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Dieser Bereich über "PCM-Wissen" ist für Laien gemacht . . .

SONYs PCM-F1 - Einer der esten erschwinglichen PCM Wandler

von Gert Redlich im Juni 2013 -
PCM
steht für "Puls Code Modulation" und kam erst um 1978 so richtig ins Blickfeld der Hifi-Gurus. Vorher gab es das nur (oder schon) im Bereich der Telefonie der Postgesellschaften.

PCM als Begriff hat bei uns Hifi-Fans fast ausschließlich etwas mit High-Fidelity und extrem hoher Qualität zu tun. Vor 1980 war es ein Versuchsbereich der ganz wenigen und vor allem der jungen experimentierfreudigen Audio-Experten in den Rundfunk- und Schallplattenstudios. Die Studios und "Anstalten" verfügten über "relativ" viel Geld, um mit der jeweils modernsten Technik zu experimentieren und "zu spielen". Man brauchte für diese Technik nämlich ganz spezielle elektronische Bauteile, die zu dieser Zeit nicht nur rar, sondern auch exorbitant teuer waren. Und - wie so oft - taten sich "die alten Kämpfer" mit dieser "komischen" neuen Technik sehr schwer.
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Die anloge Speicherung (aller Art) - insbesondere von Musik - war vom Anfang bis zu ihrem Ende immer unbefriedigend.

Ein AEG Magnetbandgerät 1938
und hier das uralte Magnetband

Ein Rückblick : Als von der AEG 1935 in Berlin das erste "Tonbandgerät" Namens Magnetophon - vorgestellt wurde, war die damalige (sehr kleine) "Fachwelt" völlig aus dem Häuschen. Doch die bis dahin ausschließlich eingesetzte Schellackplatten- Aufnahme war immer noch einen Tick besser.

Als dann 1941 bei diesen AEG Magnetophonen die sogenante Vormagnetisierung mit einer recht hohen Frequenz eingesetzt wurde, brach (bei 56 Dezibel Rauschabstand und 50 bis 15.000 Hz Bandbreite) bei dem wiederum sehr kleinen Häuflein von beteiligten Rundfunkleuten so richtig der tagelange Jubel aus.

Und als ab 1972 die neue deutsche Telefunken M15 gegen die schweizer Studer Maschinen um die Kaiserkrone kämpften, schien das Optimum an Qualität erreicht. Doch dann kam dieser Engländer - Mr. Dolby - (aus Amerika) und zeigte den Profis nochmal, es geht immer noch einen Tick besser.

Doch perfekt war das noch lange nicht. Die ganze analoge Aufzeichnungstechnik war immer wieder ein hochsensibler Kompromiß zwischen hörbaren Verzerrungen und hörbarem Rauschen. Dem konnte man zwar mit der Messtechnik so leidlich "beikommen", aber so richtig beseitigen konnte man die erreichten Grenzwerte nie.
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Trotz aller Mühen, es kam anders :
Die Computertechnik schritt um oder ab 1978 gewaltig voran

Eine frühe Hocheistungsfestplatte
Das DLT Halbzoll Digital Magnetband

Eigentlich walzte sie alles nieder, das sich ihr in den Weg stellte. Und beim Speichern der Daten gab es nie auch nur die geringsten Kompromisse. Denn Kompromisse konnte es nämlich "per Definition" nicht geben. Das war aber jetzt absolut neu für alle.

Die Daten wurde auch noch "ganz merkwürdig"
mit nur zwei ganz simplen Zuständen gespeichert - bzw. aufgehoben. Es gab nur "ja" oder "nein"  bzw. "0" oder "1". Die Speicherung auf Magnetband schien also nahezu perfekt zu sein. Dort konnte man endlich mal verlustfrei kopieren ohne Ende und es war immer wieder das Original drauf, auch auf der letzen Kopie - Sie errinnern sich noch an die Zeit der Disketten ? Man nannte das jetzt die "Digitaltechnik", im Unterschied zur "Analogtechnik".

Und jetzt kamen ganz einfach neue Fragen auf :

Wie könnte man die Musik "digital" speichern ?

Die uns bekannte Musik bestand und besteht aus Tönen, die man auf Oszilloskopen sehen konnte. Es waren und sind elektrische Schwingungen in Wellenform, die sich bei komplexer (konzertanter) Musik auch völlig wirr überlagerten und ein absolut wirres Bild abgaben. Das nur mal, um eine Vorstellung zu haben, daß eine völlig neue Denkweise erforderlich war, die mit progressiven Ideen erst entwickelt werden mußte.

Und so nach und nach kristallisierten sich diese völlig neuen Gedanken heraus. Man fing mit einem simplen Sinuston an, der auf dem Oszilloscop solch eine wunderschöne gleichmäßige Welle zeigt. Wie könnte man diesen Ton oder diese Welle in solche 0 und 1 Informationen wandeln ? Hier kam der Begriff des Wandlers auf, des analog/digital Wandlers. Also wie könnte man die Welle umwandeln ?
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Machen wir aus der Sinus-Welle mal eine Treppchen-Welle

Es gab sicher eine Menge Gedankenspiele oder Ansätze, die mir aber nicht mehr alle geläufig sind. Da drüber gibt es sicher Bücher in Mengen. Die primitivste Treppe wäre, aus dem Sinus ein Rechteck zu machen. Das ist natürlich absolut unbefriedigend. Es sollten schon feine Treppchen sein, die diese (analoge) Welle so in etwa abbildeten. Die Menge der Stufungen war anscheinend recht wichtig, man sprach hier von der Auflösung.

Hier wird bereits deutlich, wenn man diese 1 KHz Welle in eine Welle aus Treppchen umbauen wollte, müsste die Frequenz ein ganzes Stück höher liegen. Und wenn man die analoge Sinuswelle perfekt abbilden wollte mit unendlich vielen kleinen Treppchen, na ja, das ginge vermutlich doch nicht.

Dieser Gedankengang führt schon zu dem Kompromiss

Selbst dem Laien leuchtet ein, daß die Theorie entweder nicht machbar wäre oder nicht zu bezahlen wäre. Die Musik sollte Frequenzen bis 20.000 Hz enthalten und die mit tausendfacher "Treppchenfequenz" zu digitalisieren, man spricht hier im Englischen vom "Samplen", das wäre zwar toll, aber weit über das Ziel hinaus geschossen. Warum ?

Die Akustik Forscher haben nämlich ernsthafte wissenschaftliche Tests gemacht, wie weit der Mensch bzw. das beste menschliche Gehör noch Unterschiede ausmachen kann. Und so gut sind unsere Menschen-Ohren eben nicht. Tiere übertreffen uns nämlich beim Hören um Dimensionen. Auch haben wir in unserem Gehirn eine Art Weichmacher, sodaß wir unsere Ohren ruhig ein wenig betrügen dürfen.

Die Menge der Treppchen bestimmt die Qualität

Habe ich also rein theoretisch die sinusförmige Welle in ein sinusförmiges Treppchen umgewandelt und irgendwie gespeichert, macht das Ganze ja nur Sinn, wenn ich das auch wieder ins Original zurück wandeln kann. Das nennt man dann einen D/A = digtial/analog Wandler.

Das Ziel ist, die genauso schöne und reine Welle wieder genau so "raus zu bekommen", wie ich sie mal "rein" gesteckt hatte.

Und jetzt geht es von dieser sinnbildlichen Erklärung ans Eingemachte, an die Technik mit all den technischen Begriffen und Denkweisen und Formeln und Eckwerten.

Lassen Sie sich nicht vergraulen. Das Gehör (Ihr Gehör) entscheidet am Ende, ob Sie den Unterschied hören bzw. wie viel besser Ihre Musik-Quelle sein muß, als Sie es in der Realität wahrnehmen. Ich habe eine Menge Mitmenschen kennengelernt, die hören Sachen, die gar nicht drauf sind, also die man nicht mal mit Messgeräten sehen kann.

Wenn bei der DGG im Plattenstudio (oder auch bei Herrn Brüggemann in Frankfurt) bei der Überspielung vom Masterbandgerät auf die Plattenschneidemaschine alle Frequenzen oberhalb von 15.000 Hz weggefiltert wurden, es gibt Mitmenschen, (fast alle männlich) die hören da immer noch Töne über 15 KHz.

Warum also (nur ?) 20 bis 20.000 Hz ?

Riesige Orgelpfeiffen in im Technikmuseum in Speyer

Die ganze Audio Technik ist für Menschen gemacht, die Musik geniessen wollen. Zu 99,9% geschieht das in den eigenen 4 Wänden. Selbst in einen 60qm großen Wohnzimmer, das bestimmt bereits zu den Ausnahmen gehört, sind Frequenzen unter 40Hz physikalisch/akustisch nicht zu hören (eine Frage der Wellenlänge - bei 40 Hz etwa 8,5 Meter). Damit ist die untere Grenze von 20Hz mit Sicherheit erheblich besser als benötigt. Die 20Hz Orgelpfeife im Technikmusum Speyer ist 9m lang, paßt also seltenst in Ihr Wohnzimmer. (Die Wellenlänge berechnet sich auf 17 Meter !!!) Den Erbebensound hört man auch da erst richtig am anderen Ende der über 100m langen Liller-Halle. Dann aber vibrierte das (eigene) Bauchfell und der Fußboden bebte.

Bei den hohen Tönen sind es unsere Ohren, die selbst bei blutjungen akustischen Genies nicht über 18 KHz hinaus gehen. Die Ohrenärzte hatten da vor vielen Jahren mal eine Statistik über Messsungen an jungen Schulbuben veröffentlicht. Die meisten der 16 Jährigen konnten über Kopfhörer in der Meßkabine "maximal bei 17KHz" noch irgend etwas von einem Ton-Signal erkennen, darüber war Schluß. Damit wäre auch 20KHz deutlich besser als der Mensch selbst im allergünstigsten Fall noch hört.

Eine ganz wichtige Ausnahme sind jedoch die Phasenunterscheide
(besser die Laufzeitunterschiede) bei Stereo- bzw. mehrkanaligen Aufnahmen, die für die Ortung der einzelnen Instrumente wichtig sind. Das wäre als einziges Kriterium entscheidend für die Räumlichkeit einer Stereoaufnahme.
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Über den durchaus berechtigten Sinn von Verstärkern und Lautsprechern, die noch Frequenzen bis 50KHz und darüber wiedergeben, wird im Bereich Verstärker referiert.

Da kommt noch etwas. Jan 2014 - hier entsteht ein völlig neuer Bereich :

Über die Grundlagen Hifi-Technik


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