Pro Audio White Papers
Grenzen der digitalen Audiotechnik
Autor: Gerd Jüngling - Copyright:
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erschienen als Artikel im 'Studio Magazin' unter Mitarbeit von Dieter Kahlen
Zwangsläufig findet dabei jedoch in beiden Ebenen eine inhaltliche Vereinfachung des Signals statt, da niemals alle Nuancen des Schwingungsverlaufs erfasst werden können. Standard-Systeme werden heute meist mit der Abtastrate 48 kHz betrieben, gehobene mit 96 kHz. 192 kHz ist zwar existent, wird aber bisher noch nicht großflächig genutzt. Hinsichtlich der für die Amplitudenauflösung zuständigen Wortbreite hat sich ein Standardwert von 24 Bit etabliert. Höhere Auflösungen auf der Wandlerseite sind aus physikalischen Gründen nicht sinnvoll, da die real erzielbare Betriebsdynamik aufgrund unterschiedlichster Störeinflüsse auf rund 120 dB limitiert ist. Es macht also keinen Sinn, bei der Wandlung noch mehr Bits zu verwenden, weil man dadurch keinen nennenswerten Vorteil mehr erzielen könnte. Bei der nachfolgenden digitalen Signalverarbeitung gelten diesbezüglich andere Kriterien als bei der Wandlung selbst - dazu später noch mehr. Anti-Aliasing-Filter und andere Verfahren, die erforderlich sind, um solche Wandler in der bekannten Art und Weise nutzen zu können, sollen an dieser Stelle bewußt außen vor bleiben. Vergleicht man analoge und digitale Aufzeichnungsverfahren, so stellt man fest, dass beide prinzipiell unterschiedliche Fehler verursachen. Nach den heute für die Digitaltechnik üblichen Bewertungsmaßstäben erreichen analoge Aufnahmesysteme einen Dynamikbereich maximal etwa 75 dB; hochwertige Digitalsysteme erzielen dagegen erheblich höhere Werte, die bei sorgfältiger Auslegung und Vermeidung zusätzlicher Fehler 100 dB deutlich überschreiten können. In dieser Hinsicht haben wir also mit der Digitaltechnik weniger Probleme als mit der Analogtechnik, wo zur Erhöhung der Betriebsdynamik seinerzeit aufwändige Rauschminderungs systeme entwickelt werden mussten. Bei der Gegenüberstellung analoger und digitaler Audiotechnik fällt auf, dass sich die heute im Digitalbereich üblichen Messverfahren auch nach mehr als 20 Jahren digitaler Audiotechnik noch immer auf die typischen Fehler der Analogtechnik beziehen. Die angegebenen Messwerte gehen nicht auf Fehler des digitalen Verarbeitungsverfahren ein - sie wurden ursprünglich entwickelt, um die Fehler der Analogtechnik aufzudecken. Völlig gegensätzlich verhalten sich analoge und digitale Systeme beispielsweise bei der Messung des Klirrfaktors. Bei einem Analogsystem kann er für kleine Pegel praktisch vernachlässigt werden und steigt ab einem bestimmten Pegel nahe der maximalen Aussteuerung sehr stark an. Im Falle einer Magnetbandaufzeichnung geht der Klirr dann über einen Bereich von vielleicht 6 dB relativ weich in einen nicht mehr tolerierbaren Verzerrungswert über. Bei der Digitaltechnik ist die Situation umgekehrt: Bei kleinen Pegeln haben wir hier hohe Klirrfaktoren, die mit höheren Pegeln kleiner werden; sobald der Wertebereich des Digitalsystems jedoch um ein Bit überschritten wird, kommt es zu einem sehr abrupten Übergang in den Übersteuerungsbereich mit extrem starkem Klirr. Ein weiteres Problem ergibt sich aus der endlichen Abtastrate der Digitaltechnik - auf der Analogseite in etwa vergleichbar mit der Spaltbreite des Tonkopfes, die die höchste übertragbare Frequenz festlegt. Allerdings haben beide Limitierungen völlig unterschiedliche Konsequenzen hinsichtlich der daraus entstehenden Fehler.
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