leicht sein. Beispielsweise unser brandneuer SHA900, der in erster Linie für den Anschluss an iOS Produkte entwickelt wurde, jedoch auch mit jedem Windows-Rechner und vielen Android Geräten eingesetzt werden kann. Bei der Verwendung mit Android Geräten müssen diese USB on the Go und USB Audio Rev. 2.0 aufweisen. Der SHA900 kann eine Datenrate von bis zu 96 kHz/24 bit verarbeiten.

Nun wird noch eine Software bzw. App benötigt, die mit den HD Audio Dateien umgehen kann. Für Windows Rechner seien hier der kostenlose foobar2000 und das kostenpflichtige JRiver Media Center erwähnt. Unsere Empfehlung für Android-Geräte ist der USB Audio Player. Diese App ist zwar relativ teuer, kann aber alle gängigen Formate bis 384 kHz/32 bit umsetzen und ist damit für höchste Ansprüche gewappnet.

Wer nicht mit zwei Geräten (Smartphone mit externem DAC) unterwegs sein will, findet in der Nische der hochwertigen, portablen Musikwiedergabe ein paar Hersteller wie beispielsweise Astell & Kern, Colorfly oder auch den von Neil Young ins Leben gerufene Pono Player, mit denen eine HD-Audio-Wiedergabe möglich ist.

Das „audiophile Ende“

Ganz am Ende stehen nun noch die akustischen Wandler, die aus dem elektrischen, analogen Signal wieder ein akustisches Signal generieren. Zu Hause sind dies Verstärker und Lautsprecher, bei der mobilen Musikwiedergabe Kopf- oder Ohrhörer. In der ganzen Kette der digitalen Musikwiedergabe haben diese Komponenten wohl den größten Einfluss auf die erzielbare Klangqualität. Um die klangliche Nuancen der HD Audio Daten überhaupt hörbar zu machen, sind dementsprechend hochwertige akustische Wandler notwendig.

KSE1500

KSE1500

An dieser Stelle sind unsere beiden Premium-Kopfhörer SRH1540 und SRH1840 sowie Ohrhörer-Topmodelle SE535 und SE846  erwähnenswert, die höchstwertige Klangwiedergabe ermöglichen. Das absolute Top-Produkt für den mobilen Musikgenuss ist allerdings der KSE1500 – eine High-End-Kombination von DAC und Ohrhörern mit elektrostatischen Treibern.

Ein Kommentar zu “High Quality Digital Audio

  1. Sehr interessanter Artikel, vor allem, dass mal auf die Notwendigkeit von hochwertigen Wandlern (DC>AC) bei der Beurteilung der Klangqualität von digitalisierten/komprimierten Material hingewiesen wird! Ich behaupte, dass fast keiner Derer, die pauschal meinen, mp3 klingt schlecht, eine mp3 tatsächlich mal über eine RME oder Motu gehört hat. Diverse Blindtests mit guter Hardware (also die komplette Signalkette) zeigen, dass die Probanden bereits bei 192kb/s große Unsicherheiten bei der Zuordnung haben.
    Um die dynamischen Limits einer Schallplatte zu umschiffen, wurde schon seit jeher die Dynamik ordentlich komprimiert (auf +/- 85dB) – was dann für viele Analogfans ‚besser‘ klingt. Das 44,1/16-Signal einer CD ist bereits so fein abgebildet, dass es einer Lautsprecherpappe (respektive Trommelfell!) schon unmöglich ist, diesen „Treppenstufen“ exakt zu folgen. Spätestens hier wird aus dem digitalen Signal ein analoges!
    Bei allem Highendhörwahn, den es ja nicht erst seit der Einführung der CD gibt, sollte uns bewusst sein, dass uns tagtäglich über die akustisch-/visuellen Medien ausschließlich hochkomprimiertes Audiomaterial um die Ohren fliegt – inklusive Telefon. Das ist nicht nur verlustbehaftet datenreduziert, sondern, viel schlimmer, bereits bei der Produktion auch noch jeglicher Dynamik beraubt – Stichwort „Loudnesswar“!
    Bevor an HD-Audio gedacht wird, sollte erstmal wieder Musik so produziert werden, dass es ein Hörerlebnis wird – genauso, wie in den Achzigern!

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