Technische Artikel
Probleme der Analog-Digital-Wandlung

In diesem Artikel soll einmal dargestellt werden, wo die Grenzen moderner Digitaltechnik liegen.

Die Digitalisierung von analogen Datenströmen erzeugt durch die damit verbundene Datenreduktion aus technischer Sicht unweigerlich einen gewissen Informationsverlust, der nur dann unproblematisch ist, wenn er vom Gehör bzw. Gehirn nicht wahrgenommen werden. Wichtige Aspekte sind hierbei das hörbare Frequenzspektrum des Menschen und die Tatsache, daß eine scheinbar 100%ige Rekonstruktion digitaler Signale zwar theoretisch möglich ist, jedoch in der Praxis aufgrund technischer Randbedingungen oft nicht erreicht wird. So ist speziell die für Tiefen- und Raumempfinden wichtige Phasenauflösung des menschlichen Ohres um einiges besser, als sich mit üblichen Digitalfrequenzen und Rekonstruktionsfilter darstellen lässt. Auch geht durch das Digitalisieren die quasi unendliche Auflösung des Signal Pegels und damit musikalisch betrachtet, feinste Klanganteile verloren. Von den negativen Effekten der verlustbehafteten Datenkompression bei MD-Recordern und MP3-Formaten ist ganz zu schweigen.

Die Digitalisierung als solche hat selbstredend ihre Berechtigung und muss ja an irgendeiner Stelle stattfinden, soll doch das Endprodukt oft eine CD, DVD oder Ähnliches sein, aber es sind eine ganze eine Reihe von Randbedingungen zu beachten: Das Signal muss mit Vorverstärkern zuvor im Pegel "passend" gemacht werden, um die Auflösung der Wandler möglichst gut zu nutzen. Die AD-Wandler selbst sind niemals 100%ig linear und bergen zudem die o.g. prinzipiellen Quantisierungsfehler, die von der gegebenen Abtastfrequenz, dem oversampling und den vorgeschalteten Filtern abhängig sind. Dies äußert sich im sogenannten Digitalrauschen, also faktisch neuen, unerwünschten, weil verfälschenden Signalanteilen. Hinzu treten weitere Effekte der vorgeschalteten Analogstufen.

Gerade hier haben preiswerte Wandler, vor allem die auf Computersoundkarten, ihre Nachteile. Leider bieten auch gehobene Heim-Recordingsysteme oft nur eine trügerische Qualität: Die heutzutage oft anzutreffende Bezeichung 24Bit/96kHz findet sich ja bereits bei recht preiswerten Systemen, sagt aber streng genommen wenig aus, denn diese System nutzen schon aufgrund ihrer geringen analogen Qualität diese rein theoretische Kapazität bei Weitem nicht aus. Im Gegenteil: Gerade im Bezug auf Linearität und Rauschen sind diese oft unzureichend.

Ein weiteres Problem ist der Transport des digitalen Signals in das Aufnahmesystem (meist ein Rechner). Trotz angeblicher Digitalkompatibilität von Computerkarten wird das Signal oft nicht verlustfrei aufgenommen. So kommt es z.B. infolge unsynchronisierten Aufnahmebetriebes und nicht digitaltauglicher Kabel oft zu Jitterproblemen (-> www.jitter.de). Dies betrifft leider viele Anordnungen von Homerecording-Systemen: Die oft anzutreffende SP/DIF Schnittstelle von vielen Soundkarten ist häufig jitter-empfindlich, zudem vollziehen manche Karten und Soundchips infolge des durch die AC97-Kompatibilität geforderten internen 48kHz-Betriebes ein pauschales Resampling (also eine Neuabtastung) der eingehenden Signale, das z.T. vollkommen unakzeptable Verzerrungen und Artefakte zur Folge hat. Die daruch entstehenden Dropouts führen zu echtem Datenverlust.
Jeder gute Cassettenrecorder ist solchen Anordnungen technisch überlegen. So ist es auch nicht verwunderlich, dass letztlich Nutzer von MD-Systemen eine sehr schlechte Qualitiät bei digitalen Überspielen ihrer Daten in den Rechner beklagen, und sich wundern, dass man bei analogen Überspielungen oft bessere Ergebnisse erzielt. 

Besonders unglücklich ist dazu die Tatsache, dass trotz theoretischer Verlustfreiheit bei der Weiterverarbeitung des Signals im Computer oft Fehler gemacht werden, die zu unnötigen Verzerrungen führen: Ein einmal gesampelter Datenstrom ist und bleibt gerastert und interferiert mit allen nachfolgenden Rasterungen, wie sie bei z.B. Pegeländerungen vorkommen. In digitalen Systemen kommt es generell zu Rundungsfehlern, welchen mit einer möglichst hohen Auflösung entgegengetreten wird. Trotz der Verwendung eines 24Bit-Eingangs und permanenter Zwischenspeicherung im float-Format ist es jedoch keineswegs sichergestellt, dass ein am Ende auf 16Bit heruntergerechneter Datenstrom auch tatsächlich volle 16Bit ausnutzt: Viele preiswerte Geräte arbeiten intern auf 16 oder 18 Bit und liefern lediglich 24 Bit-Daten !

Um es auf den Punkt zu bringen:  Im Idealfall sollte nur eine einzige AD-Wandlung in das Endformat erfolgen. Viele hochwertige Recordingsysteme bieten dazu geeignete integrierte Vorstufen, die eine hochqualitative Bearbeitung des Signals wie Pegel- und Dynamikanpassung sowie Equalizing noch auf analoger Ebene zulassen, bevor Signale zusammengeführt und gewandelt werden. So erfolgt die Quantisierung aller letztlichen Signalanteile stets in deutlich höherer Qualität, als sie später auf CD gebracht wird.

Wir wandeln hier mit hochwertigem Studioquipment der Firmen RME, SEK'D und Mindprint welche nicht nur über hochpräzise 24-Bit-Wandler verfügen, sondern die hohe Linearität durch entsprechend gestaltete analoge Verstärkervorstufen auch ausnutzen!  Wir nehmen danach direkt verlust-, und 100% jitterfrei in das Recordingsystem auf. Eine Zwischenspeicherung im 16Bit-Format auf DAT oder gar MiniDisk erfolgt ausdrücklich nicht. So bleibt die maximale Qualität der Wandlereinheit erhalten.

Eine detaillierte Beschreibung der technischen Hintergründe bei der Analog-Digitalwnadlung finden Sie auch hier: Vorteil der 96kHz

J.S. Juni 1997
Stand November 2003

(C) Studio 96