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

: SONYs PCM-F1 - Einer der ersten erschwinglichen und vor allem transportablen PCM Wandler

: Oben für NTSC, hier für PAL

von Gert Redlich im Juni 2013 -
PCM steht für "Puls Code Modulation" und kam erst um 1977 so richtig ins Blickfeld der Hifi-Gurus. Vorher gab es das nur (oder "schon") im Bereich der Telefonie der Postgesellschaften (die digitale Sprachübertragung auf Fernleitungen) und dazu versuchsweise bei den Vollprofis der großen und kleinen Plattenstudios..

PCM als Begriff hat bei uns Hifi-Fans fast ausschließlich etwas mit High-Fidelity und (vermeintlich) extrem hoher Qualität zu tun. Es kam aus Japan zu uns rüber, als die ersten Demonstrationen bei den Tonmeistern und Toningenieuren euphorische Ovationen (so nennt man stehende Klatschorgien erwachsener Menschen) ausgelöst hatten. Vor 1980 war es noch ein Versuchsbereich der ganz wenigen und vor allem der jungen experimentierfreudigen Audio-Experten in den Rundfunk- und Schallplattenstudios.

Die Studios und natürlich unsere "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 ganz alten - analogen - Kämpfer" mit dieser "komischen" neuen Computer-Technik sehr schwer.
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Die analoge 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 HF-Vormagnetisierung mit einer recht hohen Frequenz nachgerüstet wurde, brach (bei 56 Dezibel Rauschabstand und 50 bis 15.000 Hz und ziemlich linearer Bandbreite) bei dem immer noch sehr kleinen Häuflein von beteiligten Rundfunkleuten so richtig der tagelange Jubel aus. Es gab da 1941 eine begeisternde Vorführung der AEG im Berliner Zoo-Palast mit über 2.000 geladenen Gästen

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 - ein Mr. Ray Dolby - (er kam übrigens von AMPEX aus Amerika zurück) und zeigte den Studio-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 bislang erreichten Grenzen nie.
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Trotz aller Mühen, es kam alles 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 (also die brutal erzwungene Kompromisslosigkeit) war aber jetzt absolut neu - vor allem für die "analogen" Tonmenschen.

Die Computer-Daten wurden 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 zum Schluß immer wieder das Original drauf, auch auf der letzen Kopie. - Sie errinnern sich noch an die vergangene Zeit der Disketten ? Man nannte das jetzt die "Digitaltechnik", im Unterschied zur "Analogtechnik".

Und jetzt kamen ganz neue Fragen auf :
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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"

: So sieht eie Sinuskurve an einem Sichtgerät (Oszillographen) aus

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-Signal ein Rechteck-Signal zu machen. Das ist natürlich absolut unbefriedigend. Es sollten schon feine abgestufte Treppchen sein, die diese (analoge) Welle so in etwa abbildeten. Die Menge der Stufungen war anscheinend recht wichtig, man sprach hier von der sogenannten "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 wirklich perfekt abbilden wollte mit unendlich vielen kleinen Treppchen, na ja, das ginge vermutlich doch nicht.
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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 also bei der DGG (Deutsche Grammophon Gesellschaft Hannover) im Plattenstudio (oder auch im Schallplatten-Schneidstudio bei Herrn Brüggemann in Frankfurt) bei der Überspielung des Musik-Masters vom wirklich besten Masterbandgerät auf die beste Neumann Plattenschneidemaschine alle Frequenzen oberhalb von 18.000 Hz weggefiltert wurden, so gibt es immer noch Mitmenschen, (erstaunlicher Weise sind fast alle männlich) die hören (von solchen Platten) auch weit nach dem 60. Lebensjahr immer noch Töne oberhalb von 18 KHz.

Warum also (nur ?) 20 bis 20.000 Hz ?

: Die Welte Philharmonie-Orgel

: 1916 aus Freiburg nach New York

: Die Orgelpfeiffen von der Seite

: Riesige Orgelpfeiffen mit 9 Metern Länge in der großen Halle im Technikmuseum 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 einem 60m² großen Wohnzimmer, das bestimmt bereits zu den Ausnahmen gehört, sind Frequenzen unter 40Hz physikalisch/akustisch nicht mehr 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 - auf Deuscth : unnötig.

Diese 20Hz Orgelpfeife im Technikmusum in Speyer (sie liegt unten drunter waagrecht) ist 9m lang, paßt also seltenst in Ihr Wohnzimmer. (Die Wellenlänge berechnet sich auf 17 Meter !!!) Den sehr beeindruckenden Erbebensound hört man auch dort in der Halle erst richtig am anderen Ende der über 100m langen Liller-Halle (wenn die Musik live gespielt wird und nicht nur aus den 4 Boxen kommt.).

Dann aber vibrierte das (eigene) Bauchfell und der gesamte Fußboden der Halle bebte - auch das war wieder mal überaus beeindruckend. Ich war dort und der Gründer des Museums, Herr Layer sen., hat es uns damals wirklich vorgemacht.

Das Orchestrion spielt Papierrollen ab und die sind bis zu 15 Minuten lang und wir wanderten durch die Halle, etwa 30m rund um das 8m x 8m große Orchestrion herum. Es ist wirklich ein unvergesslicher gewaltiger Erdbebensound.

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 hinaus war schon Schluß. Damit wären auch 20 KHz deutlich besser als der Mensch selbst im allergünstigsten Fall noch hört.

Eine ganz wichtige Ausnahme (bzw. ein Kriterium) 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 und auch philosophiert.

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

Über die Grundlagen der Hifi-Technik

Hier die Links auf die Inhalte der nachfolgenden Seiten:

und hier ganz ausführlich mit Untertiteln