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Eine Information für den interessierten Musikfreund

Übertragung von digitalen Musikdaten

            Es ist schon recht merkwürdig in diesem, unseren HIFI-Leben. Da gibt es wunderschöne, teure CD-Laufwerke mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Pfiffige Elektronikspezialisten holen das Maximum aus den digitalen Musikdaten heraus. Sie entwickeln die intelligentesten Filter um eine perfekte Wandlung in analoge Musksignale herbeizuführen.

            Nur die Schnittstelle, also die Verbindung zwischen Laufwerk und Digital-Analog-Wandler, macht eigentlich was sie will.

            Abhilfe sollen dann hochwertige “Digitalkabel” bringen, die dann zu allem Überfluß auch noch allesamt unterschiedlich “klingen”. Und das ausgerechnet in einer Welt mit computervernetzten Büros, ISDN und Internet, in der die Übertragung von Daten die alltäglichste Sache der Welt ist und niemand auf der Welt auch nur einen einzigen Gedanken verschwendet, ob der Datenaustausch ohne Datenverlust stattfindet oder nicht.

Warum “klingen” Digitalkabel unterschiedlich ?

            Als erstes sollte man festhalten, daß ein CD-Laufwerk stets die klanglich relevanten gleichen Daten liefert, wenn immer dieselbe CD abgespielt wird und auch sonst nichts im Umfeld verändert wird. Das gleiche gilt auch für den Digital-Analog-Wandler. Bekommt der Wandlerbaustein immer dieselben Daten, so ist auch das Ergebnis stets dasselbe. Wird nun das Verbindungskabel ausgetauscht und es wird eine klangliche Veränderung festgestellt, so erhält der Wandlerbaustein logischerweise veränderte Daten. Da aber das Laufwerk und sein sonstiges Umfeld nicht verändert wurde, müssen sich die Daten auf dem Kommunikationsweg verändert haben. Eine Veränderung der Daten bedeutet tatsächlich, das einzelne Bits ( ein Bit ist eine “0” oder eine “1” ) im Datenstrom vertauscht wurden.

Was ist der Kommunikationsweg ?

            Wenn zwei oder mehr Komponenten miteinander kommunizieren, so sorgt eine definierte Schnittstelle dafür, daß sich die Komponenten untereinander verstehen. Eine Schnittstelle ist ein System, daß die Information in einer definierten Weise aufbereitet und anschließend zu einer anderen Komponente sendet. Dort werden die Daten empfangen und zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Eine funktionierende Schnittstelle wird durch eine Norm oder eine Vereinbarung spezifizert. Darin wird festgelegt in welcher Weise die Übertragung stattfindet. Nur wenn diese Vereinbarung exakt definiert ist und darin auch reale Verhältnisse ( Wellenphänomene, Bauteiltoleranzen, Kabel und deren Verbindungen, maximale Übertragungsgeschwindigkeit ) berücksichtigt sind, läßt sich eine solche Schnittstelle überhaupt realisieren.

Wo entstehen die Fehler bei der Übertragung von digitalen Audiosignalen ?

            Durchläuft der Datenstrom die Schnittstelle, so muß er mehrere Hindernisse überwinden. Die Stationen sind der Senderbaustein, die Ausgangsbuchse, die Kabelstecker, die Kabellänge, die Beschaffenheit des Kabels, die Eingangsbuchse, bis zum Empfängerbaustein. Sind die genannten Stationen nicht aufeinander abgestimmt, so wird der Datenstrom beeinträchtigt und es kommt zu den Bitdrehern. Die Schnittstelle S/P DIF ist in ihrer Funktionsweise zwar exakt definiert, jedoch wurden anscheinend die physikalischen Gegebenheiten zu sehr außer acht gelassen. Dies führt dazu, daß die Hersteller der digitalen Audiokomponenten und die Kabelhersteller nur mit extremen Aufwand zu einigermaßen akzeptablen Ergebnissen kommen. Wobei anzumerken ist, daß das jeweilige Ergebnis nur in Abhängigkeit aller beteiligten Komponenten zu betrachten gilt.

Was passiert eigentlich auf der Übertragungsstrecke ?

            Wenn der Datenstrom durch die Übertragungsstrecke läuft, so geschieht dies nach den physkalischen Gesetzen von Wellen. Es wandern also Wellenberge und Wellentäler durch die Strecke hindurch. Ist die gesamte Strecke für die Welle homogen, so können die Wellen die Strecke ungehindert durchlaufen. Die Strecke wird mit Hilfe ihres “Wellenwiderstandes” beschrieben. ( genauere Erklärung siehe Site “Zur Physik” ) Eine homogene Strecke hat einen konstanten Wellenwiderstand auf der gesamten Strecke. Jede Änderung des Wellenwiderstandes führt zur Inhomogenität und ist somit ein Hindernis dieser Welle. Befinden sich solche Hindernisse auf dem Weg, so werden die Wellen in ihrer Ausbreitung gestört. Sie verhalten sich wie Wellenbrecher in der Brandung. Es kann nur noch ein Teil der Wellen zum Ziel gelangen. Ein anderer Teil der Wellen wird sogar zurückgeworfen ( Reflexion ), der die neu ankommenden Wellen beeinflußt. Gegenläufige Wellenberge und Wellentäler könnten sich gegenseitig auslöschen. Bei relativ kurzen Verbindungen ( ca. 1 Meter ) findet die Reflexion schon mitten im Anstieg der Wellenfront statt. Daher kann je nach Art und Intensität der Reflexion ein Abflachen der Wellenfront oder ein “Überwerfen” der Wellenfront mit einem anschließenden Einbruch erfolgen. In der Praxis gilt, je kürzer die Verbindung, um so geringer wirkt sich die Reflexion aus. Ist die Strecke kürzer als 10 cm, kann sich eine Reflexion nicht mehr negativ auswirken. Der Empfangsbaustein im Digital-Analog-Wandler muß aus den eingehenden Wellenfronten den Datenstrom aufnehmen. Sind die Wellenfronten unscharf, so kann das einzelne Bit im Datenstrom falsch interpretiert werden und somit fehlerhaft weiterverarbeitet werden.

Theorie und Wirklichkeit

            Den Herstellern von digitalen Audiokomponenten sind natürliche Grenzen gesetzt. Einerseits wollen sie möglichst perfekte Gerätekombinationen entwickeln, andererseits müssen sie die Schnittstellen unterstützen, die sich auf dem Markt durchgesetzt haben. Wie wir schon leidvoll des öfteren erfahren haben, setzt sich auf dem Markt nicht immer die technisch beste Variante durch. Ursprünglich ist die S/P-DIF-Verbindung eine 75 Ohm Strecke. d.h. die oben aufgezählten Stationen müssen allesamt einen Wellenwiderstand von 75 Ohm aufweisen. Bei der AES/EBU Schnittstelle sind es 110 Ohm. Die Praxis zeigt jedoch, das der Wellenwiderstand über alle Komponenten nicht konstant eingehalten werden kann. Dies ist z. B. aufgrund von Herstellungstoleranzen unmöglich. Durch die vielen verschiedenen Hersteller von digitalen Audiokomponenten, rückt der Idealzustand in noch weiterer Ferne. Zusätzliche Sünden werden begangen, indem für die 75 Ohm Variante Cinch-Verbindungen und für die AES/EBU-Schnittstelle XLR-Verbindungen angeboten werden. Bei beiden Kopplungsarten ist der Wellenwiderstand undefiniert und sind deshalb eigentlich nicht für derartige Aufgaben geeignet. Nur die BNC-Verbindung hält den Wellenwiderstand von 75 Ohm einigermaßen ein.

Wie könnte die ideale Schnittstelle aussehen ?

            Aufgrund der Vielzahl der bereits verkauften digitalen Audiokomponenten, sollte die ideale Schnittstelle an den vorhandenen Systemen betrieben werden können. Damit die Schnittstelle auch in der Praxis funktioniert, müssen die oben beschriebenen Fehlerquellen berücksichtigt werden, um den Datenstrom nicht wieder negativ zu beeinflussen.

            1.) Die Schnittstelle muß ein in sich geschlossenes Übertragungssystem bilden. Dadurch ist gewährleistet, daß alle Komponenten, die zu diesem Übertragungssystem gehören, aufeinander abgestimmt sind.

            2.) Das Übertragungssystem muß sich zu den digitalen Audiokomponenten neutral verhalten, also den Datenstrom störungsfrei aufnehmen und anschließend sauber der Empfangskomponente wieder zur Verfügung zu stellen.

            3.) Die Übertragungsstrecke muß den Anforderungen, die die Signalform des Datenstromes stellt, genügen.

            4.) Die Übertragung muß auch einen gewisses Maß an Reflexionen dulden können, damit auch eine praxisgerechte Fertigung ermöglicht wird.

            5.) Das Übertragungssystem sollte auch längere Übertragungsstrecken zulassen, ohne daß die Übertragungsqualität beeinträchtigt wird

“The Interface” ( Die Schnittstelle )

            “The Interface” ist ein neues Übertragungssystem für digitale Audiodaten, welches die zuvor aufgeführten Bedingungen an eine ideale Schnittstelle erfüllt. Daher erlaubt “The Interface” eine bestmögliche Übertragung der digitalen Audiosignale. Es handelt sich hierbei um ein aktives System mit einem Sende-modul, eine spezielle Datenleitung und ein Empfangsmodul. Das Sendemodul wird direkt an einem digitalen Ausgang ( z. B. eines CD-Spielers ) und das Empfangsmodul direkt an einen digitalen Eingang ( z. B. eines externen Digital-Analog-Wandlers ) angeschlossen. Die Verbindungen sind bewußt so kurz wie möglich gewählt, um nicht hier schon Verluste in Kauf zu nehmen. Die Anschlüsse dürfen daher unter keinen Umständen verlängert werden. Beide Module werden über ein separates Steckernetzteil mit der notwendigen Betriebsspan-nung versorgt. Die Übertragung wird über eine Hochgeschwin-digkeitsdatenleitung realisiert. Die Übertragung auf der Daten-leitung erfolgt nicht in der gleichen Weise, wie bei der normalen Kabelübertragung der digitalen Audioschnittstelle, sondern in einem von “Crämer-Audio-Accessoires” entwickelten Verfahren, welches eine fehlertolerante Übertragung ermöglicht. Das Sendemodul greift das Ausgangssignal ab und sendet es nach dem Übertragungsverfahren zum Empfangs-modul. Dort wird anschließend das digitale Audiosignal neu aufbereitet und direkt in den digitalen Eingang gespeist. Dieses Verfahren sorgt dafür, daß auch längere Übertragungsstrecken ( bis 20 m ) ohne Datenverlust, d.h ohne klangliche Veränderung, realisiert werden können. Durch die Verwendung eines Datenkabels ist der Mehrpreis pro Meter für ein System gering. Eine großzügigere Aufstellung der Geräte ist hiermit möglich. Stellen Sie doch einfach Ihr CD-Laufwerk direkt neben dem Hörplatz. Viel Vergnügen mit Ihrer “neuen” CD - Sammlung

            Es werden zur Zeit folgende Anschlüsse unterstützt:

            - S/P DIF 75 Ohm BNC oder Cinch ( über Adapter )

            - AES/EBU 110 Ohm XLR

            Dieses Übertragungssystem für Digitalsignale ist patentrechtlich geschützt.

            Patentnummer: 198 36 412.1