DVD Audio: Die Technik

Mit der DVD Video eröffneten sich ihnen neue Dimensionen in Bild und Ton. Der verwöhnte Musikliebhaber aber wandte sich oftmals uninteressiert ab. Verbunden mit der sehr hohen Ton-Kompression bei Dolby Digital und der immer noch hohen Ton-Kompression bei DTS, waren die Ergebnisse für verwöhnte HiFi-Fans in Punkto Klangtreue und Präzision noch nicht zufriedenstellend. Nach längerem Hin und Her präsentieren die DVD-Macher den Standard DVD Audio, der die hohe Speicherkapazität der DVD neben einigen interaktiven Features wie Informationen über die Künstler oder zu den Musikstücken für reine Audio-Daten ausnutzt.


Einführung
So wird bei DVD Audio linear codiert, und zwar mit Abtastraten von 44,1, 48, 88,2, 96, 176,4 und 192 kHz. Eine maximale Datenrate von 9,6 Mbit/s ist möglich. Damit ist allerdings klar, dass DVD Audio nicht in der Lage ist, für alle der maximal sechs möglichen Kanäle (5.1 Surround-Klang) die maximale Abtastrate (192 kHz) und die maximale Wortbreite (24 Bit) gleichzeitig zu verwenden. Es ist aber technisch möglich, die Abtastraten und die Wortbreiten für die Front- und die Surroundkanäle sowie den Subwooferkanal unterschiedlich zu codieren. Der Nutzen dieser Funktion wird beispielsweise bei Konzertaufnahmen deutlich: Die Frontkanäle dienen der Musikreproduktion, die Surroundkanäle aber ausschließlich der Abbildung des Raums und dem Klatschen des Publikums. In einem solchen Fall versieht der Masteringtechniker die Frontkanäle mit einer höheren Auflösung und Abtastrate als die Surroundkanäle, an die geringere Anforderungen gestellt werden. In der Praxis aber sind meist gleiche Abtastraten bei 5.1-DVD Audio-Discs zu beobachten (entweder 96 kHz/24-Bit oder 48 kHz/24-Bit pro Kanal).

Technik
Setzt man eine lineare Pulse Code Modulation (PCM)-Codierung voraus, so ergibt sich bei einer Single-Layer-DVD (DVD-5) bei Stereoausgangsmaterial und einer 48 kHz-Abtastrate sowie einer Wortbreite von 24 Bit eine Abspielzeit von 258 Minuten. Bei einer DVD-9 (Eine Seite, zwei Layer, das meistgebräuchliche Format für Spielfilme auf DVD Video) wächst die Spielzeit auf 469 Minuten an. Erhöht man die Abtastrate auf das bei DVD Audio mögliche Maximum von 192 kHz, bleiben im Falle DVD-5 noch 64 und im Falle DVD-9 noch 117 Minuten übrig. Dies gilt für eine Stereo-Aufnahme, anders sieht es im Mehrkanalmodus aus. Hier ist es zwar, wie schon erwähnt, wegen der maximalen Datenrate nicht möglich, mit einer Abtastfrequenz von 192 kHz zu arbeiten, 96 kHz, kombiniert mit einer Wortbreite von 24 Bit, sind aber realisierbar. Nutzt man dies aus, bliebe bei einer LPCM-DVD noch eine Spielzeit von 43 Minuten (DVD-5) beziehungsweise 78 Minuten auf einer DVD-9. Zu wenig, so die einhellige Meinung der DVD Audio-Macher, also musste die Spielzeit erhöht werden - aber bitte nicht mit Hilfe eines verlustbehafteten Komprimierungsverfahrens. Im Computerbereich sind verlustfreie Packing-Verfahren nichts besonders. Viele PC-Anwender werden das Programm "WinZip" kennen, mit dessen Hilfe Dateien effektiv "gepackt", das heißt in der Dateigröße reduziert werden können, um so den Versand via e-mail oder das Abspeichern auf einer CD-R oder einer Diskette zu erleichtern. Nach dem "Entpacken" des Programms ist dann wieder alles im Ursprungszustand, also kein Verlust ist durch das "packen" von Daten entstanden. Nach diesem Prinzip arbeitet nun auch "Meridian Lossless Packing", kurz MLP genannt. Hier ist das decodierte Audiosignal mit dem PCM-Signal bitidentisch, MLP decodiert mit hoher Präzision Bit für Bit. Wie stark komprimiert wird, hängt vom Programmmaterial und von den eingestellten Parametern ab. Umso höher die Bitrate und die Auflösung, umso höhere Bitraten lassen sich erreichen. Gebräuchlich sind Kompressionswerte zwischen 1,3 und 1,7 erreicht, aber teilweise auch deutlich höhere Werte bis zu 50 Prozent. Anders ausgedrückt: MLP kann die Spielzeit einer DVD Audio von 25 bis 55 Prozent erhöhen.

Liegt eine DVD Audio im Surroundformat vor, muss alternativ auch noch ein Stereosignal bereitstehen, um die Kompatibilität auch zu einer hochwertigen HiFi-Anlage sicherzustellen. Hier können zwei unterschiedliche Wege unterschiedlicher Güte beschritten werden: Der ein, klanglich weniger überzeugende Weg ist die Umkehrung der von Dolby ProLogic bekannten Matrixarbeit. Während bei ProLogic mit Hilfe einer Matrix aus den zwei Kanälen, in denen der Centerkanal und der monoaurale Kanal für die Surroundlautsprecher mitverschlüsselt sind, die vier Kanäle gewonnen werden, nutzt man hier ein Matrixverfahren, um aus dem Surround- ein Stereosignal zu gewinnen. Diese Verfahren ist auch vom sogenannten Downmix bei Dolby Digital bekannt. Die Qualität aber stellt den anspruchsvollen Musikliebhaber nicht zufrieden. Daher gibt es auch noch einen zweiten Weg, nämlich eine vollkommen unabhängig abgemischte Stereospur anzubieten. Über das Menü am DVD Audio-Player kann die Tonspur, die wiedergegeben werden soll, ausgewählt werden.

Die nun folgende Tabelle soll einen kurzen Vergleich zwischen der herkömmlichen CD, der DVD Video und der DVD Audio geben.

DVD Audio: Systemvergleich
 

System Compact Disc DVD Video DVD Audio
Auflösung (in Bit) 16 16/20/24 16/20/24
Abtastrate (in kHz) 44,1 48/96 44,1/48/88,2/96/176,4/192
Maximale Datenrate für Audio (in Mbit/s) 1,4 6,1 9,6
Verlustlose Kompression Nicht möglich Nicht möglich Möglich via MLP
Beste Qualität 2-Kanal PCM-Ton 16 Bit/44,1 kHz 24 Bit/96 kHz 24 Bit/192 kHz
Beste Qualität 5-Kanal PCM-Ton Nicht möglich Nicht standardisiert 24 Bit/96 kHz
Maximale Spieldauer (Min.) 74 ~ 410 (DVD 5) ~ 600 (DVD 5)

Erläuterungen zu den Auflösungen und Abtastraten: Die Angabe 96 kHz/24 Bit bedeutet zum Beispiel, dass sich ein entsprechender Wandler im DVD-Player 96000mal pro Sekunde und Kanal mit Hilfe von 16777216 (24 Bit) verschiedenen Spannungsstufen an das analoge Signal annähern kann und somit eine viel exaktere tonale Reproduktion ermöglicht als eine CD dies von ihren technischen Eigenschaften her kann: Denn die CD bescheidet sich, wie der Tabelle zu entnehmen ist, mit 44,1 kHz (= 44100mal pro Sekunde) und 16 Bit, was 65536 Spannungsstufen entspricht.

Aufbau

Der Inhalt einer DVD Audio nennt sich "Album", das in bis zu neun Gruppen aufgeteilt werden kann. Über eine Gruppe lässt sich zum Beispiel Material mit anderen Audioformaten oder Codierungen zusammenfassen. Was nicht möglich ist: Direktes Umschalten zwischen den einzelnen Gruppen, was den Bedienkomfort schmälert. Jede Gruppe kann bis zu 99 Tracks umfassen, jeder dieser Tracks kann wiederum in bis zu 99 Indizes aufgesplittet werden.

 

Anschluss

DVD-Audio oder die Renaissance der Cinch-Kabel: Hochwertige Cinch-Kabel sind - zumindest vorerst - wieder gefragt. 192 kHz/24 Bit-Aufnahmen oder Musikstücke, die in 96 kHz/24 Bit-Fünfkanaltechnik aufgenommen werden, können beim Anschluss des Players via optischem oder koaxialem Digitalkabel nicht entsprechend wiedergegeben werden, denn: Das Maximale, was über ein optisches oder koaxiales Digitalkabel übertragen werden kann (mehr ist erst via IEEE1394 drin), ist 96 kHz/24 Bit-Zweikanal. Und auch das setzt voraus, dass der Verstärker oder Receiver dann echte 96 kHz/24 Bit-Digital/Analogwandler besitzt. Dass es noch keine digitale Schnittstelle zur Wiedergabe von DVD Audio-Klang in der vollen möglichen Bandbreite gibt, hat seine Ursache auch in Bedenken bezüglich des Kopierschutzes.

Wer also höchste Klangqualität bei DVD Audio genießen möchte, schließt seinen DVD Audio-Player mit denen schon vom Anschluss eines DVD-Player-internen Decoders her bekannten sechs einzelnen Cinch-Kabeln an einen Verstärker/Receiver mit 5.1-Eingang an. Und dieser Eingang am Verstärker/Receiver sollte 100 kHz-tauglich sein, um auf die 192 kHz Abtastfrequenz bei DVD Audio-Aufnahmen vorbereitet zu sein.

Wie sind die 100 kHz-Tauglichkeit und die 192 kHz Abtastfrequenz in Einklang zu bringen? Des Rätsels Lösung liegt im Zusammenhang zwischen Abtast- und Nutzsignal: Nach dem Abtasttheorem des Mathematikers Shannon kann man mit einer bestimmten Abtastfrequenz höchstens ein Nutzsignal codieren, das keine höheren Anteile als die Hälfte der Abtastfrequenz in sich trägt - sonst treten schwerwiegende Fehler auf: Im Falle einer 192kHz-Aufzeichnung heißt das, dass fehlerlos Tonfrequenzen mit maximal 192 : 2, also mit 96 kHz, wiedergegeben werden können, die dann via Cinch in den Analogeingang des Receivers hineinströmen. Somit sind Verstärker/Receiver mit 100 kHz-tauglichen Eingang für alle DVD Audio-Formate geeignet.

 

Klangqualität

Wer im direkten Vergleich eine herkömmliche Audio-CD hört, kann live miterleben, dass die DVD Audio ein neues Kapitel in punkto Klangtreue aufschlägt: Die DVD-Audio-Aufnahmen kamen in kristallklarer Auflösung zum Zuhörer - vor allem im 192 kHz/24-Bit-Zweikanal-Modus, aber auch bei 96 kHz/24-Bit-5.1.Kanal-Aufnahmen ist das Klangerlebnis beeindruckend. Besonders Klassik- und Jazzfans dürfen sich freuen, konnte mit der Abtastfrequenz und der Auflösung einer bisherigen CD gerade ihre Lieblingsmusik nur mit Einschränkungen wiedergegeben werden: Aufgrund der technischen Defizite.