Mysterium CD

Wie alt warst Du als die CD auf den Markt kam? Das war 1982, ich hatte gerade mein Abitur. Etwa genauso alt ist der IBM-PC, von dem die heutigen PCs abstammen. Wenn man sich vor Augen führt welche Fortschritte gerade die Digitaltechnik seither gemacht hat, dann bekommt man ein Gefühl dafür welche Steinzeittechnik die CD aus der heutigen Sicht darstellt. Die Daten auf einer CD passen auf den Bruchteil eines Chips wie er in USB-Sticks oder SD-Kärtchen verbaut ist. Sie sind in wenigen Sekunden über ein Computernetzwerk übertragen. Ein CD-ROM-Laufwerk hat sie in ein paar Minuten ausgelesen, und das Hindernis für noch schnelleres Auslesen ist, daß man die Scheibe nicht noch schneller drehen lassen kann, weil man Unwucht und Zentrifugalkraft sonst nicht mehr beherrscht. Die Technologie ist in jeder Hinsicht überholt.

Genau genommen ist es eine enorme Leistung daß diese Technik so lange durchgehalten hat, und ihr Ende ist noch immer nicht abzusehen. Das ist die absolute Ausnahme, und nicht die Regel. Viele andere Technologien sind in der gleichen Zeit gekommen und wieder verschwunden. Irgend etwas hat man bei der CD richtig gemacht, auch wenn es allmählich so aussieht als würde das Internet ihren Tod einläuten.

Auf den ersten Blick erstaunlich ist es daher, daß es auch noch heute völlig unsinnige Vorstellungen darüber gibt wie die CD und der Abspielvorgang funktioniert. Erstaunlich für diejenigen, die die verqueren Gedankengänge eines High-Enders nicht nachvollziehen können. In Wirklichkeit ist es ganz normal daß ausgerechnet High-Ender mit dem Verständnis hier Probleme haben. Etwas so Erfolgreiches muß Probleme haben, das ist einem High-Ender instinktiv völlig klar. Entsprechend willkommen sind pseudorationale Erklärungen, die solche Bedenken untermauern.

Es ist folglich auch völlig aussichtslos, solche Bedenken mit technischen Erklärungen ausräumen zu wollen. Der High-Ender will die Bedenken nicht ausgeräumt haben, und er legt auch gar keinen Wert auf technisches Verständnis. In seinen Zweifeln schwelgen kann nur derjenige, der von keinerlei technischem Verständnis angekränkelt ist.

Bei der CD ranken sich die audiophilen Bedenken in erster Linie um zwei Themengebiete, und das seit Jahren ohne den geringsten Hauch eines Fortschritts:

Das erste Gebiet ist die Fehlerkorrektur. Dabei geht es um ein digitales Verfahren auf mathematischer Basis, ein Umstand der es dem High-Ender sehr leicht macht mit allen möglichen Vorurteilen daher zu kommen da er davon nichts versteht. Die verbreitete Vorstellung davon ist, daß diese Fehlerkorrektur richtig Arbeit ist, daß also der arme CD-Spieler umso mehr schuften muß je mehr Fehler zu korrigieren sind. Und wie das so ist bei überarbeiteten Leuten, je mehr Streß desto schlechter das Ergebnis. In den Augen des High-Enders sieht es also so aus als müsse man bei der Konstruktion des CD-Spielers bestrebt sein, dem armen Schwein die Arbeit so leicht wie möglich zu machen, indem man die Bits von der Scheibe quasi in Schönschrift ausliest, und so den gestreßten Fehlerkorrektor bei Laune hält.

Eine weitere Erleichterung für audiophile Hirngespinste ist es, daß es neben der Fehlerkorrektur noch ein weiteres nachgelagertes Verfahren gibt, die Interpolation bzw. Fehlerverschleierung, die der High-Ender mit der Fehlerkorrektur zu verwechseln pflegt. Das Geniale an der Interpolation ist, daß sie eigentlich gar nicht nötig wäre, weil sie sowieso nur selten in Aktion tritt und dann auch nur mit bescheidenem Nutzen, daß ihre bloße Existenz aber für das audiophile Gehirn wie ein Eingeständnis der Unvollkommenheit wirkt. In der audiophilen Vorstellung nimmt so nolens volens etwas, das nur als billiger Notnagel für absolute Ausnahmefälle gedacht war, eine zentrale Stellung ein, und man tut so als ginge es dabei um eine ständige Klangbedrohung.

Es wirkt sich hier zusätzlich verstärkend aus, daß man wohlweislich bei der Konstruktion eines CD-Spielers darauf verzichtet, dem Benutzer irgendwelche Möglichkeiten an die Hand zu geben, zu kontrollieren ob die Fehlerkorrektur nun ausgereicht hat oder ob die Interpolation bemüht werden mußte. Das eröffnet das gesamte Spielfeld für die Spekulation, und man kann sich wie immer darauf verlassen, daß der Audiophile keinerlei Anstalten machen würde, den Fakten auf den Grund zu gehen.

Dabei ist das Ganze im Grunde sehr einfach. So lange die Fehlerkorrektur nicht kapituliert, ist das Ergebnis eine 100%ig genaue Kopie des original aufgezeichneten Datenstroms auf der CD. Bit für Bit. Das ist der entscheidende Unterschied der Digitaltechnik zur Analogtechnik. Digitaltechnik erlaubt Fehlerkorrektur, und so lange sie funktioniert funktioniert sie ohne jeden Fehler. So wie 2 + 2 jedesmal 4 ergibt, außer man kann das Gekritzel nicht mehr lesen. Nur wenn die CD in einem zu miesen Zustand ist kommt es so weit daß die Fehlerkorrektur überfordert ist, und nur dann kommt die Interpolation als Notnagel ins Spiel. Es wäre auch nicht viel schlimmer wenn es keine Interpolation gäbe, denn viel ist damit nicht zu gewinnen. Es wurde nur implementiert weil es so gut wie nichts kostet.

Es ist auch nicht so daß das Fehler korrigieren anstrengend wäre für die Elektronik. Der Unterschied fällt gar nicht ins Gewicht, denn die Hauptarbeit ist das Erkennen von Fehlern, und nicht das Korrigieren. Wenn Fehler einmal erkannt sind ist es ein trivialer Schritt, sie zu korrigieren, so wie das Verfahren bei der CD ist. Und die Fehlererkennung muß ohnehin dauernd mitlaufen.

Diese Art der Fehlerkorrektur hat eine enorme wirtschaftliche Bedeutung, und die mathematische Theorie dahinter gehört zu den Teilen der Mathematik die von enormer praktischer Relevanz sind. Die CD ist da noch der kleinere Teil, viel bedeutender sind die Anwendungen bei Computer-Speichern, wo ein einziger Bitfehler wesentlich üblere Konsequenzen haben kann als bei der CD. Oder beim Datenfunk, einschließlich dem ins Weltall. Auch wenn man nichts davon versteht sollte man vielleicht anerkennen daß ein ganzer Haufen sehr intelligenter Leute ihre Zeit dafür investiert haben und es vielleicht etwas vermessen wäre ihre Ergebnisse summarisch in Zweifel zu ziehen.

Es ist übrigens gar nicht so schwierig zu kontrollieren ob ein CD-Spieler sich gezwungen sah die Interpolation zu bemühen, oder ob die Fehlerkorrektur ausgereicht hat. Zum Einen gibt es bei vielen CD-Spieler-Chips einen entsprechenden Anschluß, auf den man nach dem Entfernen des Gerätedeckels Zugang hat. Zum Anderen kommt diese Information in den allermeisten Fällen als sogenanntes V-Bit am SPDIF-Anschluß raus. Man braucht dafür nur einen passenden Decoder. Für den Laien und den High-Ender ein unüberwindliches Problem, aber für den talentierten Bastler oder den Profi kein ernsthaftes Hindernis. Im Ergebnis kann man sich vergewissern daß die Interpolation ein kraß überschätztes Problem ist.

Das zweite Gebiet der audiophilen Problemspekulation ist der Jitter. Auch hier ist es von großem Vorteil für die High-Ender wenn man keine Sachkenntnis hat. Wiederum ist es hier nämlich leicht, zwei völlig unterschiedliche Probleme miteinander zu verwechseln.

Jitter kann ich hier nicht halbwegs erschöpfend erklären, aber es möge genügen hier zu sagen daß es ein Problem sein kann bei der Wandlung der CD-Daten ins Analoge. Es ist daher wichtig den eigentlichen D/A-Wandler-Chip im CD-Spieler mit einem jitterarmen Takt zu versorgen. Eine audiophile Lieblingsvorstellung ist es dabei, daß das eine sehr schwierige Aufgabe sei, bei der so gut wie Alles im CD-Spieler im Weg ist und eine Rolle spielt, so daß man schon ein Nobelpreisträger sein muß um das gut hinzukriegen.

Mit der Realität hat das allerdings wenig zu tun. Im CD-Spieler ist das sogar recht einfach, denn man kann den Wandlertakt als Taktquelle für das restliche System einsetzen, braucht bloß eine einzige Taktfrequenz zu berücksichtigen, und kann den Taktgenerator in unmittelbarer Nähe des Wandlers unterbringen. Besser kann man's kaum haben. Wer unter diesen Umständen einen schlechten Taktgenerator zustande bringt kann unfähig genannt werden.

Daß man schon mal Probleme mit dem Netzteil kriegen kann, oder mit irgendwelchen Einflüssen aus anderen Schaltungsteilen, ist nicht ausgeschlossen, aber das ist das Brot des Schaltungsentwicklers. Wer darum ein zu großes Brimborium macht erregt nur den Verdacht daß für ihn Alles ein Problem wäre, auch das Triviale.

Ein zweites Feld für Jitter ist das Auslesen der Scheibe selbst. Hier verhindert zu viel Jitter daß man die Bits korrekt voneinander unterscheiden kann. Das spielt sich aber vor der Fehlerkorrektur ab, und das ist von entscheidender Bedeutung. So lange die Fehlerkorrektur damit fertig wird ist der Einfluß von Jitter bei der optischen Abtastung bedeutungslos. Es gibt keinen direkten Zusammenhang zwischen dem Jitter bei der optischen Abtastung und dem Jitter am D/A-Wandler. Das sind zwei völlig verschiedene Baustellen.

Unter Audiophilen schließt man dagegen gern aus der Tatsache daß der gleiche Begriff "Jitter" benutzt wird darauf, daß es um das Gleiche ginge. So ist es aber nicht. Ein FIFO-Zwischenspeicher und eine am Füllstand orientierte Regelschleife sorgt für eine weitgehende Entkopplung zwischen diesen zwei Orten, an denen Jitter auftritt. Bei jedem CD-Spieler ist es so, denn das gehört zum Funktionsprinzip.

Genau genommen gibt es daher nur einen Anlaß, sich über den Jitter bei der optischen Abtastung Gedanken zu machen, wenn es Anzeichen dafür gibt daß die Fehlerkorrektur nicht mehr ausreicht. So lange sie ausreicht kann es um die Abtastung nicht zu schlecht bestellt sein, und eventuelle kleinere Unterschiede können sich nicht wirklich auf das Ergebnis der D/A-Wandlung auswirken. Insofern ist die Fehlerkorrektur eine Art Wasserscheide. Nur wenn sie versagt lohnen sich weitere Nachforschungen auf der Abtastseite.

Aber das ist zu einfach für Audiophile. Zu wenig Mysterium. Zu wenig Raum für geheimnisvolle klangschädliche Effekte. Besser ist es daher man weigert sich auch Jahrzehnte nach der Entwicklung der CD noch, ihr Funktionsprinzip zu verstehen.