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Peter Burkowitz (†) und "Die Welt des Klanges"

In der "stereoplay" Ausgabe Mai 1991 beginnt eine Artikelserie von Peter Burkowitz. - Der damalige Chefredakteur Karl Breh kannte sie alle, die Koryphäen der Tontechnik und der "highfidelen" Edelstudiotechnik. Ob es ein Siegfried Linkwitz oder Eberhard Sengpiel war, das waren die unbestech- lichen Geister, die mit dem Gehör jede Legende, jeden Mythos oder jedes virtuelle Wunschdenken und erst recht die verklärte Wahrheit der Erinnerung sofort entlarven konnten. Das alles steht in den 25 Artikeln "über den Klang".

1991 - DIE WELT DES KLANGS
Musik auf dem Weg vom Künstler zum Hörer (14 von 25)

von Peter K. Burkowitz 1991 bis 1993

Digitale Studio-Zukunft
Analog versus Digital

Abschließend zum Thema "Mischpulte" noch ein paar Worte über diese Alternative, die wohl in nicht ferner Zukunft keine mehr sein wird. Denn letzten Endes ist die Antwort nur abhängig von der Verfügbarkeit entsprechend hoch integrierter, schneller und preisgerechter Chips. Für Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräte trifft das ja schon zu. In Heft 7/91 hatte ich das Thema bereits umrissen.

Für den Mischpultbau sind wir aber noch nicht ganz so weit. Denn dort benötigt man für den einzelnen Kanal höhere Werte an nutzbarer Dynamik, als sie für den Gesamtzug vom Mikrophon bis zu einer Aufzeichnungsspur verlangt werden müssen.

Wir haben noch 1991 - darum ein Beispiel

Hier für technisch Interessierte ein kleines Rechenexempel:
Ein gutes Kondensatormikrophon kommt heute (elektrisch) mit zirka 100 Dezibel Rauschabstand schon nahe an den theoretischen Grenzwert heran, der dem Wärmerauschen (bei Zimmertemperatur) des gängigen Quellwiderstandes von 200 bei 20 kHz Bandbreite entspricht (8V unter Bezugspegel 1,55V sind rund 105dB - unbewertet).

Das heißt, es liegt deutlich besser als die akustischen Ruhegeräusche selbst in besten Studios. Und zumindest unter diesen Ruhegeräuschen wollen wir ja mit allen sonstigen technischen Geräuschmachern, wie Verstärkern etc., bleiben. Mikrophone sind also nicht mehr das Problem.

Eng wird es erst im Mischpult.

Dort sind heutzutage nicht selten dreißig und mehr Eingangsverstärker samt ihrer Kanalregler zusammen auf eine (oder mehrere) Sammelschiene(n) geschaltet.

Dadurch addiert sich das Rauschen aller Kanalverstärker am Sammelknoten geometrisch, für (nur) dreißig Kanäle beispielsweise schon um rund 15 dB. Das entspricht einem Faktor von etwa 5,5.

In Mischpulten mit guten Analog-Verstärkern ist das noch zu verkraften, wenn deren Rauschbeitrag ebenfalls an der physikalischen Grenze bleibt.

Die digitalen Wandler können das nicht (1991)

Gängige 16-Bit-Wandler dagegen teilen den zur Verarbeitung anstehenden Bereich der Tonfrequenz-Spannungen in 2 hoch 16 = 65.536 in der Regel gleich große Schritte ein (sogenannte "lineare Quantisierung").

Das heißt, die kleinste, von der A/D-Wandlung noch berücksichtigte Tonfrequenzspannung muß mindestens Bezugs-(Maximal-)spannung geteilt
durch 65.536 sein. Darunter passiert nichts. Nur das Systemrauschen der an der D/A-Rückwandlung beteiligten Bauelemente bleibt übrig.

Das böse "least significant bit"

Allerdings haben Analog/ Digitalwandler eine neckische Angewohnheit: Das "am wenigsten bedeutsame Bit", das "least significant bit" (LSB), welches am "untersten" Ende des Wandlers tätig ist, hat etwas mit einem Rassepferd gemeinsam - es möchte am liebsten ständig bewegt werden. Was ja auch normalerweise der Fall ist, denn da unten bei derart niedrigen Pegeln ist ja eigentlich immer was los, zum Beispiel das Verklingen des Nachhalls oder leise Saalgeräusche etc. Aber, wenn gar nichts los ist, etwa alle Regler zugezogen sind (und auch kein Brumm auf den Leitungen!), dann kann es schon passieren, daß das LSB sich bockig benimmt, das heißt wahllos hin und her schaltet und dadurch im wahrsten Sinne des Wortes "Lärm um nichts" macht. Das heißt, der "Lärm" ist natürlich nicht richtig schlimm, denn wir befinden uns ja normalerweise schon unterhalb der Hörbarkeit. Aber immerhin.

manche betrügen das "least significant bit" sehr geschickt

Denn: Diese fünfstellige Zahl entspricht, in Dämpfung umgerechnet, 20 x log 65 536 = rund 96 dB - ein Traumwert für Analogplatten-Freaks. Und dennoch: Was da unten im Tiefkeller des Mikro-Pianissimos passiert, könnte ein besonders hörbegabter Mensch vielleicht grade eben doch noch wahrnehmen. Und zwar dann, wenn man den Wiedergabekanal so weit
aufdreht, daß Türen, Fenster und Hauswände mitrocken - was ja leider als zeitgemäßes Übel ins Kalkül gezogen werden muß.

Um dieses LSB nun am ungezügelten Schalten zu hindern, speisen manche Konstrukteure einschlägiger Gerätschaften ein Hilfssignal ein, das das LSB auf gezielte Art und Weise "beschäftigt". Und zwar so, daß die hörbegierige Öffentlichkeit davon nichts merkt.

Welche Wandler-Chips mit wieviel bit brauchen die Profis

Für alle Anwendungen, in denen nur eine einzige digitale Verarbeitung vorkommt, sind 16 Bit völlig in Ordnung. Da ist die Wandlergrenze mit -96 dB unter der gängigen Hörlautstärke tatsächlich weit genug im "Aus".

Für einen CD-Player zum Beispiel ist das bestens, verglichen mit den höchstens 60dB der ruhmreich aufs Altenteil abgetretenen Analogplatte.

Für den Wandlerbaustein im Mischpult gelten strengere Maßstäbe. Von dessen 96 dB müssen wir, wenn die Crew mit dreißig Reglern zufrieden ist, schon vorweg erst mal 15dB abziehen. Und das gilt ja nur bei voll aufgezogenen Reglern!

In der Praxis müssen wir noch einige dBs für die Regelreserve abziehen, denn nicht immer sitzt der gesamte Vorverstärker vor dem Kanalregler.

Ferner muß bei Digitalbetrieb unbedingt ein Übersteuerungs-Sicherheitsabstand von etwa 10dB gehalten werden. Auch am unteren Ende des Wandler-Arbeitsbereichs tut man gut daran, einen solchen Abstand einzukalkulieren, wie wir vorhin bei der Betrachtung des sogenannten LSB" gesehen haben.

Und so kommen wir ganz schnell auf etwa 40dB, die für den eigentlichen Misch-Arbeitsbereich am Pult nicht zur Verfügung stehen. Da bleiben von den stolzen 96dB des 16-Bit-Wandlers grade noch 56dB für die echte Tonarbeit des Mischmeisters übrig. Viel zu wenig, verglichen mit dem, was man bisher schon analog konnte.

16-Bit-Wandler reichen den Profis also nicht aus

Aber zurück zu unseren mehr allgemein interessierten Lesern. Mit 16-Bit-Wandlern ist also im seriösen Mischpultbau wenig anzufangen. Man muß schon an die 120dB heran, die mit erstklassigen Analogverstärkern möglich sind. Da jedes Bit mehr (theoretisch) 6dB ausmacht, brauchten wir also mindestens 20Bit-Wandler, wenn es mindestens so gut werden soll wie mit Analog-Verstärkern. Und die gibt es zwar schon, sie sind aber noch, mit allem, was dazugehört, viel zu teuer im Vergleich zu gängigen Analogprodukten.

Das ist auch der Grund, weshalb Digital zwar schnell in der Tonträgertechnik Fuß faßte (wo der schlechte Rauschabstand von Platten und Bändern leicht zu überrunden war), nicht jedoch in der Verstärkertechnik. Denn da gab es ja schon seit langem beste technische Werte.

Nun schreitet die Halbleitertechnik ja weiterhin rasant fort. Da ist es nicht unwahrscheinlich, daß preiswerte Wandler mit noch mehr als 20Bit verfügbar werden, noch bevor diese Artikelserie zu Ende ist. Lassen wir uns überraschen.

Die Digitalisierung hätte schwerwiegende Vorteile

Denn auch im Mischpultbau hätte die volle Digitalisierung weitere schwerwiegende Vorteile. Beispielsweise: Bitgenaue Einstellung und Wiederholung aller Funktionen, exakte Bemessung und Reproduzierbarkeit von Entzerrungen und Kompressor-Charakteristika, tontechnisch völlig unkritische Entkopplung der Bedienungs-"oberflächen" von der Signalverarbeitung (wodurch die in den Regieraum zu schleppenden Teile nur noch die für die Tonsteuerung erforderlichen Stellglieder enthalten mußten).

Die Masse der Elektronik könnte irgendwo an einem günstigeren Platz stehen, und schließlich kann man in die digitale Signalverarbeitung überall, wo es sinnvoll ist, Codes für Melde- und Registrierzwecke einbauen. Was zum Beispiel für die automatische Dokumentation von Arbeitsabläufen genutzt werden kann, die man jetzt noch (und meist recht lückenhaft oder unleserlich) dem handschriftlichen Goodwill der Besatzung überläßt.

Fundamental ist natürlich auch der Vorteil, dann vom Pulteingang bis zur Aufzeichnung einen geschlossenen digitalen Signalpfad zu haben, in dessen Verlauf prinzipbedingt keine graduellen Signalfehler mehr auftreten können.

Für den Heimbereich bislang ausreichend

Außer dem Preis spricht also per 1991 nichts mehr gegen die volle Digitalisierung im Tonregieraum, vorausgesetzt, die mindestens 20Bit-Wandler sind auch wirklich solche. Denn da liegen selbst viele der heute verwendeten 16-Bitler noch im argen: Die unteren Stufen, so etwa ab 14 Bit, werden aus Gründen physikalischer Grenzbedingungen allmählich ungenau. Für Konsumgeräte ist das unkritisch, denn der Pegelbereich, in dem die Wandler nach und nach an "Sehschärfe" verlieren, liegt (per Definition häuslicher Hörstandards), wie schon oben ausgeführt, weit unter der Wahrnehmungsschwelle.

Für die professionelle Tonverarbeitung nicht akzeptabel

Für Geräte der professionellen Tonverarbeitung dagegen ist das nicht akzeptabel. Die müssen ja, wie auch schon oben erklärt, gehörige Reserven haben, um auch noch bei voll ausgenutzten Mischsituationen den im Endprodukt möglichen Geräuschabstand sicherzustellen.

Vom Mischen zum Aufzeichnen

Dem Mischen folgt ja in aller Regel die Aufzeichnungsmaschinerie. Wie die sich historisch entwickelt hat, habe ich schon in früheren Abschnitten beleuchtet. Heute findet man neben den Zweispur-Stereo-Maschinen für den End-Master (beziehungsweise für die konventionelle Zweispur-[Stereo]-Aufnahme) noch eine Vielfalt an Mehrspur-Maschinen für alles, was man als "Roh"-Aufnahme bezeichnen könnte. Das heißt, für solche, die erst in einem weiteren Arbeitsschritt fertiggemischt werden. Diese Praxis hat sich heute auch bei vielen komplexen und aufwendigen Klassikaufnahmen durchgesetzt.

Analogmaschinen werden von Tontechnikern betreut

Die Tonbandmaschinerie, sei sie nun analog oder digital, wird üblicherweise auch von einem Experten versorgt: dem Tontechniker. Denn diese Geräte enthalten aufwendige Präzisionsmechanik und sind daher - relativ - labil und anfällig.

Außerdem müssen ihre elektrischen Daten vor jedem bedeutenden Einsatz überprüft werden. Bei Analogmaschinen ist das schon eine recht zeitintensive Prozedur. Bis so ein 24-Spur-Möbel Kanal für Kanal
durchgemessen ist, natürlich Aufnahme und Wiedergabe getrennt, kann schon eine Stunde draufgehen.

Wenn zwei davon im Regieraum stehen, tut der Betreuer gut daran, sich jedenfalls vor Erscheinen der übrigen Team-Mitglieder an die Arbeit zu machen. Denn Produzent, Aufnahmeleiter und Tonmeister brauchten ja eigentlich erst bei Sitzungsbeginn aufzutauchen. Aber da sind ja auch die vielen Mikrophone aufzustellen (Säle, in denen man alles stehen lassen kann - und am nächsten Tag auch wieder vorfindet -, gibt's ja kaum). Und die Bänder vom Vortag müssen startbereit aufliegen, denn der Maestro wird sich bestimmt vor dem ersten Anklopfen in den richtigen Anschluß hineinhören wollen. Und der Orchesterwart muß Bescheid bekommen, daß er statt des Duetts aus dem zweiten Akt die Tenorarie aus dem dritten auflegen soll.

Ein Beispiel - eine Geschichte

Frau Sing Sang hat um 3 Uhr nachts aus Los Angeles angerufen, daß sie wegen eines Streiks des Bodenpersonals nicht weggekommen ist. Das weiß aber bisher nur der Aufnahmeleiter, denn der Maestro und der Produzent waren um diese Zeit nicht erreichbar. Terminbeginn ist 10 Uhr. Der Tontechniker macht sich um halb acht auf die Socken. Der Aufnahmeleiter kommt um halb zehn. Das sollte reichen, denn der Orchesterwart ist ein Flinker. Der Tonmeister trifft Viertel vor zehn ein und weiß natürlich nichts von der Umstellung. Aber "sein" Tontechniker war ja schon da und hat alles hingestellt. Er ist lange genug dabei und weiß, wo die Mikros hinmüssen. Mit Einmessen ist er auch fertig.

Maestro und Produzent treten eine Minute vor zehn ins Bild. Und befinden, daß nicht die Tenorarie drankommt, sondern erst mal eine Wiederholung der Ouvertüre von gestern. Der Tontechniker hatte ihnen eine Cassettenkopie mitgegeben. Die haben sie abends im Hotel auf Maestros Henkelmann abgehört, und sie hat ihnen nicht gefallen. Keine Bässe und verzischte Höhen.

Das war eine fiktive Geschichte zum Verstehen

Nun erzähle ich diese Geschichte hier natürlich nicht, um mich oder irgendeinen Standesgenossen für eventuell selbst erlittene Unbill zu rächen. Sie hat auch genau so gar nicht stattgefunden. Aber sie hätte verdammt haarscharf so stattfinden können, wenn man alle Erinnerungen Revue passieren läßt. Und sie steht stellvertretend für die fortdauernde Versuchung, von technischer Berichterstattung ins Menschlich-Operative abzuschweifen. Also zurück zum Aufzeichnen.

1991 - die neuen Digitalbandmaschinen

Bei den modernen Digitalmaschinen hat man mit Einmessen weniger Arbeit. Deren Elektronik bedarf weniger kitzliger Potentiometer-Justagen im Vergleich zu Analogmaschinen. Und wenn, dann nicht durch den Anwender, sondern nur durch hochkarätige Spezialisten.

Wenn vor Ort was nicht funktionieren will, hat man dem Trend der Zeit zu folgen: "Modul-Wechsel'. So manchen altgedienten Servicehasen hat es schon hart getroffen, wenn auf solchen Kästen steht: 'no user serviceable parts inside". Warum auch sollte dem Digital-Töner nicht recht sein, was dem Digital-Rechner billig ist? Stammen doch beide Äpfel vom gleichen Baum!

Neu und unveständlich - die "Fehlerkorrektur"

Aber eine Sache ist beim Digitalaufzeichnen selbst für den erfolgreich konvertierten Aufnahmemenschen doch etwas unheimlich. Und das ist die "Fehlerkorrektur". Ich muß darauf etwas eingehen, weil es ein Kernstück übertragungstechnischen Fortschritts ist.

Restaurieren & verschleiern

Die englischen Fachausdrücke klingen angenehm seriös: "error correction" und 'error concealment". Die deutschen Übersetzungen lauten eigentlich: Fehlerkorrektur" und "Fehlerverdeckung". Daß ich für die Überschrift etwas würzigere Ausdrücke gewählt habe, werden Sie mir wohl nicht verübeln.

Das erstere bezeichnet ein Verfahren, mit dem man tatsächlich, in einem gewissen Umfang, entstellte oder verlorengegangene Bits durch einwandfreie ersetzen kann. Das ist eine Möglichkeit, die es im Analogbetrieb nie gegeben hat. Auch nicht geben konnte.

Ausgedacht haben sich die dafür erforderlichen Tricks schon vor Jahrzehnten die ersten Erfinder und Anwender digitaler Nachrichtenübertragung.

ETWAS COMPUTEREI

Eine der frühesten Ideen hierzu, das sogenannte 'parity bit", darf hier nicht unerwähnt bleiben. Die Sache ist ebenso simpel wie genial: ETWAS COMPUTEREI.

Digitale Signale bestehen nur aus einer Folge von Ein-Aus-Schritten. Handelt es sich um elektrische Signale, dann ist das eben: Strom ein - Strom aus. Bestimmte Muster solcher Ein-Aus-Folgen sind nun jedem Buchstaben, jeder Zahl und jedem sonstigen Zeichen zugeordnet. Darüber gibt es internationale Verabredungen, und auf dieser Basis funktionieren auch alle Computer.

Wenn man nun solche Vorgänge erklären oder auf dem Papier darstellen möchte, kann man nicht dauernd "ein-aus" schreiben. Außerdem soll ja mit den Schaltschritten gerechnet werden. Deshalb nimmt man sinnigerweise die mathematische Entsprechung und sagt: 0 oder 1. Zum Beispiel ist 0 = aus und 1 = ein. Es kann auch anders herum sein, aber das ist dann genau zu vereinbaren. Und diese Nullen und Einsen sind nun das eigentliche Futter an der Basis jeder Digitalmaschine.

Daß man dieses Ur-Futter nicht per Hand eingibt und auch Programme und Anwendungen nicht per 0 und 1 schreibt, ist für den heutigen Menschen geradezu lebensrettend. Denn ohne erlernbare "Sprachen', die für ihn lange Ketten von Nullen und Einsen unter bestimmten Kürzeln zusammenfassen, könnte niemand auch nur annähernd wirtschaftlichen Gebrauch von einem Computer machen.

Zurück zum "parity bit"

Aber wir wollten ja das "parity bit" kennenlernen, und dazu bleiben wir ganz unten auf der Bit-Ebene. Denn dort treibt es sein hilfreiches Wesen.

Den Schwenker zu Höherem, den Sprachen, mußte ich nur machen, um einen weiteren Begriff vorzubereiten, ohne den das parity bit ziemlich ratlos wäre: das digitale "Wort", englisch "Byte".

Mit dem hat es folgende Bewandtnis: Damit die Ketten von Nullen und Einsen wiedererkannt und vor allem ihrer jeweiligen Bedeutung zugeordnet werden können, sind sie in Abschnitte von jeweils 8 Bits eingeteilt. Und jeweils 8 Bits bilden ein 'Wort".

Da nun jedes Wort sowohl eine grade als auch eine ungrade Quersumme bilden kann, ist aus dieser nicht zu ersehen, ob die Übermittlung oder die Aufzeichnung korrekt war. Denn es können ja auch bei digitaler Signalverarbeitung Fehler vorkommen!

Die Idee der Fehlerkorrektur

Hier setzt der Gedanke an: Wenn wir verabreden, daß die Quersumme immer grade sein soll (ungrade ginge genauso), dann würde man viele Übertragungs- oder Verarbeitungsfehler erkennen und reparieren können.

Beispielsweise durch Addition des fehlenden oder Subtraktion des überschüssigen Bits. Man muß nur die Wortlänge um ein (sogenanntes "redundantes") Bit erweitern. Und das ist dann 0, wenn das Wort grade war, und es ist 1, wenn das Wort ungrade war. Die zu verarbeitende Datenmenge wächst dadurch zwar, aber das ist den Aufwand wert.

Dies nur als kleines Beispiel, mit welchen unmusikalischen Details der moderne Tonmensch umgehen muß. In der digitalen Studiowirklichkeit passiert ja allein nur für Fehlerkorrektur und -verdeckung noch unendlich viel mehr. Aber darauf hier einzugehen würde uns zu weit vom roten Faden wegbringen.

Die Fehlerverdeckung

Zur Fehlerverdeckung bin ich noch eine Erklärung schuldig: Das ist sozusagen der Stiefzwilling der Fehlerkorrektur. Puristen rümpfen darüber die Nase. Aber, sachgerecht angewendet, fallen auch sie beim Blindtest darauf rein. Das heißt, sie merken nichts!

Die Sache funktioniert so: Fallen über eine längere Zeit (das heißt im digitalen immer noch im unteren Millisekunden-Bereich) Datenwörter so aus, daß die Fehlerkorrrektur sie nicht mehr richtig hochrechnen - also korrigieren kann, dann tritt "concealment" in Aktion. Es berechnet statistische Mittelwerte vom letzten vollständigen bis zum nächsten vollständigen Wort und setzt sie zeitgenau in die Lücke ein.

Und das funktioniert tadellos, obwohl es abenteuerlich klingt, wenn man das Denken im Mikrosekundenbereich nicht gewohnt ist. Laufen doch pro Sekunde rund 4 Millionen Bits, das heißt, auch 4 Millionen Ein-Aus-Schaltstufen durch den Prozessor eines Gerätes, das mit fehlerkorrigierender 16-Bit-Wandlung arbeitet.

Wer übrigens an solchen und anderen technischen Einzelheiten aus dem Gesamtgebiet der Audio-Technik besonders interessiert ist, dem sei das Buch der stereoplay-Redaktion über 'Grundlagen der HiFi-Technik" empfohlen. (ebenfalls von Karl Breh zusammengestellt)

Peter K. Burkowitz

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