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Einführung zur Digitalen Historie (aus SONY's Sicht 1988/92)

Dieser Artikel ist neu aus Januar 2020 und soll die speziellen Technik- Artikel im Manetbandmuseum ergänzen. Es geht hier also nicht um die technische Magnetband- Technologie mit digitalen Signalen, auch nicht um die Aufzeichnung von Fernsehbildern auf Magnetband, sondern um die Steigerung der Qualität bei Speicherung und Bearbeitung von "highfidelen" Ton- respektive Musikaufnahmen - also um die Studio-Qualität an sich.

In diesem speziellen Bereich
(und nicht nur dort) haben die japanischen Ingenieure deutlich mehr geleistet als Amerikaner und Europäer zusammen. Das ist zwar ein trauriges Eingeständnis, aber es kommt der historischen Wahrheit sehr sehr nahe. Die lokalpatriotischen Anwandlungen diverser lokaler Schreiberlinge lassen wir einfach mal aussen vor.

Insbesondere die Firma SONY mit ihren beiden Chefs Akio Morita und Masaru Ibuka haben sich damals weit aus dem Fenster gelehnt und mit den japanischen Kollegen Meilesteine entwickelt. Ich möchte hier auf einen Rückblick eines "SONY Lebens" verweisen, in welchem der japanische Autor nach über 33 Jahren bei SONY mal alles aufgeschrieben hatte, sehr wertneutral und kompetent. Ich habe es mehrfach verifiziert.

Die Digitalzeit bei AUDIO beginnt bereits in 1967

Die engischen Autoren betrachten auch die anloge Zeit aus der Sicht von SONY-Mitarbeitern. Darum sind in dem nachfolgenden Text nur einige wenige Passagen zitiert (und teilweise automatisch übersetzt) und nach aktuellem Wissenstand korrigiert.

Ein Rückblick mit Stand 2002 :
"Eine kurze Geschichte der Audiotechnik"

Wie gesagt, diese Auflistug ist nicht verfremdet, wie bei so manchen amerikanischen Historikern oder möchtegern Fachleuten, bei denen Ampex das Tonbandgerät erfunden hatte. Manche Meilensteine wurden aber nicht erwähnt oder weggelassen.

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Frühe Jahre: Vom Phonographen zur Stereoaufnahme

Die Entwicklung der Aufzeichnung und Wiedergabe von Audiosignalen begann 1877 mit der Erfindung des Phonographen durch Thomas. A. Edison. Seitdem sind Forschung und Bemühungen zur Verbesserung von Techniken durch das endgültige Ziel bestimmt worden, ein Audiosignal genau aufzuzeichnen und wiederzugeben, d. H. ohne Zusatz von Verzerrungen oder Rauschen in jeglicher Form.

Mit der Einführung des Grammophons, eines Schallplatten-Phonographen, im Jahr 1893 von Emil Berliner wurde die ursprüngliche Form unserer heutigen Schallplatte (Stand 1988) geboren. Dieses Modell könnte einen viel besseren Klang erzeugen und könnte auch leicht reproduziert werden.

Um 1925 wurde mit der elektrischen Aufzeichnung begonnen, aber eine mechanisch akustische Methode wurde noch immer hauptsächlich im Tonwiedergabesystem verwendet: Der Ton wurde durch eine Membran und ein Horn erzeugt, die bei der Wiedergabe mechanisch mit der Nadel in der Rille gekoppelt waren. Bei der Aufnahme wurde der aufgenommene Schall durch ein Horn und eine Membran in eine Vibration umgewandelt und direkt mit einer Nadel gekoppelt, die die Rille auf der Scheibe schnitt bzw. kratzte.

Das Vibrieren seiner in ein Aufnahmehorn gesprochenen Stimme (wie gezeigt) bewirkte, dass der Stift Rillen in eine Zinnfolie schnitt. Die erste Tonaufnahme rezitierte Edison mit "Mary had a little Lamb" (Edison National History Site).

Weitere Entwicklungen wie der elektrische Kristall-Tonabnehmer und in den 1930er Jahren ausgestrahlte AM-Radiosender machten die SP (Standard Playing) 78 UpM Platte populär. Die Popularität stieg mit der Entwicklung der 33 1/3 U/min- Langspielplatte (LP) von CBS (Columbia Broadcast System) im Jahr 1948 mit einer Spieldauer von etwa (Anmerkung: maximal) 25 Minuten auf jeder Seite. Kurz darauf wurde von RCA die EP (Extended Play) -Platte mit 45 U/min eingeführt (bei uns als sogenannte "Single" bezeichnet, mit einer Verbesserung der Klangqualität (Anmerkung: durch die höhere Geschwindigkeit). Gleichzeitig wurde die leichte Tonabnehmerpatrone mit nur wenigen Gramm Auflagedruck von Unternehmen wie General Electric (GE) und Pickering entwickelt.

Der eigentliche Beginn des Fortschritts auf dem Weg zum endgültigen Ziel der originalgetreuen Aufzeichnung und Wiedergabe von Audiosignalen war die Einführung von Stereoaufzeichnungen im Jahr 1956. Damit begann ein Wettlauf zwischen den Herstellern um die Herstellung eines Stereo-Wiedergabe-Bandrekorders, der ursprünglich für den industriellen Mastereinsatz gedacht war.

Das Rennen führte jedoch zu einer Vereinfachung der Techniken, was wiederum zur Entwicklung von Geräten für den häuslichen Gebrauch führte.

Der Umstieg des Rundfunks von AM auf FM begann mit einer konsequenten Verbesserung der Klangqualität, und in den frühen 1960er Jahren wurde der UKW-Stereosender (Anmerkung: bei uns in Deutschland fast zwangsweise bereits in 1951) Realität. Im gleichen Zeitraum (Herbst 1963) wurde von Philips der kompakte Kassettenrekorder entwickelt, der schließlich die Welt erobern sollte.

Entwicklungen in der analogen Reproduktionstechnik

Die drei in den frühen 1960er Jahren verfügbaren Grundmedien: Tonband, Schallplatte und UKW-Sendung waren alle analoge Medien. Die Entwicklungen seitdem umfassen:

Entwicklungen bei Plattenspielern (Stand 1988)

Seit Erscheinen der Stereoaufnahme sind bemerkenswerte Fortschritte zu verzeichnen. Es wurden Abtaster entwickelt, die mit einem Auflagedruck von nur 1 Gramm arbeiten - und Tonarme, die mit diesem Druck von 1 Gramm die Klangrille perfekt nachzeichnen konnten, wurden ebenfalls hergestellt.

Der Hysterese- Synchronmotor und der DC-Servomotor wurden für eine ruhigere, gleichmäßigere Rotation und die Beseitigung von Rumpeln entwickelt. Hochwertige schwere Plattenspieler, verschiedene sehr schwere Plattenteller und Schwingelemente wurden entwickelt, um zu verhindern, dass unerwünschte Vibrationen den Abtaster / die Nadel erreichen.

Mit der Einführung der elektronischen Technologie wurde eine vollständige Automatisierung durchgeführt. Das Direktantriebssystem mit dem elektronisch gesteuerten Servomotor, dem BSL-Motor (bürstenloser und schlitzloser Linearmotor) und dem quarzgekoppelten DC-Servomotor wurde schließlich zusammen mit dem linearen Nachführarm und den elektronisch gesteuerten Tonarmen (Biotracer) übernommen. So wurden seit Beginn des Grammophons enorme Fortschritte erzielt: In der akustischen Aufzeichnungsperiode betrug die Plattenkapazität 2 Minuten auf jeder Seite bei 78U/min Platte, und der Frequenzbereich betrug ledigich 200 Hz - 3 kHz mit einem Dynamikbereich von 18 dB. In der jüngsten Entwicklungsphase liegt der LP-Aufnahmefrequenzbereich zwischen 30 Hz und 15 kHz mit einem Dynamikbereich von 65 dB in Stereo.

Entwicklungen bei Tonbandgeräten

In den 1960er und 1970er Jahren wurde das Tonbandgerät mit den offenen Spulen sowohl für die Schallplattenproduktion als auch für die Ausstrahlung von Rundfunksendungen verwendet, sodass ständig Anstrengungen unternommen wurden, um die Leistung und Qualität des Signals zu verbessern. Besonderes Augenmerk galt den Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfen, dem Aufzeichnungsband sowie
Bandlaufwerksmechanismus mit letztendlich einem "Wow und Flatter" von nur 0,02% Wrms bei 38 cm/s und von 0,04% Wrms bei 19cm/s. Auch die Einführung von Kompressions- / Expansionssystemen wie Dolby, dBx usw. verbesserte die verfügbaren Signal-Rausch-Verhältnisse.

Professionelle Open-Reel-Kassettenrekorder waren jedoch zu sperrig und zu teuer für den allgemeinen Consum. Seit seiner Erfindung im Jahr 1963 ermöglichte der kompakte Kassettenrekorder jedoch Millionen von Menschen, Musik mit angemessener Tonqualität und Leichtigkeit aufzunehmen und wiederzugeben.

  • Anmerkung : Es ist schade, daß hier die frühere(n) Grundig Entwicklung(en) der DC International Kassette völlig unter den Tisch kam(en). In der weiter oben refrenzierten Ausarbeitung des langjährigen SONY Mitarbeiters wird darauf deutlich eingegangen.


Die "Auswirkung" (im Englischen "der Impact = der Einschlag) der Kompaktkassette war enorm, und Kassettenrekorder zum Aufnehmen und Wiedergeben dieser Kassetten waren für Musikliebhaber und für diejenigen, die die Kassettenrekorder für eine Vielzahl von Zwecken verwenden, z. für "sprechende Briefe" und für Hunderte anderer Anwendungen.

Die gleichen Verbesserungen, die auch bei Tonbandgeräten mit offener Bandspule zum Einsatz kamen, fanden schließlich Eingang in kompakte Kassettenrekorder.
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Die Einschränkungen der analogen Audioaufnahme

Trotz der spektakulären Weiterentwicklung der Techniken und der Verbesserungen der Gerätschaften hatte die Branche Ende der 1970er Jahre fast das Niveau erreicht, bei dem nur wenige weitere Verbesserungen durchgeführt werden konnten, ohne den Preis der Geräte drastisch zu erhöhen. Dies lag daran, dass Qualität, Dynamikumfang und Verzerrung (im weitesten Sinne) durch die Eigenschaften des verwendeten Mediums (Aufzeichnung, Band, Rundfunk) und durch die Verarbeitungsausrüstung bestimmt werden. Analoge Reproduktionstechniken waren fast an die Grenzen ihrer Eigenschaften gestoßen.

Abbildung 3 zeigt eine analoge Standard-Audiokette von der Aufzeichnung bis zur Wiedergabe, die die Dynamikbereiche in den drei Medien Band, Aufzeichnung und Rundfunk zeigt.

Die untere Grenze des Dynamikbereichs wird durch das Systemrauschen und insbesondere die tiefen Frequenzkomponenten des Rauschens bestimmt. Die eintretende Verzerrung durch Nichtlinearität des Systems legt im Allgemeinen die Obergrenze des Dynamikbereichs fest.

Der Pegel und der Umfang eines Aufnahmesignals eines Mikrofons wird durch die Kombination der Mikrofonempfindlichkeit und der Qualität des Mikrofonvorverstärkers bestimmt. Es ist jedoch möglich, durch korrekes oder auch vorsichtiges Einstellen der Pegel einen Dynamikbereich von mehr als 90dB beizubehalten.

Die Hauptprobleme liegen jedoch bei der nach der Mikrofon-Tonaufnahme vererbten  verschiedenen Arten von Verzerrungen, die dem Aufnahmestudio eigen sind und zu einer Verengung des Dynamikbereichs führen, das bedeutet, im Studio herrscht immer ein allgemeiner Mindestgeräuschpegel, der beispielsweise von Künstlern oder technischem Personal verursacht wird, die sich herum bewegen, oder das Geräusch aufgrund von Luftströmungen der Klimanalgen und Atemgeräusche der Künstler, und alle Arten von elektrisch induzierten Verzerrungen.

Bis zu den Vormisch- und Pegelverstärkern treten keine großen Probleme auf. Abhängig von der für die Pegeleinstellung verwendeten Ausrüstung werden die unteren und oberen Grenzen des Dynamikbereichs jedoch durch die Verwendung der Entzerrung beeinflusst.

Art und Umfang der Entzerrung hängen vom Medium ab. Unabhängig davon sind eine Regelverstärkung und eine Pegelkomprimierung erforderlich, was sich auf die Klangqualität und die Audiokette auswirkt. Wenn Sie außerdem die Tatsache berücksichtigen, dass für jedes der drei Medien (Band, Disc, Rundfunk) Masterband und Mutterband verwendet wird, können Sie leicht verstehen, dass der enge Dynamikbereich, der von herkömmlichen Tonbandgeräten verfügbar ist, zu einem "Flaschenhals" wird und sich auf den gesamten Prozess auswirkt.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass der ursprüngliche Dynamikbereich in der analogen Wiedergabekette trotz aller spektakulären Verbesserungen in der Analogtechnik nach wie vor stark beeinträchtigt ist.

Ähnliche Grenzen zu anderen Faktoren, die das System beeinflussen: Frequenzgang, Signal-Rausch-Verhältnis, Verzerrung usw. existieren einfach aufgrund der beteiligten analogen Prozesse. Diese Gründe veranlassten die Hersteller, sich für die Audiowiedergabe digitalen Techniken zuzuwenden.

1967 - Erste Entwicklung eines PCM-Aufzeichnungssystems

Die erste öffentliche Demonstration von pulscodemoduliertem (PCM) digitalem Audio fand im Mai 1967 bei NHK (Japan Broadcasting Corporation) statt. Das verwendete Aufzeichnungsmedium war ein 1-Zoll-2-Kopf-Helical-Scan-Videorecorder.

Anmerkung : In anderen Publikationen war die SONY U-matic Video-Band-Maschine benannt, aber nirgendwo bei SONY verifiziert.

Die meisten Menschen, die das hörten, hatten den Eindruck, dass die Wiedergabetreue des von den digitalen Geräten erzeugten Tons mit keinem herkömmlichen Tonbandgerät vergleichbar sei. Dies lag vor allem daran, dass die mit dem herkömmlichen Tonbandgerät eingeführten Grenzen einfach nicht mehr gegeben waren.

Wie in Fig. 4a gezeigt, ist der Hauptgrund, warum herkömmliche analoge Bandrekorder eine solche Verschlechterung des ursprünglichen Signals verursachen, erstens, dass das magnetische Material auf dem Band tatsächlich Verzerrungskomponenten enthält, bevor tatsächlich etwas aufgezeichnet wird.

Zweitens ist das Medium selbst nicht linear, d.h. es ist nicht in der Lage, ein Signal mit vollständiger Genauigkeit aufzuzeichnen und wiederzugeben. Verzerrungen sind daher im Herzen eines jeden analogen Tonbandgeräts eingebaut.

Bei der PCM-Aufzeichnung (Fig. 4a) kann jedoch das ursprüngliche Bit-Muster, das dem Audiosignal selbst entspricht, vollständig wiederhergestellt werden, selbst wenn das aufgezeichnete Signal durch Band-Nichtlinearitäten und andere Ursachen verzerrt ist.

Die Demonstraion war überzeugend

Zumindest nach dieser Demonstration gab es keinen Grund mehr, die mit PCM-Techniken erreichbare hohe Klangqualität anzuzweifeln. Die Ingenieure und Musikliebhaber, die an dieser ersten öffentlichen PCM-Wiedergabe-Demonstration teilnahmen, hatten jedoch keine Ahnung, wann diese Geräte im Handel erhältlich sein würden, und viele dieser Leute hatten nur eine vage Vorstelung der Auswirkung, die PCM-Aufnahmesysteme auf die Geräte der Audio-Industrie haben würden.

In der Tat wäre es keine Übertreibung zu bemerken, dass aufgrund der Schwierigkeit der Nachbearbeitung (Schneiden der Bänder), des Gewichts, der Größe, des Preises und nicht zu vergessen auch der Schwierigkeit der Bedienung, dass damit diese Ausrüstung des Geräteparks von höchster Qualität verwendet werden muss und daß das eine weitere Quelle hoher Kosten würde. Es war damals sehr schwer vorstellbar, dass bedeutende Fortschritte erzielt werden könnten.

  • Anmerkung : Als bei der Fernseh GmbH in Darmstadt 1974 die ersten BCN 40 und BCN 50 1" Videorecorder mit sehr großem Erfolg in Montreux vorgestellt und produziert wurden, stellte sich eine Schwäche des Systems heraus. Der super tolle BCN Recorder konnte weder Standbild noch "Slow motion". Ein konnte nur Halbbild für Halbbild abspielen und es hätte eines Bildspeichers bedurft. Der jedoch war exorbitant teuer, 32 Kilobyte RAM kosteten damals etwa 65.000.- DM. Das nur zu den oben angeführten Gedanken der damaligen Experten.

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Vorbild war die Qualität des Direktschneideverfahrens

Die Produktion von Schallplatten in höchster Qualität war zu dieser Zeit jedoch das Direktschneideverfahren, bei dem der Lackmaster ohne Verwendung von Master- und Mutterbändern im Produktionsprozess geschnitten wurde: Das Live-Quellensignal wird nach dem Mischen direkt dem Disc-Schneidekopf zugeführt. Einschränkungen durch analoge Tonbandgeräte wurden somit umgangen. Obwohl das direkte Schneiden im Prinzip recht einfach klingt, ist es in der Praxis äußerst schwierig. Zuallererst muss das erforderliche musikalische und technische Personal, die Interpreten, die Misch- und Schneidingenieure, zur selben Zeit am selben Ort zusammengebracht werden. Dann muss das gesamte aufzuzeichnende Stück von Anfang bis Ende fehlerfrei aufgeführt werden, da die Live-Quelle direkt dem Schneidkopf zugeführt wird.

Die Aussichten mit einer PCM Ausrüstung

Wenn die PCM-Ausrüstung perfektioniert werden könnte, könnten hochwertige Aufzeichnungen erstellt werden, während die Zeit- und Kostenprobleme des direkten Schneidens gelöst werden. Durch die PCM-Aufzeichnung könnte der Prozess nach dem Erstellen des Masterbands nach Belieben abgeschlossen werden.

1969 - erster PCM-Rekorder-Prototyp von Nippon Columbia

1969 entwickelte Nippon Columbia einen PCM-Rekorder-Prototyp, der lose auf der ursprünglich von NHK entwickelten PCM-Ausrüstung basierte: Als Aufzeichnungsmedium wurde ein 4-Kopf-Videorecorder (Anmerkung : ein Nachbau einer Ampex/RCA Quadruplex Maschine) mit 2-Zoll-Band benutzt mit einer Abtastrate von 47,25kHz unter Verwendung eines 13 Bit-Linear- Analog-Digital-Wandlers. Diese Maschine war der Ausgangspunkt für die PCM-Aufzeichnungssysteme, die derzeit von Sony nach viel Entwicklung und Anpassung vermarktet werden. (Anmerkung : Es war 1969 wie auch bei der NHK Maschine von 1967 nur ein einziger Prototyp gebaut worden.)

Entwicklung kommerzieller PCM-Prozessoren

In einem PCM-Recorder gibt es drei Hauptteile: einen Codierer, der das Audioquellensignal in ein digitales PCM-Signal umwandelt, einen Decodierer, der das PCM-Signal zurück in ein Audiosignal umwandelt, und natürlich muss es ein Aufzeichnungsmedium geben, irgend eine Art von Magnetband zur Aufzeichnung und Wiedergabe des PCM-codierten Signals.

Die Zeitdauer, die ein Bit in dem Bitstrom einnimmt, aus dem ein PCM-codiertes Signal besteht, wird durch die Abtastfrequenz und die Anzahl der Quantisierungsbits (der Quntisierungsstufen) bestimmt.

Wenn beispielsweise eine Abtastfrequenz von 50 kHz gewählt wird (Abtastperiode 20us) und ein 16-Bit-Quantisierungssystem verwendet wird, beträgt die Zeitspanne, die von einem Bit belegt wird, wenn eine Zweikanalaufzeichnung durchgeführt wird, ungefähr 0,6us.

Um den Erfolg der Aufzeichnung sicherzustellen, müssen aber auch Erkennungsbits für das Fehlerkorrektursystem enthalten sein. Infolgedessen ist es notwendig, ein Aufzeichnungs- / Wiedergabesystem zu verwenden, das eine Bandbreite zwischen etwa 1 und 2 MHz aufweist.

In Anbetracht dieser Bandbreitenanforderung ist ein Videorecorder (VTR) der praktisch am besten geeignete Recorder. Doch der Videorecorder wurde speziell für die Aufnahme von Fernsehbildern in Form von analogen Videosignalen entwickelt. Um ein Videosignal erfolgreich aufzuzeichnen, ist eine Bandbreite von mehreren Megahertz erforderlich, und es ist ein glücklicher Zufall, dass sich der Videorecorder hervorragend für die Aufzeichnung eines PCM-codierten Audiosignals eignet.

1977 - Über die Eignung des Consumer-Videorecorders

Die Eignung des Videorecorders als vorhandenes Aufzeichnungsmedium führte dazu, dass die ersten (Consumer-) PCM-Tonbandgeräte (Anmerkung : es gab 2 Kanäle nur für Stereo) als Zwei-Einheiten-Systeme mit einem Videorecorder und einem digitalen Audioprozessor entwickelt wurden. Letzteres wurde direkt an eine analoge HiFi-Stereo-Anlage zur eigentlichen Wiedergabe angeschlossen. Ein solches Gerät, das PCM-1, wurde erstmals 1977 von Sony vermarktet.

1978 - der professionelle Audioprozessor PCM-1600

Im folgenden Jahr wurde der digitale Audioprozessor PCM-1600 für professionelle Anwendungen vorgestellt. Im April 1978 wurde die Verwendung von 44,056 kHz als Abtastfrequenz (die in den oben genannten Modellen verwendete) von der AES (Audio Engineering Society) akzeptiert.

Auf der 1978 in den USA stattfindenden CES (Consumer Electronics Show) wurde ein ungewöhnliche Anzeigentafel aufgestellt. Die bekanntesten Namen der amerikanischen Lautsprecherhersteller zeigten ihre neuesten Produkte mit einem digitalen PCM-1-Audioprozessor und einem Consumer-Videorecorder als Tonquelle.

Verglichen mit der Situation vor wenigen Jahren, als die Tonqualität von Tonbandgeräten als relativ schlecht eingestuft wurde, war das Testen von Lautsprechern mit einem PCM-Tonbandgerät eine völlige Umkehrung des Denkens. Die Audioindustrie hatte durch die vollständige Neuentwicklung des Aufzeichnungsträgers, die den größten Teil der Verschlechterung des Originalsignals verursachte, einen großen Schritt in Richtung einer echten Wiedergabetreue zur ursprünglichen Tonquelle getan.

1978 - Die japanische Industrie setzte einen Standard.

Zur gleichen Zeit wurde in Japan von 12 großen Elektronikunternehmen ein Ausschuss für die Standardisierung von Fragen im Zusammenhang mit PCM-Audioprozessoren unter Verwendung von Consumer-Videorecordern eingerichtet.

Im Mai 1978 einigten sie sich auf den EIAJ-Standard (Electronics Industry Association of Japan). Dieser Standard hat sich grundsätzlich auf ein lineares 14-Bit-Datenformat für digitale Audioanwendungen für Verbraucher geeinigt.

Der erste kommerzielle Prozessor für den Hausgebrauch nach diesem EIAJ-Standard, der große Popularität erlangte, war der inzwischen berühmte (SONY)PCM-F1, der 1982 auf den Markt gebracht wurde.

Dieses Gerät konnte also von einem 14-Bit- in ein 16-Bit-Format für lineare Codierung / Decodierung umgeschaltet werden. Obwohl es sich im Grunde genommen um ein Produkt für den anspruchsvollen HiFi-Enthusiasten handelt, waren seine Qualitäten so hervorragend, dass es sofort in großem Umfang auch im professionellen Audioaufnahmegeschäft eingesetzt wurde, was die Akzeptanz von digitalem Audio in den Aufnahmestudios erhöhte.

Im professionellen Bereich wurde der Nachfolger des (SONY) PCM-1600 verwendet, der (SONY) PCM-1610, welcher ein deutlich aufwendigeres Aufnahmeformat als die EIAJ Norm hatte und der daher einen professionellen Videorecorder erforderte, eine der auf dem U-Matic-Standard basierte. Der (SONY) PCM-1610 wurde schnell ein Defacto-Standard für die digitale Zweikanal-Audioproduktion und das Mastering von CDs.
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Ein Blick digitale Tonbandgeräte mit feststehenden Köpfen

Das wichtigste Gerät im Aufnahmestudio ist das Mehrkanal-Tonbandgerät: Verschiedene Interpreten werden auf verschiedenen Kanälen - oft zu unterschiedlichen Zeiten - aufgenommen, damit der Studiotechniker vor dem Bearbeiten und Überspielen den erforderlichen Klangmix erzeugen kann. Die kleinste Anzahl der verwendeten Kanäle reicht im Allgemeinen von 4 bis 32 kanälen.

Ein digitales Tonbandgerät ist ideal für den Studioeinsatz geeignet, da das erneute Überspielen (erneutes Aufnehmen desselben Stücks mit zusätzlichen Spuren) in mehr oder weniger unbestimmter Zeit nacheinander durchgeführt werden kann.

Bei einem analogen Tonbandgerät (Abbildung 5) nimmt die Verschlechterung der Aufnahme jedoch mit jedem Überspielen zu. Ein digitaler Rekorder ist außerdem gegen Übersprechen zwischen den Kanälen (nahezu) immun, was bei einem analogen Rekorder zu Problemen führen kann.

Es wäre jedoch sehr schwierig, mit einem digitalen Audioprozessor in Kombination mit einem Videorecorder die Anforderungen des Studiostandards zu erfüllen. Für ein Studio wäre ein digitales Tonbandgerät mit festem Kopf die Antwort. Der Aufbau eines digitalen Tonbandgeräts mit stationärem Kopf wirft jedoch eine Reihe besonderer Probleme auf. Das wichtigste davon betrifft den Typ des Magnetbands und die verwendeten Köpfe.

Die notwendige absolute Bandgeschwindigekit

Die Head-to-Tape- (Kopf zu Band-) Geschwindigkeit eines Videorecorders mit Schrägspurabtastung (Abbildung 5), der mit einem digitalen Audioprozessor verwendet wird, ist mit etwa 10 Metern pro Sekunde sehr hoch.

Bei einem Rekorder mit stationärem Magnetkopf liegt die maximal mögliche Geschwindigkeit jedoch bei etwa 50 Zentimetern pro Sekunde, was bedeutet, dass Informationen bei Verwendung eines stationären Kopfrekorders viel enger auf das Band gepackt werden müssen.

Mit anderen Worten, das Band muss in der Lage sein, viel höhere Aufzeichnungsdichten zu erreichen. In der Folge wurden in den 1970er Jahren umfangreiche Forschungsarbeiten zu neuen Arten von Modulations- Aufzeichnungssystemen und speziellen Köpfen durchgeführt, die für die Aufzeichnung mit hoher Dichte geeignet sind.

1984/85 Der DASH (Digital Audio Stationary Head) Recorder

Ein weiteres Problem tritt auf, wenn ein digitales Tonbandgerät zum Bearbeiten (man nennt es auch "Schneiden") von Audioaufmnahmen verwendet wird - es ist praktisch unmöglich, zu Bandschnipsel "zu schneiden", ohne dass das Endergebnis künstliche Fehler enthält. Es wurden weiterhin extrem leistungsfähige Fehlerkorrekturcodes erfunden, die diese Fehler beseitigen können.

Der digitale Mehrkanalrekorder hatte sich schließlich entwickelt, nachdem alle oben genannten Probleme gelöst worden waren. Die großen Hersteller wie Studer, Sony und Matsushita einigten sich auf ein Standardformat für stationäre Kopfrekorder mit der Bezeichnung DASH (Digital Audio Stationary Head). Ein Beispiel für eine solche Maschine ist der 24-Kanal-PCM-3324 von Sony.
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  • Anmerkung : Das DASH Format von SONY, Studer und Matsushita definiert 3 verschiedene Bandgeschwindigkeiten für Bitraten und Samplingfequenzen sowie 1/4 Zoll und 1/2 Zoll band-Formate und kann bis zu 48 Kananäle aufzeichen. Heftgster Mitbewerber war Mitsubishi mit einer 48 Kanal Maschine in einem proprietären Datenformat.

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Die Anfänge der Entwicklung der Compact Disc

In den 1970er Jahren begann das Zeitalter der Videoplatte mit drei verschiedenen Systemen: (1) dem optischen System, bei dem das Videosignal in feinen Rillen als eine Art Schallplatte abgelegt wird und von einem Laserstrahl abgelesen wird; (2) das Kapazitätssystem, das Änderungen der elektrostatischen Kapazität verwendet, um das Videosignal zu speichern; und 83) das elektrische System, das einen Wandler verwendet.

1977 - Der Weg in die falsche Richtung

Die Ingenieure begannen dann zu glauben, dass ähnliche Systeme für PCM / VTR-Aufzeichnungs- material verwendet werden könnten, da die zum Aufzeichnen eines Videosignals auf einer Videoplatte erforderliche Bandbreite größer war als die zum Aufzeichnen eines digitalisierten Tonsignals erforderliche Bandbreite.

So wurde die Digital Audio Disc (DAD) unter Verwendung der gleichen Technologien wie die optischen Videoplatten entwickelt: im September 1977 Mitsubishi, Sony und Hitachi zeigten ihre DAD-Systeme auf der Audio Fair. Da jeder wusste, dass die neuen Scheibensysteme irgendwann beim Verbraucher weit verbreitet sein würden, war es unbedingt erforderlich, eine Einigung über die Standardisierung zu erzielen.

1979 - Philips hatte die bessere Idee - nur 11,5cm Durchmesser

Darüber hinaus hatte der Philips Konzern aus den Niederlanden, der seit Anfang der 1970er Jahre an der Entwicklung der optischen Videoplattentechnologie (maßgeblich) beteiligt war, bis 1978 einen DAD mit einem Durchmesser von nur 11,5 cm entwickelt, während die meisten japanischen Hersteller an eine 30cm-DAD dachten, in Analogie zur analogen Vinyl-LP. Solch eine große Platte würde bis zu 15 Stunden Musik enthalten, was aber eigentlich ziemlich unpraktisch und viel zu teuer wäre.

Während eines Besuchs von Philips-Führungskräften in Tokio wurde Sony mit der Idee von Philips konfrontiert (oder infiziert - und überzeugt ?), und bald entwickelten sie gemeinsam die heute berühmte Compact Disc, die schließlich als weltweiter Standard übernommen wurde.

Die spätere Scheibengröße wurde auf 12 cm festgelegt, um eine Kapazität von 74 Minuten zu erreichen: die ungefähre Dauer von Beethovens Neunter Symphonie.
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  • Anmerkung : Vielleicht hatte es die Japaner ja gewurmt, aber Karajan war kein Japaner, aber nun mal eine bedeutende Zugkraft bei der Vermarktung der CD zu einem Weltstandard, sogar bedeutender als Philips und Max Grundig zusammen und der sagte angeblich, die 9. von Beethoven muß da drauf gehen.
  • Und überhaupt war es ein Wunder, daß sich die CD ohne Zutun und trotz erheblichem Gegenwind der Amerikaner auch in Amerika als Standard duchgesetzt hatte.

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Die CD wurde schließlich im Oktober 1982 auf den (japanischen) Verbrauchermarkt gebracht (in Europa erst ein Jahr später). In wenigen Jahren gewann sie in der breiten Öffentlichkeit an Popularität und wurde ein wichtiger Bestandteil des Audio-Geschäfts.
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Peripheriegeräte für die digitale Audioproduktion

Bei Verwendung eines PCM-Tonbandgeräts ist es möglich, eine Aufnahme mit einer Tonqualität zu erstellen, die der Originalquelle sehr nahe kommt, da digitale Tonbandgeräte die Aufnahme nicht "einfärben" (oder wie auch immer verfärben), was bei analogen Tonbandgeräten nicht der Fall ist. Wichtiger ist, dass ein digitales Tonbandgerät viel mehr Freiheit und Flexibilität beim Band-Schnitt bietet.

Es folgt eine kurze Erläuterung einiger Peripheriegeräte, die in einem Studio oder einer Rundfunkstation als Teil eines digitalen Systems für die Erstellung von Software verwendet werden.

• Digitalmixer.
Ein digitales Mischpult, das das eingespeiste Signal digital verarbeitet, würde eine Verschlechterung der Klangqualität verhindern und die größte Freiheit bei der Erstellung von Aufnahmen gewähren. Das Design und die Konstruktion eines digitalen Mischpults ist eine äußerst anspruchsvolle Aufgabe. Es wurden jedoch Mehrkanalmischer hergestellt, die für den Einsatz in Studios und Rundfunkstationen geeignet sind, und beginnen, analoge Mischtische in anspruchsvollen Anwendungen zu ersetzen.

• Digitale Schnitt-(Editier-) Konsole.
Eines der Hauptprobleme bei der Verwendung eines auf einem Videorecorder basierenden Aufzeichnungssystems ist die Schwierigkeit bei der Bearbeitung. Das Signal wird auf einer VTR-Kassette aufgezeichnet, was bedeutet, dass ein normales Schneiden und Spleißen des Bandes zu Bearbeitungszwecken nicht möglich ist. Daher einer von

• Digitaler Nachhall.
Ein digitaler Hallgeber basiert auf einem völlig anderen Konzept als herkömmliche Hallgeräte, bei denen meist eine Feder oder eine Stahlplatte verwendet wird, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Solche mechanischen Reverbs haben nur einen begrenzten Reverb-Effekt und unterliegen einer erheblichen Signalverschlechterung. Der von einem digitalen Nachhallgerät verfügbare Reverb-Effekt deckt einen extrem breiten und präzise variablen Bereich ab, ohne dass die Signalqualität beeinträchtigt wird.

• Abtastfrequenz- Konvertierung und Quantisierungsverarbeitung.
Eine Abtastfrequenzeinheit ist erforderlich, um zwei digitale Aufzeichnungsgeräte miteinander zu verbinden, die unterschiedliche Abtastfrequenzen verwenden. In ähnlicher Weise wird ein Quantisierungsprozessor zwischen zwei Ausrüstungsteilen verwendet, die unterschiedliche Quantisierungsbitnummern verwenden. Diese beiden Geräte ermöglichen die kostenlose Übertragung von Informationen zwischen digitalen Audiogeräten unterschiedlicher Standards.
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Konzept eines digitalen Audioproduktionssystems

Um die Qualität des Endprodukts zu verbessern, können bereits einige Einheiten des herkömmlichen analogen Produktionssystems für Audioaufzeichnungen durch digitale Geräte ersetzt werden (siehe Abbildung 6).

Audiosignale vom Mikrofon werden nach dem Mischen auf einem digitalen Mehrkanal-Audiorecorder aufgezeichnet. Das Ausgangssignal des Digitalrekorders wird dann über den Analogmixer mit oder ohne Verwendung eines digitalen Hallgeräts in ein Stereosignal gemischt.

Das analoge Ausgangssignal vom Mischer wird dann von einem digitalen Audioprozessor in ein PCM-Signal umgewandelt und auf einem Videorecorder aufgezeichnet.

Die Bearbeitung der Aufnahme erfolgt in einem digitalen Audio-Editor mit Hilfe von digitalen Audioprozessoren und Videorecordern. Das Endergebnis wird auf einem Videoband oder einer Kassette gespeichert. Die verwendete Schneidemaschine ist eine digitale Version.

Wenn der Mischer durch eine digitale Version ersetzt wird und in ferner Zukunft ein digitales Mikrofon verwendet wird, wird das gesamte Produktionssystem digitalisiert.

Digital Audio Broadcasting

Seit 1978 haben UKW-Rundfunkanstalten großes Interesse an digitalen Tonbandgeräten bekundet und die Vorteile erkannt, die sich daraus ergeben, sobald sie entwickelt wurden. Abbildung 7 zeigt eine FM-Sendeanlage mit digitalen Tonbandgeräten, um qualitativ hochwertige Sendungen aufrechtzuerhalten.

In naher Zukunft werden Sendungen mit hoher Qualität wahrscheinlich über vollständig digitalisierte PCM-Systeme ausgestrahlt, wie in Abbildung 8 dargestellt. Eine Bandbreite von mehreren Megahertz wäre erforderlich, jedoch ein viel höherer Frequenzbereich als derzeit im UKW-Rundfunk verwendet. Um eine so große Bandbreite auszusenden, müsste eine Sendefrequenz mit einer Wellenlänge von weniger als einem Zentimeter verwendet werden. Aufgrund dieser Faktoren wäre die effektivste Methode zum Senden eines PCM-Signals, auch aus Sicht der Bereiche, die abgedeckt werden könnten, wahrscheinlich über Satellit. Auf diesem Gebiet wurde in den letzten Jahren viel Forschung betrieben.

Ein Standard für digitalen Mehrkanal-Audio-Rundfunk wurde gemeinsam von Herstellern und Rundfunkveranstaltern aus verschiedenen Ländern entwickelt.

1985/1987 - R-DAT und S-DAT:
Neue Digital Audio Tape Recorder-Formate

Weitere Untersuchungen zur Entwicklung kleinerer, integrierter digitaler Audiorecorder, für die kein Videorecorder erforderlich wäre, führten zu einer parallelen Entwicklung sowohl von (rotierenden) R-Kopf- als auch von (stationären) S-Kopf- Ansätzen, was zum einen zu dem sogenannten R-DAT-Audioband führte und zum S-DAT-Format (Stationary Head Digital Audio Tape Recorder).

Das S-DAT-System basiert - wie sein professionelles Gegenstück - auf Mehrspur-Dünnfilmköpfen, um eine sehr hohe Packungsdichte zu erzielen, während das R-DAT-System ein miniaturisiertes Rotationskopf- Aufzeichnungssystem ist, das ähnlich wie bei den Videoaufzeichnungssystemen für Audioanwendungen optimiert ist.
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Das R-DAT-System von SONY

Das als erstes (Anmerkung : von SONY) auf den Markt gebrachte R-DAT-System verwendet eine kleine Kassette von nur 73 x 54 x 10,5 mm - etwa die Hälfte der bekannten analogen Kompaktkassette. Die Bandbreite beträgt 3,81 mm - ungefähr die gleiche wie bei der analogen CC-Kompaktkassette.

Weitere "grundlegende Merkmale" von R-DAT sind:
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  • # mehrere Funktionen: eine Vielzahl von Quantisierungsmodi und Abtastraten; Mehrere Betriebsarten wie extra lange Spielzeit, 2- oder 4-Kanal-Aufnahme, direkte Aufnahme von digitalen Sendungen
  • # Mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz und einer linearen 16-Bit-Quantisierung kann eine sehr hohe Klangqualität erzielt werden
  • # Hochgeschwindigkeits-Suchfunktionen
  • # sehr hohe Aufzeichnungsdichte, daher geringere Betriebskosten (lineare Bandgeschwindigkeit nur 0,815 cm/s)
  • # sehr kleiner Mechanismus.
  • # SCMS: Serial Copy Management System, ein Kopiersystem, mit dem der Benutzer eine einzelne Kopie einer urheberrechtlich geschützten digitalen Quelle erstellen kann.

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  • Anmerkung : Das von der Musik-Industrie erzwungene SCMS, das hier als Merkmal oder gar als besondere Eigenschaft hervorgehoben wird (oder wurde) wurde beinahe zum Totengräber dieser ganzen DAT Entwicklung und hat SONY viel Geld gekostet. Am Ende war es reine Makulatur, als man mit dem PC alle nur möglichen digitalen Aufnahmen kreuz und quer kopieren konnte.


Eine Beschreibung des R-DAT-Formats und des Systems finden Sie in Kapitel 17.
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Das S-DAT-System von Phlips

Die grundlegenden Spezifikationen des S-DAT-Systems wurden ursprünglich festgelegt: In diesem Fall ist die Kassette mit demselben 3,81-mm-Band reversibel (wie die analoge Kompaktkassette).

Zwei oder vier Audiokanäle werden auf 20 Audiospuren aufgezeichnet. Die Spurbreite wird nur 65um betragen (sie sind alle auf einer Gesamtbreite von nur 1,8mm aufgezeichnet!), Und logischerweise verzögern verschiedene technologische Schwierigkeiten kurzfristig die praktische Realisierung.
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Zusammenfassung der Entwicklung digitaler Audiogeräte bei SONY (aus dem SONY Buch von 1992)

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  • Oktober 1974
    Erster stationärer digitaler Audiorecorder, der X-12DTC, 12-Bit
  • September 1976
    Digitale 15-Zoll-Audio-Disc im FM-Format, die per Laser gelesen wird. Spieldauer: 30 Minuten bei 1800 U / min, 12-Bit, 2-Kanal
  • Oktober 1976
    Erster digitaler Audioprozessor, 12-Bit, 2-Kanal, entwickelt für die Verwendung mit einem Videorecorder
  • Juni 1977
    Professioneller digitaler Audioprozessor PAU-1602, 16-Bit, 2-Kanal, erworben von NHK (Japan Broadcasting Corporation)
  • September 1977
    Der weltweit erste digitale Audioprozessor für Endverbraucher PCM-1, (nochnicht der PCM-F1 von 1982) 13-Bit, 2-Kanal 15-Zoll-Digital-Audio-Disc, die per Laser gelesen wird. Spielzeit: 1 Stunde bei 900 U / min
  • März 1978
    Professioneller digitaler Audioprozessor PCM-1600
  • April 1978
    Digitaler Audiorecorder mit stationärem Kopf X-22, 12-Bit, 2-Kanal, V4-Zoll Band
    Das weltweit erste digitale Audionetzwerk
  • Oktober 1978
    Mit Laser gelesene digitale Audio-Disc für lange Wiedergabe. Spieldauer: 2 1/2 Stunden bei 450 U / min
    Professioneller Mehrkanal-Audiorecorder mit stationärem Kopf PCM-3224, 16-Bit, 24-Kanal, mit 1-Zoll-Band
    Professioneller digitaler Audiomischer DMX-800, 8-Kanal-Eingang, 2-Kanal-Ausgang, 16-Bit
    Professioneller digitaler Hallgeber DRX-1000, 16-Bit
  • Mai 1979
    Professioneller digitaler Audioprozessor PCM-100 und digitaler Consumer-Audioprozessor PCM-10 nach EIAJ-Standard (Electronics Industry Association of Japan)
  • Oktober 1979
    Professioneller digitaler Mehrkanal-Audiorecorder mit stationärem Kopf PCM-3324, 16-Bit, 24-Kanal, mit 1/2-Zoll-Band
  • Professioneller digitaler Audiorecorder mit stationärem Kopf PCM-3204, 16-Bit, 4-Kanal mit 1/4-Zoll-Band
  • Mai 1980
    Willi Studer aus der Schweiz erklärt sich damit einverstanden, das digitale Audioformat von Sony für stationäre Kopfrekorder zu verwenden
  • Juni 1980
    Digitales CD-Audiosystem, das von Sony und Philips gemeinsam entwickelt wurde
  • Oktober 1980
    Digitale Audio-Demonstration von CDs mit Philips auf der Japan Audio Fair in Tokio
  • Februar 1981
    Digitales Audio-Mastering-System mit digitalem Audio-Prozessor PCM-1610, digitalem Audio-Editor DAE-1100 und digitalem Nachhall DRE-2000
  • Frühling 1982
    PCM-Adapter PCM-Fl für digitale Aufnahmen und Wiedergaben auf einem Heim-Videorecorder
  • Oktober 1982
    Der CD-Player CDP-101 wird auf den japanischen Markt gebracht und ist ab März 1983 in Europa erhältlich
  • 1983
    Mehrere neue Modelle von CD-Playern mit ausgefeilten Funktionen: CDP-701, CDP-501, CDP-11S, PCM-701 Encoder
  • November 1984
    Tragbarer CD-Player: der D-50
    Auto-CD-Player: CD-X5 und CD-XR7
  • 1985
    Video 8 mehrspuriger PCM-Recorder (EV-S700)
  • März 1987
    Erster R-DAT-Player DTC-1000ES auf dem japanischen Markt eingeführt
  • Juli 1990
    Der R-DAT-Player DTC-55ES der zweiten Generation ist auf dem europäischen Markt erhältlich
  • März 1991
    DAT Walkman: TCD-D3 Auto DAT-Player: DTX-10

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