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1 bearbeitet von Lego (Original: 2006-04-09 21:18)

Thema: Grundlagen: Der PC als Hifi-Gerät

Mit Erlaubnis von Pelmazo herüberkopiert. Quelle . Vielen Dank an dieser Stelle für die Kooperation und die Erlaubnis zum Kopieren.


Einleitung

Nein hier geht's nicht primär um die richtige kabeltechnische Verbindung zwischen PC und Hifi-Anlage, sondern um die Tauglichkeit des PC's selber, als glaubwürdiges, und qualitativ hochstehendes Anlagenmitglied aufzutreten. Für die Verkabelung gibt's anderswo schon ausführliche Informationen, siehe z.B. hier als Startpunkt:

http://www.hifi-foru...rum_id=54&thread=608

Solange der PC nur irgendwelche gnadenlos datenkomprimierten Internet-Radio-Kanäle abspielen soll wird die Tonqualität von PC und seiner Soundkarte kaum interessieren, die Grenzen sind da durch das Quellmaterial eng gesteckt. Wer aber CD-Qualität oder besser haben will, was ja angesicht großer Festplatten heute kein Problem mehr ist, der sollte sich etwas näher damit beschäftigen, was ein PC eigentlich macht wenn er eine Audiodatei abspielt. Das Signal geht in aller Regel nämlich nicht einfach unverändert von der Datei direkt auf die Soundkarte und von da in die Lautsprecher. Da kann auf dem Weg so viel passieren, daß man das Signal kaum wiedererkennt ;)

Signalweg beim Abspielen einer WAV-Datei

Nehmen wir einmal an Du benutzt den PC als Medienbibliothek, die (natürlich legal ;) ) gerippten CD's liegen unkomprimiert als WAV-Dateien auf der Festplatte und sollen möglichst in Originalqualität, ohne daß an den Audiodaten klangschädlich rummanipuliert wird, über die Hifi-Anlage wiedergegeben werden. Der PC sei dafür gleich zweimal mit dem Verstärker der Anlage verbunden. Einmal analog, typischerweise über ein Kabel 3,5mm Stereoklinke auf 2xCinch, und zweitens digital, per SPDIF-Koaxkabel oder optisch über Toslink-Kabel, wofür der Verstärker also mit seinem eigenen, hoffentlich guten D/A-Wandler gesegnet sei. Es interessiert uns hier zunächst nur Stereo, obwohl man ähnliche Betrachtungen auch für Surroundsysteme anstellen kann.

Zum Abspielen unserer WAV-Datei benutzen wir einen Player, beispielsweise den Windows Media Player, der ja schon mitgeliefert wird. Dieser öffnet die Datei, öffnet außerdem ein Audiogerät, welches zum Ausspielen verwendet werden soll, und befördert dann die Audiodaten von der Datei zum Audiogerät. Das Audiogerät ist zunächst nur ein Software-Artefakt, denn es wird von einem Treiber zur Verfügung gestellt. Es gibt mehrere verschiedene Treiberarchitekturen unter Windows, die heute allgemein verwendete ist WDM. Die Audiodaten landen also in einem WDM-Treiber, WDM selbst manipuliert dabei aber noch kräftig mit, wie noch zu zeigen ist. Der Treiber schließlich bedient die eigentliche Soundkarte, die heutzutage oft schon auf dem Mainboard sitzt, aber genausogut auch anderswie angeschlossen sein kann. Die Audiodaten landen also in einem Soundchip, wo sie ggf. weiterverarbeitet werden, und dann entweder auf einem Digitalausgang (SPDIF/Toslink) ausgegeben werden, oder in ein Analogsignal gewandelt werden, dann noch einen Mixer durchlaufen, und schließlich auf der Line-Out-Buchse erscheinen. Von dort gehen sie über die oben erwähnte Verkabelung an den Verstärker, uns schließlich über die Lautsprecher ans Gehör.

Wie man sieht ist der Weg lang, und Gefahren für die "audiophilität" des Audiosignals lauern gar viele. Wir wollen sie mal der Reihe nach abklappern.

Der Player

Software braucht Features, also ist heute ein Player kein Programmm zum Abspielen von Audiodaten, sondern ein Assistent zum Management multimedialer Erlebnisse. Einige dieser Features lassen die Audiodaten leider nicht in Ruhe, wie z.B. Equalizer, Baß-Enhancer, ja schon ein einfacher Lautstärkeregler manipuliert an den Daten herum. Es ist also bereits eine Herausforderung, einen Player so zu konfigurieren, daß all das Zeugs abgeschaltet ist und die Audiodaten garantiert unverändert an das Audiogerät geschickt werden. Ein Hifi-Verstärker mag einen gut erreichbaren "Bypass"-Knopf auf der Frontplatte haben, mit dem man die Klangverbieger umgehen kann, ein Player hat eine vergleichbare Funktion oft nicht oder nicht so offensichtlich.

Die Tatsache daß die Klangmanipulationen im Digitalen stattfinden, sagt nichts über die Qualität aus. Sogar ein Lautstärkesteller kann schlecht klingen, wenn er ignorant programmiert ist.

Der erste Schritt zum "audiophilen" PC ist also ein "seriöser" Player, der meinetwegen allen Schnickschnack auf der Benutzerseite hat, aber audiomäßig verantwortungsbewußt programmiert ist.

WDM

Microsoft wollte mit diesem Treibermodell vor allem erreichen, daß der DAU Töne abspielen kann. Die dafür eingebauten Automatiken sind leider nicht "audiphil". So wird zum Beispiel bei jeder Gelegenheit eine Wandlung der Abtastrate durchgeführt. Wenn also z.B. die WAV-Datei Audiodaten enthält, die mit 44100Hz/16Bit codiert sind (was der CD entspricht), das Audiogerät aber auf beispielsweise 48kHz eingestellt, so hat WDM kein Problem damit, denn es macht einfach automatisch bei der Wiedergabe eine Abtastratenwandlung von 44100 auf 48000 Hz.

Abtastratenwandler sind recht komplexe Filter, die nichttriviale Mengen an Rechenleistung brauchen, und zwar umso mehr je besser das Ergebnis sein soll. Andersrum gesagt: Wer knauserig mit der spendierten Rechenleistung ist, wird mit schlechterem Klang belohnt. Dem Anwender wird dabei aufgebürdet, die rechte Wahl zu treffen, und zwar in den "Erweiterten Audioeigenschaften", wo man die Konvertierungsqualität mit einem Schieber einstellen kann. Wie bei Microsoft üblich erfährt man nichts darüber wie gut oder schlecht die wählbaren Stufen tatsächlich sind. Man stellt also blindlings ein.

Wer solche Wandlungen mit zweifelhafter Qualität ganz vermeiden will, der muß selber dafür sorgen, daß das Audiogerät mit der gleichen Abtastrate arbeitet, wie die abzuspielende Datei. Das ist leichter gesagt als getan, denn etliche Soundkarten bzw. Soundchips arbeiten fest mit 48kHz, die Abtastratenwandlung ist da also praktisch nicht zu vermeiden.

Wer der "Audiophilität" des Microsoft-Abtastratenwandlers nicht über den Weg traut, und das fände ich sehr verständlich ;) , der müßte in einem solchen Fall also die Abtastrate der Datei im Vorfeld auf 48kHz wandlen, mit einem Programm dem er in dieser Hinsicht vertraut. Dann würde es beim Abspielen passen und der Microsoft-Wandler bliebe außer Kraft.

Ebenso im Signalweg ist aber auch noch der Kernel-Mischer, der dafür sorgt daß mehrere Anwendungen zugleich ausspielen können, und die Audiosignale zusammengemischt werden. So muß man z.B. beim WAV-Datei-Hören nicht auf das nützliche und informative "Boing" verzichten, wenn man gerade einen Bedienungsfehler gemacht hat. Diesen Kernel-Mischer wird man nicht ohne weiteres los.

Der Treiber

Der Soundtreiber sorgt letztlich dafür, daß das, was vom Sound übriggeblieben ist, auch auf die Soundkarte ausgegeben wird. Weil auch hier wieder mit Features geklotzt und nicht gekleckert wird, kann natürlich je nach Treiber erneut an den kostbaren Klangdaten herummanipuliert werden. Da gibt es wiederum Equalizer, 3D-Effekte und dergleichen mehr, von denen man herausfinden muß wie man sie abstellen kann. Auch im Treiber ist es möglich, daß Abtastratenwandlung betrieben wird, wobei das vor allem die besseren Karten tun, die mit der Windows-eigenen Wandlung nicht zufrieden sind.

Der Soundchip

Hat es das Audiosignal an den Soundchip geschafft, lauern weitere Gefahren, denn nicht wenige Soundchips haben wiederum ihre eigenen Processing-Features und müssen erst einmal dazu gebracht werden, die Finger von den Audiodaten zu lassen. Mit etwas Glück hat man dann nur noch einmal einen Lautstärkesteller im digitalen Signalweg, bevor das Signal den Rechner über SPDIF verläßt.

Beim Analogausgang ist die Odyssee dagegen noch nicht beendet, denn das Signal passiert einen D/A-Wandler, der nicht unbedingt qualitätsmäßig das Maß aller Dinge ist, und danach wird noch ein Mixer durchlaufen, in dem man dem schon analogen Signal noch weitere Signale zumischen kann, wie z.B. PC-Beeps, Modemgenudel, das Signal am Line-Eingang, das Direktsignal vom PC-eigenen CD-ROM-Laufwerk, etc.

Alle diese Signale rauschen vor sich hin, auch wenn sie ansonsten ruhig sind, und dieses Rauschen wird dem Nutzsignal natürlich hinzugemischt, wenn nicht alle entsprechenden Regler zugedreht sind. Die Regler findet man in den Audioeigenschaften, Knopf "Erweitert".

Ebenfalls klanglich problematisch kann es sein, wenn man mit zu niedrigen Pegeln arbeitet. Die klanglich beste Einstellung des Mixers dürfte sein, wenn man alle unbenutzten Quellen Stumm schaltet (Häkchen unter dem Regler), die Wave-Quelle und den Hauptregler ganz aufzieht, und die Lautstärke am Verstärker auf ein erträgliches Maß abregelt. Dadurch erreicht man auch auf dem Kabel zum Verstärker größtmöglichen Pegel, und damit größten Störabstand. Eine Ausnahme ist, wenn bei dieser Einstellung irgendwas übersteuert und verzerrt, dann muß man experimentieren, und herausfinden wo im Signalfluß das passiert, und den Regler davor weit genug herunterziehen.

Wer den Digitalausgang benutzt umgeht auf diese Weise den analogen Mixer im Soundchip, man sollte aber trotzdem sicherstellen daß dem Signal nichts mehr zugemischt wird, abhängig von der Soundkarte. Das Signal am Digitalausgang ist demnach nicht unbedingt das Gleiche wie am Analogausgang, und das kann nützlich sein. Der Digitalausgang wird z.B. bei vielen Soundkarten nicht vom Haupt-Lautstärkesteller beeinflußt, sondern trägt das Wave-Signal direkt. So hat man dann kein Modemgebrabbel drin, und kann die Lautstärke der Brüllwürfel separat von der der Anlage einstellen.

Nützlich und aufschlußreich, aber auch überraschend schwierig ist es, sich von seiner Soundkarte ein Signalflußdiagramm zu zeichnen, damit man sehen kann wo welches "Feature" eingreift. Das erlaubt einem, die Features zielgerichtet abzustellen. Die Hersteller scheinen allerdings oft nicht daran interessiert zu sein, einem das leicht zu machen.

Anmerkungen:

Noch ein, zwei Anmerkungen zu den bei Soundkarten vorhandenen Digitalschnittstellen (SPDIF optisch oder koax):

Man sollte meinen, das Vorhandensein digitaler Schnittstellen wäre eine gute Möglichkeit, die oft mäßige Audioqualität der Wandler auf der Soundkarte zu umgehen, und optimale Audioqualität zu gewährleisten. Die Enttäuschung folgt auf dem Fuß...

Viele Soundkarten legen offenbar keinen Wert auf bitidentische Wiedergabe oder Aufnahme von digitalen Audiodaten. Oft werden alle eingehenden Daten pauschal auf 48kHz Abtastrate umgewandelt, und die ausgehenden Daten grundsätzlich mit 48kHz ausgegeben. Das heißt, es ist weder möglich, CD-Daten verlustfrei digital aufzuzeichnen, noch mit 44,1kHz gerippte CD-Daten verlustfrei digital auszugeben, denn in beide Richtungen ist eine Abtastratenwandlung unvermeidlich. Die dabei verwendete Abtastratenwandlung ist dabei evtl. qualitativ nicht besser als eine Analogwandlung.

So verfährt z.B. der als Bestandteil der weitverbreiteten Soundblaster Live! Karten verwendete Chip EMU10K1. Der Chip arbeitet intern grundsätzlich mit 48kHz Abtastrate, und eingehende Digitalsignale werden per Abtastratenwandler daran angepaßt. Diese Wandler sollen laut Aussage eines Chipentwicklers besonders sparsam aufgebaut sein, da sie psychoakustische Erkenntnisse verwenden, mit deren Hilfe man bestimmte Fehler als unhörbar klassifiziert und bei der Wandlung zuläst. Auch die SPDIF-Ausgänge laufen grundsätzlich mit 48kHz, auch wenn WAV-Dateien abgespielt werden, die mit 44,1kHz aufgezeichnet wurden. (Siehe z.B. US-Patent 5,928,342 über den Chip).

Ähnliche Zustände findet man bei vielen AC97-Codecs, die auf Mainboards und in Notebooks zu finden sind.

Die Gleichung Digital = Fehlerfrei gilt also hier nicht. Wer Wert auf transparente Digitalübertragung legt, um Klangveränderungen sicher auszuschließen, muß auf der Hut sein und sich genau informieren (was durch die Hersteller in aller Regel nicht gerade erleichtert wird).


Hinweis:
Selbstverständlich sind diese "freiwilligen Textspenden" übrigens nicht, deshalb bitte ich darum (soweit dies möglich ist) bei Gefallen diese auch entsprechend zu würdigen oder sie als Anregung dafür herzunehmen das Herkunftsforum  zu besuchen. Dies ist Werbung im Sinne einer notwendigen Netzwerkarbeit um Synergien nutzen zu können, denn verständlicherweise ist es nicht immer notwendig, seitens unseres hauseigenen Autoren-Teams  eigene Artikel zu schreiben, wenn es bereits deutschsprachige Ressourcen auf hohem Qualitätsniveau gibt, auf die es sich zum Zwecke der Wissensvermittlung zu verweisen lohnt.  Selbstverständlich dient uns dieses Mittel, welches wir nur an bestimmten Punkten einsetzen, dazu unsere Ressourcen zu schonen, damit mehr Zeit für eigene Artikel bleibt. Soweit mir das möglich ist, achte ich auch darauf, daß diese Kooperationen zum beiderseitigen Nutzen ausfallen, anfallende Diskussionen also auch in (teilweise aufbereiteter) Form von Feedback an die Autoren und Herkunftsressourcen zurückfliessen. Davon ab, werden sie aber nur selten auf Hinweise dieser Art treffen, da wir nicht vorhaben unsere Roadmap für die nächsten Jahre aus "Fremdbeiträgen" zu rekrutieren.
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