DVD-Audio - Einführung in die Technik

DVD Audio Logo Update: 24.06.2008, Detlev Schnick

Dieses Special wurde ursprünglich 2002 erstellt von Carsten Rampacher (AREADVD)

Einführung

Mit der DVD Video eröffneten sich 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 zufrieden stellend. 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. 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).

Ein Multiplayer der neuesten Generation. Der Denon DVD-1940 spielt nicht nur DVD Audio, sondern auch das Konkurrenzformat SACD.

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 besonderes. 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 werden 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.

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

DVD Audio: Systemvergleich

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 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.

System	Audio-CD	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
Verlustfreie 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)
Tabelle: Denon

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 unterscheidet sich, wie der Tabelle zu entnehmen ist, mit 44,1 kHz (= 44100mal pro Sekunde) und 16 Bit, was 65536 Spannungsstufen entspricht.

Aufbau einer DVD-Audio-Disc

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 des DVD-Audio-Players

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.

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. (Kabel-Empfehlung: Wireworld Rainbow 5.1) Und dieser Eingang am Verstärker/Receiver sollte 100 kHz-tauglich sein, um auf die 192 kHz Abtastfrequenz bei DVD-Audio-Aufnahmen vorbereitet zu sein. Alternativ zum analogen Anschluss bietet sich auch eine digitale Schnittstelle an, die unter der Bezeichnung iLink (bei Denon: "Denon Link") bekannt geworden ist. Dieses kopiergeschützt, auf dem FireWire- (IEEE1394) -Standard basierende digitale Übertragungsprotokoll spart einen D/A-Wandlungsprozess und erhöht daher im Ergebnis die Wiedergabequalität. Voraussetzung ist aber auch hier die Verwendung eines hochwertigen Kabels, z.B. des Denon AK-DL1.

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 Abtasttheorien 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. Ab dem HDMI 1.1.Standard ist es ausserdem möglich DVD-Audio über HDMI zu übertragen.

Der Multiplayer Denon DVD-2930 weist alternativ zum 5.1-Ausgang Denon's Variante von iLink mit Namen Denon-Link auf.

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 der CD klangen Instrumente wie zum Beispiel ein Saxophon oder eine Violine zu wenig differenziert und zu mittenbezogen. Gerade der bei einem Streichinstrument fein auflösende Hochtonbereich kam nicht annähernd in Originalqualität herüber. DVD Audio schafft hier einen Quantensprung: Fein gestuft und auch in kleinen Details präzise kommt der Klang der Instrumente zum Zuhörer, mit stets einwandfreier Ortbarkeit und einem nicht zu verschwommenen und unpräzisen Klangbild, welches Nuancen gerne untergehen lässt.

Equipment

Der klangliche Unterschied zwischen einer CD und einer DVD-Audio ist mit einem guten Lautsprechersystem nachvollziehbar. Dieses muss sich nicht in der Preisklasse ab 10.000 Euro aufwärts bewegen, sondern kann sich durchaus noch in finanzierbaren Dimensionen aufhalten. Klar ist, dass mit einem Subwoofer/Satellitensystem aus dem Elektroniksupermarkt oder dem Onlinediscounter kein DVD-Audio-Genuss möglich ist. Ebenfalls sollten keinesfalls die Dipole der Heimkinoanlage bei der Wiedergabe 5.1-DVD-Audio-Discs zum Einsatz kommen. Im Idealfall sollte der Hörraum für die DVD-Audio-Wiedergabe mit fünf identischen Lautsprechern, allesamt mit hochwertigen Frequenzweichen bestückt, ausgerüstet werden. Der Einsatz eines Subwoofers sollte man gut abwägen und letztendlich nach dem persönlichen Hörgeschmack entscheiden. Bei der Einstellung und Auslegung des Subwoofers ist unbedingt zu beachten, dass der aktive Basslautsprecher auf jeden Fall in der Lage sein muss, einen trockenen und absolut präzisen Bass zu erzeugen. Die Übernahmefrequenz sollte nicht zu hoch angesetzt werden. Die von uns getesteten DVD-Audio-Player zeichneten sich alle durch sehr gute Wiedergabequalitäten aus.

Die Mitte 2008 üblichen Multiplayer (spielen DVD-Audio und SACD) speisen ihre analogen Ausgänge über mittlerweile hochausgereifte D/A-Wandler und weisen zusätzlich digitale Ausgänge wie z.B. iLink oder DenonLink auf, bzw. geben die Signale über HDMI aus. Einer der meistverkauften Multiplayer der mittleren Oberklasse ist der Denon DVD-2930, der dank besonders hochwertigem D/A-Audio-Wandler (Burr Brown PCM1791 24-Bit/192-kHz) und gemessen am Kaufpreis, ein wirklich beeindruckendes Klangerlebnis bietet - und zwar sowohl bei DVD Audio, wie auch über SACD. Eine Klasse tiefer stellt der Denon DVD-1940 einen günstigen Einstiegs-Player dar, ebenfalls Multiformat-fähig, jedoch ohne Denon-Link und mit einem etwas einfacheren D/A-Wandler (Burr Brown DSD-1608 24-Bit/192-kHz). Nur wer auch in Sachen Bilddarstellung höhere Ambitionen hat, für den lohnt es sich, einen Blick auf Player der absoluten Top-Klasse zu werfen, z.B. den Denon DVD-3930. Hier liegt man allerdings dann schon deutlich jenseits der 1.000-Euro-Marke. Bei diesen Geräten macht sich dann nochmal qualitätssteigernd bemerkbar, dass Audio- und Video-Sektionen sehr sorgfältig getrennt und isoliert sind. Hochwertige Ringkern-Transformatoren, sowie nochmals optimierte D/A-Wandler und mehrlagige Chassis-Konstruktionen (zur Reduktion von Vibrationen) runden das Bild dieser Edel-Player ab. In Verbindung mit entsprechend hochwertigen Kabel-Verbindungen (für die man leicht nocheinmal bis zu 30% der Geräte-Preise ausgeben kann) steht dann einem perfekten Hör- (und Sehgenuß) nichts mehr im Wege.

Update 24.06.2008, Detlev Schnick; Autor: Carsten Rampacher, 25.11.02

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