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DER WEG SCHUF DAS ZIEL


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Audio - epaper ⋅ Ausgabe 12/2021 vom 04.11.2021

Report › 40 JAHRE CD

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Bildquelle: Audio, Ausgabe 12/2021

Die Premiere fand vor vierzig Jahren in Berlin statt. Auf der Internationalen Funkausstellung 1981 präsentierten Sony und Philips das Ergebnis gemeinsamer Forschung: die Compact Disc. Zwei bahnbrechende Techniken fanden Einzug in die CD: Die digitale Musikaufzeichnung und die optische Datenspeicherung.

ANALOGES WIRD DIGITAL

Knapp 50 Jahre davor formulierte der russische Wissenschaftler Wladimir Kotelnikow weitgehend unbeachtet das Abtasttheorem. Es besagt, dass sich jedes analoge Signal aus einzelnen Abtastwerten reproduzieren lässt, wenn die Abtastung mit der doppelten der maximal im Signal enthaltenen Frequenz erfolgt. Um die obere Grenze des menschlichen Hör bereichs von etwa 20 Kilohertz (kHz) ...

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... einzufangen, ist also eine Abtastfrequenz von mindestens 40 kHz nötig. Es müsste also mindestens alle 25 Mikrosekunden ein Wert aufgezeichnet werden, um ein analoges Audiosignal reproduzierbar digitalisieren zu können, das dann nur noch aus einer fortlaufenden Reihe von Zahlen besteht.

Ausgehend von diesem Ansatz begann Sony mit der digitalen Aufzeichnung von Musik, die zu Versuchszwecken zunächst auf Magnetbändern von Videorekordern gespeichert wurde.

Philips arbeitete unterdessen an der Bildplatte, einer runden Scheibe mit 30 Zentimetern Durchmesser, die aus einer Metallschicht bestand, die durch dünne, durchsichtige Kunststoffschichten geschützt war. Die Bildplatte diente dem Verkauf von Filmen, deren Informationen als Vertiefungen (Pits) in spiralförmigen Spuren auf dem auch LaserDisc genannten Medium gespeichert waren. Die Abtastung erfolgte über einen an der Oberfläche reflektierten und von einer Fotodiode ausgelesenen Laserstrahl.

Von Philips‘ optischer und analoger Videoaufzeichnung und Sonys digitaler Audioaufzeichnung auf Magnetband zur Compact Disc war es dann nur noch ein kleiner Schritt. Die Scheibe sollte groß genug für Beethovens Neunte sein, aber nicht größer. Denn lange Aufzeichnungsdauern verteuern die Musik. 72 Minuten schienen ideal. Die Abtastfrequenz von 44,1 Kilohertz schaffte zumindest etwas Spielraum für die nötigen Reduktionsfilter, die die einzelnen Abtastwerte wieder zu einem kontinuierlichen Signal zusammensetzen. Die einzelnen Abtastwerte fanden mit 16 Bit digitalisiert den Weg auf die CD. Damit lag die Dynamik weit über dem, was die Vinylscheibe herzugeben vermochte. Die Rahmendaten führten zur bekannten 12-Zentimeter-Scheibe und fanden im Red Book Eingang, das fürderhin geltende Standards für CD-Player und CDs beschrieb.

Die Marketingabteilungen entfachten einen Hype um die Perfektion der CD, die rausch-, knister - und verzerrungsfrei, von ungeahnter Dynamik und feinster Hochtonauflösung sein sollte.

Die ersten CD-Player, der CDP-101 von Sony und der CD-100 von Philips brachten dann aber eine gewisse Ernüchterung. Der Sony-Player hatte für zwei Kanäle nur einen DA-Wandler und belieferte den rechten und linken Kanal mit leichtem Zeitversatz. Das Philips-Gerät beschränkte sich aus technischen Gründen auf 14 Bit, die theoretischen 96 dB Dynamik schmolzen von vornherein auf 84 dB. Hinzu kamen digitale Aufzeichnungen, die im Gegensatz zum gutmütigen analogen Tonband bei Übersteuerung fürchterlich verzerrten. Einige Toningenieure bewog das dazu, mit weitem Sicherheitsabstand zur Übersteuerungsgrenze aufzunehmen, mit einer weiteren Dynamikreduktion als Folge. Manche CD kam so kaum über 12 Bit hinaus.

Ein weiterer Nachteil war der extrem schmale Bereich von 20 bis 22,05 kHz, in dem ein analoges Filter alle digitalen Artefakte auszufiltern hatte, was in hoher Qualität fast unmöglich war.

Kurzum, die ideale CD zeigte sich anfangs gar nicht so ideal wie versprochen. Ernüchterung, wenn nicht gar Enttäuschung machte sich breit.

Doch wie bei jeder neuen Technik fanden sich Mittel und Wege, die Schwächen auszuräumen. Mit 24-Bit-Technik in Tonstudios konnte man viel großzügiger aussteuern. Zur Übersteuerung und zum Rauschen blieben immer ein paar Bit Abstand. Beim Mastering ließ sich dann die Aufnahme präzise auf 16 Bit bringen. Dass bei DA-Wandlern bald 16 Bit bezahlbar waren, brachte die 96 dB Dynamikumfang von der Verheißung zur Realität. Den schwer zu realisierenden steilflankigen analogen Filtern kamen findige Techniker mit Oversampling und präzise realisierbaren digitalen Filtern bei, die nur noch einer sehr sanften und sehr verlustarmen analogen Nachfilterung bedurften. Enorme Kostenreduzierung bei der Datenspeicherung und Datenübertragung ebneten den Weg zu SACD und High-Res-Files.

So war die CD vielleicht nicht gleich zu Anfang der behauptete ganz große Wurf, aber mit Sicherheit der wichtigste Schritt zum heute so bequemen wie guten HiRes-Streaming.