CD-Player Wissen + Service aus 1992
Auf diesen Seiten wird das damalige Wissen des Autors Rodekurth teilweise erst mal original zitiert und jeweils mit aktuellem Wissen kommentiert. Der Autor hatte 1992 entweder noch nicht alle Informationen erhalten, die teilweise noch Firmengeheimnis waren oder irgendwo ganz tief im Text versteckt waren. Auch die beschriebenen Mustergeräte und Komponenten sind nur ein Bruchteil der damals am Mark befindlichen Produkte. Von den Senkrechtladern ist nichts zu lesen und auch SPDIF war scheinbar unbekannt. Weiterhin konzentriert sich der Autor auf die großen älteren Audio-CD-Player. Aber gerade bei der PC-CD-Technik wurden die größten Innovationen eingeführt, die dyynamische Auswuchtung unrunder CDs zum Beispiel und das beschreiben von CDs. Die einführende Seite finden Sie hier.
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5.9 Die digitalen Audio-Signale
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- Anmerkung : In der EDV wird eine zusammenhängende Gruppe von "bits" als Wort oder "Daten-Wort" bezeichnet.
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Die von der CD-Platte kommenden EFM-Daten stehen nach der Umwandlung seriell als 16-Bit-Datenwörter mit der entsprechenden Abtastrate im Zweierkomplement-Code (4Bit-Code) zur Kennungsmöglichkeit der positiven und negativen Werte zur Verfügung.
Jedes 8Bit-Wort wird in ein 14Bit-Wort umgewandelt. Die Grundbedingung des EFM-Signals ist, daß mindestens 2 und höchstens 10 Nullen hintereinander auftreten dürfen.
14 Bits sind nötig, weil 267 Kombinationen diese Bedingung erfüllen. Für 8 Bits werden jedoch nur 256 benötigt. Die Umsetzung geschieht mit einer Tabelle, in der jedem 8 Bitwort ein 14 Bitwort zugeteilt wird. Diese Daten sind mit der Anstiegsflanke der BLCK synchronisiert.
Die seriellen Daten enthalten wechselweise die Audio- Rechts-/Links- Informationen. Der jeweilige Wechsel erfolgt zwischen den angesprochenen Audiokanälen jeweils bei der abfallenden Flanke des 24. BLCK-Impulses oder für den zweiten Audiokanal ab der ansteigenden Flanke des 25. BLCK-Impulses.
Die WCLK (WDCK), welche als interner Datentransfer der Timing-Signale dient, schaltet wechselseitig die seriellen Stereodaten (LRCK) zu den einzelnen Audiokanälen (rechts, links) um.
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5.9.1 D/A-Wandler
Die vom Digitalfilter gelieferten Daten unverfälscht und mit höchster Präzision in analoge Signale umzuwandeln, ist die Aufgabe des D/A-Wandlers.
Das derzeit mögliche wird mit einem 18Bit-Wand-er vorgenommen. Dieser wandelt die vom 18Bit-Digitalfilter kommenden digitalen Daten um. In Verbindung mit einem 8fach Oversampling ist die maximal mögliche Auflösung, die Konvertierungspräzision, der Ausgangssignale um den Faktor 4 höher als bei herkömmlichen Wandlern. Es gibt aber auch Geräte, die einen 16Bit-Wandler umschalten, und solche, die einen echten 18Bit D/A Wandler einsetzen.
Damit man beim Anschluß von weiteren digitalen Geräten nicht erneut D/A oder A/D wandeln muß, wurde ein digitaler Bus standardisiert. Dies ist eine serielle Schnittstelle mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit.
Das Signal an der Cinchbuchse des digitalen Ausgangs eines CD-Players ist gleichspannungsfrei, weil die Wechselspannung (digital) über einen entsprechenden Übertrager ausgekoppelt wird.
- Anmerkung : Warum steht hier kein Wort von SPDIF und daß es auch optisch über Glasfaser geht ???? So gut wie alle höherwertigen CD-Player hatten diese beiden Ausgänge - Cinch und Toslink und es stand auch SPDIF dran.
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5.9.2 Filterstufe
Das letzte Glied der CD-Signalkette ist die Filterstufe. Hier gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten :
- - Analoge Filter
- - Digitale Filter
Beide Filter sind entsprechend ihrer Art fehlerbehaftet. Ein ideales Filter gibt es leider noch nicht.
- Anmerkung : Wir haben immer noch 1992 und die neueste SONY Digital-Filter- Entwicklung im XA-50-Es von 1998 war noch nicht auf dem Markt.
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5.9.2.1 Analoge Filter
erzeugen an steilen Flanken ungewollte Einschwingvorgänge (Osz. 2) und produzieren mit ansteigender Frequenz Phasenfehler (Osz. 1).
Oszillogramm 1 Phasenfehler bei ansteigender Frequenz
Oszillogramm 2 Überschwinger bzw. Einschwingvorgänge nach steilen Flanken (Rechtecksignale)
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5.9.2.2 Digitale Filter
Digitalfilter formen digitale Tonsignale mit bestimmter Samplingfrequenz in Signale mit dem Vielfachen der Grundfrequenz um. Das 18Bit-Digitalfilter wird in einer Art Pseudo-Schaltung dem 16Bit-Wandler vorgeschaltet und arbeitet bei hohen Pegeln normal mit den ersten 16 Bit, die letzten Bits 17 und 18 fallen hierbei als unwichtig heraus und werden nicht verarbeitet. Sind fehlerhafte Daten dennoch nicht korrigierbar, dann werden sie weich ausgeblendet. In Pausen-Funktion wird vom Mikroprozessor (MUSB) ein 12dB Abschwächer wirksam.
Mittlerweile gibt es auf dem Markt echte 18Bit-Wandler mit denen eine volle 18Bit-Auflösung erreicht wird; hier sei abzuwarten, was diese Entwicklung im Laufe der Zeit bringen wird.
Digitale-Filter sind zwar, was Phasenfehler (Osz. 3) angeht, genauer, aber erzeugen Überschwinger vor und nach einem steilflankigen Signalereignis (Osz. 4). Diese Überschwinger sind Mischprodukte, wie sie bei jeder Modulation auftreten und die Hochtöner der Lautsprecherbox (außerhalb des menschlichen Wahrnehmungsbereichs) zusätzlich belasten.
Oszillogram 3 Trotz ansteigender Frequenz (1 kHz) treten hier keine Phasenfehler auf
Oszillogramm 4 Typische Überschwinger vor und nach einem steilflankigen Signal (5 kHz)
Die nachfolgenden Audioverstärker haben diese HF-Reste nicht gerne, weil diese die Ausgangsleistung verzerren, zu wilden Schwingungen anregen, HF-Anteile auf Rundfunk und Fernsehempfänger abstrahlen und stören.
Alle erzeugten Fehlersignale sind meßtechnisch erfaßbar, ob sie allerdings im Wohnraum hörbar sind, sei dahingestellt.
5.9.3 Die Fehlerkorrektur
Die Audiodaten (digital) durchlaufen zwei Korrekturzyklen, in denen sie zweimal in das externe DRAM geschrieben und aus jedem ausgelesen werden. Nachdem diese Audiodaten mittels Quarztakt synchronisiert wurden, stehen sie, falls erforderlich, einer Fehlerkorrektur zur Verfügung.
Die zwischengespeicherten Daten werden entsprechend verzögert, entscrambled (entschlüsselt) und zeitlich richtig zusammengefügt. Diese Korrekturschaltung besteht aus einem CIRC-Decoder (wird zweimal durchlaufen), einer Flagstrategie-Logik (entscheidet im Einzelfall über die Fehlerkorrekturstrategie), dem DRAM als Zwischenspeicher und Descrambler für die Daten. Es werden jeweils 32 8Bit-Symbole in das DRAM geladen. Die Logik überprüft die Fehlerkennzeichen und wählt aus 60 zur Verfügung stehenden, unterschiedlichen Fehlerkorrekturstrategien die beste aus.
Konnten alle Fehler korrigiert werden, so werden die modifizierten Symbole in das DRAM geschrieben. Ist dies nicht bei allen der Fall, so werden alle 8Bit-Symbole durch ein Flag als fehlerhaft gekennzeichnet und ebenfalls ins DRAM geschrieben.
Bei einem Datenverlust von mehr als 5mm
Tritt ein Datenverlust von mehr als 5mm (gemeint ist die Spurlänge von 5mm) auf der Platte auf, so wird der NF-Ausgang (allermeist per Rrelais) stummgeschaltet, gemutet. Die nun noch zur Verfügung stehenden 28 8Bit-Symbole liegen zur erneuten Fehlerkorrektur an. Diese verbleibenden Symbole werden in der Interpolations- und Stummschaltung (MUT) verarbeitet. Diese Daten gelangen auf den jetzt im Multiplexverfahren arbeitenden seriellen Datenbus. Um die Links-/Rechts-Information wiedergewinnen zu können, benötigt man die zusätzliche Wordselectleitung (WSAB).
Diese Daten gelangen anschließend zum Digital-Analog-Wandler, wo sie in das linke oder rechte 16Bit-Schieberegister eingelesen werden. Das Datenwort wird in einem 16Bit-Auffangregister zwischengespeichert und in eine der 216 = 65.536 möglichen Stromstufen umgewandelt. Die jeweiligen Summenströme der Links-/Rechts-Information liegen dann am nachfolgenden Operationsverstärker an. Da dieser stromgesteuert ist, läßt sich hier leider kein Signal messen. Um das Quantisierungsrauschen, welches um so stärker, je höher die Frequenz ist, zu unterdrücken, werden eine Deemphasis und ein Tiefpaßfilter eingeschaltet. Die Steuerung geschieht über die Information des Q-Subcode-Kanals. Ein zusätzlich nachgeschaltetes Tiefpaßfilter filtert die noch vorhandenen Trägerfrequenzreste aus (44,1 kHz).
