TECHNIKGESCHICHTE argumentiert wird, dass durch die zeitliche Abtastung das analoge Audiosignal verfälscht würde. Wie wir gesehen haben ist dies nicht der Fall. Weiterhin wird vorgebracht die Begrenzung auf 20 kHz wäre hörbar. In der Systemtheorie nennt man diese Begrenzung eine Irrelevanzreduktion, d.h. für den Menschen nicht hörbare Frequenzen tragen auch nicht zum menschlichen Höreindruck bei und brauchen daher nicht übertragen zu werden. Und wie ist es mit der Dynamik? Der Dynamikbereich eines Signals ist als das logarithmische Verhältnis von maximaler zu minimaler Signalamplitude (bei der Wiedergabe dann Lautstärkepegel) in Dezibel definiert. Bei der CD wird ja das linke und das rechte Audiosignal mit 16 Bit Auflösung abgetastet, also jeder Abtastwert besteht aus einem 16 Bit Wort für den Signalpegel. 16 Bit bedeutet, dass der analoge Signalpegel (Amplitude) in 65536 Stufen (entspricht 2 hoch 16) aufgelöst wird. Beziehen wir es zur Veranschaulichung z.B. auf eine ADC Vollaussteuerung von 1V, so ergibt sich für die kleinste Auflösungsstufe 1V / 65536 = 0,000015259V also ca. 15µV. Signalverhältnisse werden in der Technik, wie oben erwähnt, oft logarithmisch als dimensionslose Zahl angegeben (Dezibel abgekürzt dB).
Auf unser obiges Beispiel bedeutet das einen Dynamikbereich von 96 dB für die CD (man kann mit 6 dB pro Bit rechnen). Eine Schallplatte erreicht nur Dynamikwerte zwischen 55 und 65 dB. Bezüglich der Dynamik ist die CD der LP also überlegen. Wenn wir den Signalverlauf im Blockdiagramm (Abb. 4) weiter verfolgen werden die beiden parallelen 16 Bit Digitalsignale (linker und rechter Kanal) im Multiplexer zusammengeführt. Im nächsten Block (Fehlerkorrektur; Kanalcodierung; Synchronisation) erfolgt die Aufbereitung des Signals für den Schneidelaser zur Matrizenherstellung. Im Gegensatz zur elektromechanischen Aufnahme- und Wiedergabetechnik bei der Schallplatte, bei der jede Störung verursacht durch Staub, Kratzer und weitere mechanische Störungen, sofort hörbar wird, hat man bei der digitalen CD die Möglichkeit einer Fehlerkorrektur. Innerhalb der digitalen Signalverarbeitung ist die Fehlerkorrektur ein eigenes Spezialgebiet, das ohne Code-Theorie nur schwer zu verstehen ist. Im Rahmen dieses Artikels wollen wir uns deshalb darauf beschränken, dass durch zusätzliche Einfügung von Redundanzwörtern und Fehlerkorrekturalgorithmen eine weitgehende Robustheit der CD gegen Störungen erreicht wurde. Nun muss dieses um die Fehlerkorrektur und um
Zusatzinformationen für Steuerung und Anzeige erweiterte Digitalsignal (Quellcode) in eine für den Übertragungskanal geeignete Form gebracht werden. Der Übertragungskanal ist ja die Spur auf der CD. Folglich können die einzelnen Datenbits nur hintereinander (seriell) übertragen werden. Da bei dieser seriellen Datenübertragung (nur eine Spur) kein zusätzlicher Takt mit übertragen werden kann wird dafür gesorgt, dass bei der Wiedergabe aus der seriellen Bitfolge der Takt wieder gewonnen werden kann. Dazu wird eine Codierung nach dem EFM-Kanalcode (EFM = Eight to Fourteen Modulation) vorgenommen. Grob gesprochen wird dadurch vermieden, dass mehrere Einsen oder Nullen hintereinander vorkommen und damit die Taktregenerierung nicht mehr gewährleistet ist. Durch den EFM-Kanalcode wird natürlich die Datenrate weiter vergrößert. Für das reine Audiosignal ergibt sich bei je 16 Bit pro Kanal und 44,1 kHz Abtastfrequenz eine Datenrate von 1,4112 Mbit/s (16bit x 2 x 44100/s). Wie wir aus Abb. 5 ersehen können ist die Signal-Datenrate 2,0338 Mbit/s und die Kanaldatenrate 4,3218 Mbit/s. Die Fehlerkorrektur, die Zusatzinformationen und die EFM-Kanalcodierung vergrößern die Datenrate erheblich.
Rundfunk & Museum 102 – Februar 2022
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