HIGHRESAUDIO macht erstmals die Unterschiede zwischen MP3, CD und 96/24 sichtbar.

Warum klingt High Resolution besser als CD? An der höheren Abtastfrequenz kann es kaum liegen. Das Ohr hört Frequenzen bis maximal 18 Kilohertz – die CD mit ihrer Bandbreite von 20 Kilohertz liegt somit auf der sicheren Seite.

Ein gravierender Nachteil der Digitalisierung zeigt sich in der Tatsache, dass bei geringen Pegeln die Verzerrungen zunehmen. Dies widerspricht der Funktionsweise des menschlichen Ohrs. Im Laufe der Evolution wurde es geschult, leise Geräusche wahrzunehmen: Das Knacken eines Zweiges im Wald beispielsweise bedeutete Gefahr. Wenn ein solches Geräusch – wie mit 16 Bit von CD – nur verzerrt wiedergegeben werden kann, irritiert dies das Gehirn. Bei der Wiedergabe mit 24 Bit werden leise Geräusche und Musik als deutlich "naturgetreuer" wahrgenommen.

Damit Sie die sensationellen Messungen interpretieren können, die in noch nie dagewesener Deutlichkeit die Unterschiede zwischen MP3-, CD- und High-Resolution-Musikdaten zeigen, laden wir Sie zunächst zu einem kleinen Ausflug in die Grundlagen der Digital-Tontechnik ein.

Die erste Station ist das Mikrofon. Es wandelt den von Instrumenten und Stimmen erzeugten Luftschall in elektrische Spannungsänderungen um. Die Wechselspannung ändert ihre Werte fortlaufend (nicht sprunghaft) und ohne Unterbrechung. Deshalb spricht man auch von Analogsignal.

An der Pforte zur Digitalwelt stehen Analog/Digitalwandler. Wie mit einem Stroboskop lichten sie das Analogsignal in Momentanaufnahmen ab und dokumentieren den Vorgang mit Zahlenwerten.

Aber wie genau findet man aus den Zahlenkolonnen wieder zurück zum Ausgangspunkt? Wie exakt lassen sich daraus wieder die ursprünglichen Klänge rekonstruieren?

Das hängt im Wesentlichen von zwei Faktoren ab:

1. Wie viele Proben wurden pro Sekunde entnommen? Dies bezeichnet die Abtastrate oder Abtastfrequenz. Je höher sie ausfällt, desto höhere Frequenzen können digitalisiert werden.

2. Mit welcher Genauigkeit wurden die Amplituden der ursprünglichen Tonkurven festgehalten? Jetzt reden wir von Quantisierung, vereinfacht ausgedrückt von der Bitrate. Je geringer sie ist, umso stärker wird das Signal "verzerrt".

In der Praxis wird mit folgenden Werten gearbeitet:

Für die CD-Aufzeichnung wird das Signal 44100-mal in der Sekunde abgefragt und mit einer Genauigkeit von 16 Bit festgehalten. Ersteres hat zur Folge, dass die höchste übertragbare Frequenz bis etwa 20 Kilohertz reichen darf.

Mit 16 Bit lassen sich die abzuspeichernden Amplituden des Musiksignals in 65536 Stufen klassifizieren. Anders ausgedrückt: Der Abstand zwischen Rauschen und Signal beträgt etwa 96 Dezibel.

Bei High-Resolution-Aufnahmen sind Abtastfrequenzen bis weit über 300 Kilohertz möglich; statt mit 16 Bit wie bei der CD wird mit 24 Bit quantisiert. Das gängige Format 96 (kHz)/24(Bit) verspricht Übertragungsfrequenzen bis über 40 Kilohertz und eine rein rechnerische Dynamik von über 140 Dezibel. Sie wird in der Praxis allerdings nie erreicht, da die Wiedergabeelektronik nur etwa 120 Dezibel an Störabstand bietet. Die anfallenden enormen Datenmengen lassen sich dank entsprechenden Rechenvorschriften (FLAC für "Free Lossless Audio Coding") verlustfrei auf die Hälfte komprimieren.

MP3 funktioniert unter anderen Voraussetzungen. Das unter Karl Heinz Brandenburg vom Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen entwickelte Format verkleinert die Audiodaten verlustbehaftet nach psychoakustischen Erkenntnissen. Beispielsweise werden leise Töne in unmittelbarer Nachbarschaft von lauten Impulsen wegrationalisiert. Die Summe aller Anweisungen hilft dabei, erhebliche Datenmengen einzusparen. Das Format ist gedacht als schnell downloadbares Internet-Musikformat für mobile MP3-Player. Der Vorteil: Musik in MP3 benötigt gegenüber der CD nur etwa ein Zehntel Speicherplatz. Der Nachteil: Über eine highendige Anlage hört auch das ungeschulte Ohr sofort die Unterschiede zwischen MP3- und High-Res-Aufnahmen.

Zu den Messungen:

Das erste Diagramm zeigt den Unterschied zwischen der herkömmlichem CD-Digitalisierung mit 16 Bit (untere Kurve) und der deutlich feiner gerasterten High-Res-Auflösung mit 24 Bit. Zugrunde liegt der Kammerton "a" mit einem extrem leisen Pegel von –85 Dezibel. Bei derart geringer Lautstärke geht bei der CD der Bitvorrat zur Neige, das Signal kann nur noch treppenförmig rekonstruiert werden. Die Folge: Rauschen und Verzerrungen nehmen bei geringen Pegeln dramatisch zu. Die High-Resolution-Aufnahme mit 24 Bit (obere Kurve) ist demgegenüber deutlich im Vorteil. Sie hat gegenüber der CD ein 256-mal feineres Raster; Verzerrungen und Rauschen sind selbst bei extrem geringen Pegeln minimal.

Das zweite Diagramm zeigt – über eine Messdauer von jeweils zwanzig Sekunden – anhand identischer Musikbeispiele die spektrale Verteilung von Schlagzeug-Becken-Klang. Wie weit reicht der Übertragungsbereich bei welchem Format? Wie intensiv ist der Pegel der einzelnen Frequenzen? Je roter der Bereich (rechts daneben die Frequenzskala), desto größer ist die Lautstärke in dem jeweiligen Gebiet. Man sieht deutlich, dass alle drei Formate die lauten Musikanteile in etwa gleich wiedergeben. Allerdings schneidet die 96-kBit/s-MP3-Aufnahme die Frequenzen oberhalb von 12 Kilohertz radikal ab. Die CD kappt die vorhandenen Oberwellen bei 20 kHz, während die 96/24-High-Res-Aufzeichnungen erkennen lassen, dass sie die bis etwa 40 kHz vorhanden Obertöne mit übertragen.

Das Diagramm spiegelt aber nicht die tatsächlich wahrgenommen Ereignisse wider. Die Frequenzskalierung ist linear, das heißt, die Frequenzen ändern sich gleichmäßig. Das Ohr hört aber logarithmisch, was etwa bedeutet, dass die Frequenzabstände nach oben hin immer kleiner werden. Anders ausgedrückt: Die Empfindlichkeit des Ohres ist um 4 Kilohertz am höchsten und nimmt mit zunehmender Frequenz rapide ab.

Diesem Sachverhalt kommen die grün eingefärbten Spektralaufnahmen am nächsten.

Das Equipment: Unser Dank gilt dem Pinguin Ingenieurbüro (www.masterpinguin.de) unter Leitung von Dipl.-Ing. Ralf Kessler, der für die Messungen zuständig war. Die farbigen Diagramme wurden mit dem PGAMM, einem Pinguin Audio Spektrometer, erstellt.