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Die meisten Zeichen verheißen für die Zukunft nichts Gutes. Die Pits auf der Compact Disc machen eine Ausnahme.
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Kommt wie aus dem Nichts und verschwindet wieder im Nichts:
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Die Musik aus der Zukunft ist da - fast da. Es ist wie an Weihnachten: Die Gaben liegen schon unterm Christbaum, nur die Geduld muß noch eine Probe bestehen. Denn zu kaufen gibt es Compact Disc (CD) erst im März 1983.

stereoplay warf einen verstohlenen Blick durchs Schlüsselloch in die highfidele Zukunft, hielt die in atemberaubend klaren Regenbogenfarben schillernde 12-Zentimeter-Scheibe immer wieder fasziniert ins Licht und sammelte mit den wenigen greifbaren, noch wie Augäpfel gehüteten CD-Spielern erste Erfahrungen.
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Und wie kommt die Information wieder von der Platte, wenn selbst ein Lichtmikroskop versagt? Mit ganz speziellem Licht, das ein Laser liefert. Denn dessen infrarotes Licht hat eine konstante Wellenlänge von 0,00078 Millimeter, also immer eine ganz bestimmte „Farbe". Aus diesem Grunde nennt man das Laserlicht auch monochromatisch.

Zudem marschieren alle Lichtteilchen im Gleichschritt - das Licht ist kohärent. Im Gegensatz dazu setzt sich das Tageslicht aus allen Regenbogenfarben zusammen. Eine präzise Optik bündelt den einfarbigen Strahl extrem scharf auf die Pit-Spur, der Brennfleck hat kaum mehr als einen tausendstel Millimeter Durchmesser.

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Der Trick der listigen CD-Techniker leuchtet ein: Um nämlich festzustellen, ob gerade ein Pit, also ein „Schlagloch", vom Laser angestrahlt wird oder nicht, greifen sie auf das Interferenz-Phänomen zurück, das auch Lautsprecherbauer kennen: Wenn eine dem Lautsprecher gegenüberstehende Wand den Schall reflektiert und dieser sich dem vom Lautsprecher abgestrahlten überlagert, können stehende Wellen auftreten.

Das klappt aber nur, wenn der Abstand zur Wand in einem bestimmten Verhältnis zur Frequenz und damit zur Wellenlänge steht. Je nachdem, ob die abgestrahlte und die reflektierte Welle gleichphasig oder gegenphasig schwingen, verstärken sich die beiden Wellen, oder sie löschen sich gegenseitig aus.
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Anmerkung : So vesteht man das nur sehr schwer. Mehr über das Licht und die Wellelänge und die Farbe des Lichts - wie bei dem blauen Laser - finden Sie hier.
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Nachdem die Tiefe der Pits ungefähr einem Viertel der Wellenlänge des Laserlichts entspricht, klappt diese Geschichte auch bei der Compact Disc. Und weil der Laser auf die tief unter einer transparenten Schutzschicht steckende Pitspur fokussiert ist, können Kratzer und Fingerabdrücke auf der Oberfläche die Information kaum beeinträchtigen. Genau wie Fettflecken und Eselsohren einen Kriminalroman nicht seiner Spannung berauben können.

Ein Quartett Fotodioden, das auch noch darauf achten muß, daß Stellmotoren den Laserstrahl immer hübsch auf die Pitspur gerichtet halten, untersucht, was nach dem Interferenz-Spiel vom Laserstrahl noch übrig bleibt und liefert die Information als elektrische Spannung an hochkomplizierte integrierte Schaltkreise weiter.

Das Digital-System funktioniert wie der Gewichtssatz einer Waage. Obwohl jede Größe nur einmal vorhanden ist, kann, ähnlich wie beim Gewichtssatz einer Waage, jede beliebige Summe zusammengestellt werden. Die Feinheit der Abstufung entspricht dabei zwangsläufig dem kleinsten Baustein.

Wird jetzt der Reihe nach die Frage gestellt, ob der größte, also erste, ob der zweite, dritte, vierte Baustein und so weiter in der Summe enthalten ist, entsteht eine Antwortenfolge Nein-Ja-Ja-Nein ... oder 0110 ..., was nichts anderes ist als ein Wort jener Sprache, die Computer verstehen. Besteht der Mosaik-Bausatz aus 16 Steinen wie bei der CD-Aufnahme, ergeben sich 16stellige Zahlen, sogenannte 16-bit-Wörter.

Auf der Compact Disc bedeutet nicht etwa das Loch eine 0 und die „Hochebene" eine 1, sondern die Steilhänge gelten als 1 und die Ebenen, egal ob im Tal oder auf der Hochfläche, als 0. Mehrere Bits ergeben also ein Pit. Das vereinfacht die genaue Ablesung.

Der besseren Ablesegenauigkeit dient auch ein Trick, mit dem die CDler schwierig zu lesende Worte auf der silbrigen Platte von vornherein vermeiden. Sie übersetzen die einzelnen 16-bit-Wörter, die verschlüsselt die Musikinformation enthalten, bei der Aufnahme sozusagen in eine andere Sprache mit einem größeren Wortschatz.

Zu diesem Zweck zerscheidet eine integrierte Schaltung die ursprünglichen 16-bit-Wörter in je zwei 8-bit-Wörter, die schließlich in Wörter der 14-bit-Sprache übersetzt werden. Während die 8-bit-Sprache ganze 256 Wörter kennt, bringt es die 14-bit-Version bereits auf 16.384. Soviel mehr Worte aus Nullen und Einsen gibt es, weil jedes zusätzliche Bit eine Verdopplung der Kombinationsmöglichkeiten mit sich bringt.

Worte mit vielen Nullen hintereinander landen auf dem Index, weil sie als längere ebene Stelle auf der Platte mit Synchronisierzeichen verwechselt werden könnten. Genauso geht es Wörtern mit vielen Einsen am Stück. Sie hätten ein extrem dichtes Stakkato von Löchern auf der CD zur Folge, über die der Laser beim Abspielen stolpern könnte. Die Umsetzung von 8 auf 14 Bit heißt Eight-to-fourteen- modulation oder kurz EFM.

Diese Umwandlungsprozesse laufen nun bei der Wiedergabe in umgekehrter Reihenfolge ab. Dabei kommt eine Reihe zusätzlicher Informationen von der Platte, die ausgesiebt werden muß:

Synchronisierzeichen, vergleichbar dem Punkt am Ende eines Satzes, und Kontrollsymbole, die in etwa Seitenzahlen eines Buchs entsprechen. Sie verschaffen dem CD-Speicher jederzeit Klarheit, welche Plattenstelle er gerade ausliest und ob die Plattendrehzahl auch korrekt eingehalten wird. Wenn der Laser innen auf der Platte beginnt, beträgt sie 500 Umdrehungen pro Minute, außen nur noch 200 Umdrehungen.

Gleich neben den Kontrollbits kauern die Anzeigebits in den Pits. Sie informieren per Display den Hörer über Titel und Länge des gespielten Stücks sowie über die bereits verstrichene Spielzeit.

„Paritätsbits" machen das Maß schließlich voll. Grob vereinfacht entsprechen sie einer Art verschlüsselter Zusammenfassung der gerade abgespielten Bruchteile von tausendstel Sekunden Musik. Sie ermöglichen eine Korrektur, falls durch Abtastfehler Lücken in der Musik zu entstehen drohen. Mehrere Millimeter große Tintenkleckse auf der Platte könnten so etwas hervorrufen.

Nach der Rückwandlung in 16-bit-Wörter muß daraus das analoge Musiksignal gewonnen werden. Eine Gleichlaufschaltung wartet auf sie. Sie ist eine Art elektronischer Eimer, in die oben die Bits mehr oder weniger regelmäßig von der Platte eingefüllt werden und unten aus einem kleinen Loch völlig regelmäßig wieder herauströpfeln. So werden kleine Gleichlauffehler der Platte kompensiert.

Und jetzt trennen sich die Wege der verschiedenen Hersteller von CD-Spielern. Sony etwa greift auf einen großen Erfahrungsschatz mit 16-bit-Wandlern zurück, wie sie beispielsweise auch in den professionellen U-Matic-Digitalrecordern der großen Studios stecken.

Diese Digital/Analog-Wandler formen den aus Nullen und Einsen bestehenden Informationsstrom in analoge Spannungspakete um, welche die ursprüngliche Kurvenform des Musiksignals mit einer Treppenkurve angenähert nachbilden (Bild).
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Die Treppenstufen mit ihren steilen Flanken entsprechen nichts Anderem als überlagerten, hochfrequenten Störkomponenten, also Rauschen. Ihnen geht ein steilflankiges Filter ans Leder, das kurz über 20 Kilohertz alle höheren Frequenzen abschneidet.

Und weil die tiefste Frequenz dieser Störungen 44,1 Kilohertz, nämlich die Abtastfrequenz, ist, muß dieses (analoge) Filter sehr steilflankig sein. Das ist technisch machbar mit einem sechzehnpoligen Filter, das aus sechzehn hintereinandergeschalteten „normalen" analogen Filtern mit speziell errechneten Einsatzfrequezen besteht.

In diesen analogen Filtern stecken viele integrierte Operationsverstärker, die alle Strom ziehen und Wärme erzeugen. Aus diesem Grunde findet sich hinten am Sony-CD-Spieler eine Batterie Kühlrippen für das Netzteil.

In eine andere Richtung marschierte der CD-Erfinder Philips mit seinem IC-Satz, den noch weitere Hersteller einbauen. Der größte Teil der bei Sony und Co. nötigen Filter wurde durch raffinierte
Operationen vor dem Digital/Analog-Wandler ersetzt. Durch Rechenprozesse, die man in einem Computer, nicht aber in einem Plattenspieler erwartet hätte.

Im ersten Schritt füllt die Philips-Technik jene groben Stufen, die beim Sony die Filter glätten müssen, mit drei zusätzlichen Viertelstüfchen an. Sie bilden eine erste Annäherung an die ursprüngliche Signalform. Nachdem die „offizielle" Abtastrate (das SWampling) laut CD-Standard 44,1 Kilohertz beträgt, nennen die Ingenieure diese vierfach feinere und daher schnellere (176,4 Kilohertz) Rasterung Über-Abtastung oder schön neudeutsch Oversampling.

Und er erledigt ihn mit ungeheurer Gründlichkeit: auf rund ein zweieinhalb millionstel Prozent genau. Das Ergebnis liegt nämlich als 28-bit-Wort vor. Das ist zwar selbst für den modernsten Digital/Analog-Wandler viel zu präzise, aber trotzdem ist die Sache nicht für die Katz. Das ist das Verdienst des sogenannten „Noise-Shapings", das der SAA 7030 zusätzlich übernimmt.

Die Bits 15 bis 28, die über allerfeinste Nuancen das Sagen haben und die der nachfolgende 14-bit-Digital/Analog-Wandler nicht verdauen kann, legt der SAA 7030 einfach für später auf die hohe Kante.

Sind genügend dieser ultrafeinen Bits beisammen, ergeben sie ein Bit von der kleinsten Sorte, die der Wandler noch verarbeiten kann. Dieses Bit steht an 14. Stelle in der Bit-Hierarchie und entscheidet über Sein oder Nichtsein eines zusätzlichen 0,006-Prozent-Amplitudenstückchens. Es wird jetzt dem nächsten 14-bit-Wort vor der Umwandlung zugeschlagen.

Es ist wie beim Sparbuch: Fragt man nach dem Kontostand, erfährt man ihn auf den Pfennig genau, die Pfennigbruchteile bleiben unerwähnt. Trotzdem gehen die Bruchteile nicht verloren. Sie haben sich am Jahresende mit Zins und Zinseszins zu einigen Pfennigen gemausert, die auch zu Buche schlagen.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt beim Abspielen von Compact Discs darin, daß nach wenigen 14-bit-Worten, die rückgewandelt nicht ganz exakt dem Sollsignal entsprechen, sondern abgerundet wurden, wieder eines kommt, das dank Aufrundung durch das Bit von der hohen Kante dieses Manko wieder ausbügelt.

Als Folge treten Abweichungen von der idealen Signal-Kurvenform mehr bei hohen und weniger bei tiefen Frequenzen auf. Das durch diese Abweichungen hervorgerufene sogenannte Quantisierungsrauschen wird durch die „Zinseszinsrechnung" des Noise-Shaping zu höheren Frequenzen hin verlagert, bis über die Hörgrenze bei 20 Kilohertz. Das bedeutet de facto eine weitere Verbesserung des Rauschabstandes.

Die restliche Glättung der mit 176,4 Kilohertz in Musik zurückverwandelten Bit-Ströme besorgt im Philips-Spieler ein vergleichsweise einfaches dreipoliges Filter mit Bessel-Charakteristik. Bessel-Filter verursachen relativ geringe Phasendrehungen unterhalb ihrer Einsatzfrequenz. Das Filter benötigt kaum Platz und verbraucht wenig Strom, was wiederum zu geringer Wärmeentwicklung führt. - Es ist also kein Wunder, daß Philips besonders kompakte Compact-Disc-Spieler hinkriegt.

Erst mit der CD wird deutlich, wie gemein die Schwarzen rauschen, wie böse Pianissimopassagen zugeschmiert und verunstaltet werden, welch winziges Restchen Klarheit und Ortbarkeit übrigbleibt.

Ganz anders die CD: Souverän und überlegen spielt die kleine Silberne mal behutsam und sanft, dann plötzlich aggressiv und brutal laut. Und das mit spielerischer Leichtigkeit und Unbeschwertheit, quasi locker aus dem linken Handgelenk.

Dagegen glaubt man beim mechanischen Pendant aus dem vorigen Jahrhundert fast zu hören, wie der Nadelträger ächzt und knarrt wie ein alter Nachen im Sturm, wie die Rillenflanken beim Herumwuchten des Diamanten stöhnen wie ein überfahrener Laubfrosch.

stereoplay nahm an einer Hörprobe der Philips-Entwickler teil. Sie fand bei dem für gute Direktschnitte bekannten Tonstudio Bauer in Ludwigsburg (siehe stereoplay 10/1982) statt und diente dem Vergleich zwischen dem ursprünglichen Digital-Mutterband und der fertigen Scheibe plus nochmals überarbeitetem Spieler. Der Klangunterschied war ein Nichts.

stereoplay hörte natürlich auch Digitalaufnahmen auf Vinyl im direkten Vergleich zur CD-Schwester. Jetzt gab es Unterschiede. Aber nicht nur die kleinen, schon nicht mehr liebenswerten Schwächen der klassischen Spieler, deren Tonhöhenschwankungen besonders auffielen.

Das CD-Klavier hingegen schwankte und zitterte nicht, sondern es stand. Es stand fast sichtbar hinten an der Wand, wo es hingehört, und es blieb auch dort. Und man hatte nicht den Eindruck, daß ständig der Klavierstimmer daran herumfummelt. Und wieder faszinierten die leisen Passagen. Nur wer den Atem anhielt, konnte ermessen, was die völlige Abwesenheit von störendem Rauschen wirklich bedeutet.

Anders als bei der schwarzen klang bei der silbernen Scheibe Blech nach Blech, wie es sonst nur im Original nach Blech klingt. Scharf und zischend.

Aber auch alle Verspieler, Versinger und Verhüstler kamen voll durch. Die Künstler werden sich noch umgucken. - Die Tonmeister auch.

Seither waren sie daran gewöhnt, so abzumischen, daß der eine oder andere Mangel des mechanischen Verfahrens kompensiert wurde.

Limiter gegen Höhen, bei denen die Abtaster ausflippen würden, und Trennwände zwischen den Instrumentengruppen, damit trotz der miesen Übersprechdämpfung der Pickups noch was vom Raum übrigbleibt, waren an der Tagesordnung. Das muß mit CD ganz schnell aufhören. Denn wo kein Fehler ist, schlägt dessen irrtümliche Kompensation voll durch, und zwar in allen Einzelheiten, und das auch noch mit CD-Treffsicherheit. Die ersten Platten sind nicht frei von solchen Böcken, wie sich beim Abhören sofort zeigte.

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• Anmerkung : Soweit die schöne Theorie der Manager.

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Die ersten Spieler sicher auch nicht. Aus diesem Grunde macht stereoplay jetzt auch noch keinen vergleichenden Hörtest mit den Nullseriengeräten. Das könnte zu verkehrten Ergebnissen führen und wäre den Herstellern gegenüber unfair. Erst im Frühjahr nächsten Jahres müssen Serienprodukte sich dem harten Test stellen.

Bis dahin werden auch genügend Platten verfügbar sein. Ihre Herstellung ist zwar grundsätzlich ähnlich wie bei der Vinyl-Platte, erfordert aber ungleich mehr Sorgfalt und Präzision, das kleinste Stäubchen auf der noch nicht versiegelten Platte bedeutet das Aus. Der mechanische Schnitt mit Schneidstichel und Folie wich einem optischen Verfahren mit einem Laser und hauchdünnem Fotolack.

Rund 300 Titel will Polygram bis zum März im Regal haben, CBS-Sony in Japan, der andere CD-Presser in der Welt, wohl ähnlich viel. Ich freue mich darauf wie ein kleines Kind an Weihnachten. Denn einen CD-Spieler zur "Schutzgebühr" von rund 2.000.- Mark - das kann man nur als Geschenk bezeichnen.

Heinrich Sauer im Januar 1982
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• Ich habe die neuen CD-Spieler gehört und mit klassischen Plattenspielern und Digital-Mutterbändern verglichen. Ich habe CD-Techniker ausgefragt und mir ein Bild zu machen versucht, wie höchste mechanische, optische und elektrische Präzision zusammenwirken.
  Ich habe in den ungeheuer komplizierten mathematischen Background der Compact-Disc-Spieler hineingerochen und brauchte ewig, um ein Stückchen davon zu kapieren. Ich ziehe meinen Hut vor den CD-Entwicklern.
• Heinrich Sauer

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• Besten Klang gab es seither nur von der Schallplatte, bequeme Bedienung nur beim Cassettenrecorder. Die Compact Disc vereint beides in Vollendung. Kurze Zugriffszeiten wie bei der Platte, ein Echtzeitzählwerk wie bei keinem Recorder und als Verzierung ein astreiner Klang, der die hergekommenen Kollegen so in den Schatten stellt, daß es zappendüster aussieht. Und das Rätselraten um die Baßresonanzfrequenz und Probleme mit Rückkopplungen vom Lautsprecher sind auch vom Tisch.
• Harald Kuppele

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