Unterhaltungselektronik: Analog und digital

Wie wurden früher Klänge konserviert?

Durch Abspeichern auf einem analogen Datenträger. Früher handelte es sich dabei um Schellackplatten, dann kamen die Vinyl-Platten sowie magnetische Tonbänder und -kassetten hinzu.

Verfahren zur Tonaufzeichung gibt es seit gut 100 Jahren: Beim Grammofon wurden Klänge mit einer Art Hörrohr auf eine Membran geleitet, an der eine Stahlnadel befestigt war. Durch die Schallwellen begann sie zu vibrieren und ritzte so ein Muster in eine Wachsmatrize. Diese »Matrize« konnte man mit Schellack oder anderem Kunststoff abformen und so Schallplatten herstellen. Um den Ton wieder hörbar zu machen, führte man die Nadel durch die Rille der Schallplatte, die Membran begann zu vibrieren und erzeugte so im Schalltrichter einen hörbaren Ton. Dieses Verfahren war also rein mechanisch. In den 1930er Jahren führte man die elektrische Verstärkung der Töne bei Aufzeichnung und Wiedergabe ein, mittlerweile werden die Signale digital aufbereitet und die Nadelführung in der Matrize optimiert, ansonsten blieben die Verfahren prinzipiell unverändert. Etwas komplizierter sind das Tonband und die Tonkassette: Sie benötigen Kunststoffbänder, die mit eisenhaltigem und damit magnetisierbarem Material beschichtet sind. Ein Magnetkopf wandelt die elektrischen Signale eines Verstärkers oder Mikrofons in Magnetfelder wechselnder Richtung um. Sie zwingen das Eisenmaterial auf dem Band, sich entsprechend der Feldrichtung zu orientieren. Diese Magnetisierung des Bands bleibt erhalten, sofern sie nicht durch andere Felder gestört wird – eine Methode, Bänder ohne Restgeräusche zu löschen, besteht denn auch darin, sie einem starken Magnetfeld auszusetzen. Auf umgekehrtem Weg »liest« der Magnetkopf das Band: Im Wiedergabekopf induziert die Magnetisierung des Tonbandes elektrische Signale, die in Töne zurückverwandelt werden.

Die analogen Datenträger verschwanden seit den 1980er Jahren erst allmählich, dann immer schneller vom Markt – die moderne Tonspeicherung erfolgt mithilfe von Computern digital auf CD, DVD und Speicherkarten.

Wo sind auf CD und DVD die Tonsignale?

In unterschiedlich reflektierenden Bereichen einer mikroskopisch dünnen und entsprechend langen Datenspirale. Diese enthält kleine, »Pits« (Gruben) genannte Vertiefungen, unvertiefte Bereiche nennt man »Lands«. Immer wenn der Strahl des Ableselasers eines Abspielgeräts Anfang oder Ende eines Pits erreicht, interpretiert dies die Auswerteelektronik als eine »1«, konstante Pit- oder Landstücke werden als »0« gelesen. Da Computer Zahlen – insbesondere auch Werte für Lautstärke und Klangfarbe von Musik – bekanntlich nur mit diesen beiden Ziffern darstellen, stecken alle akustischen Informationen in Lands und Pits der Datenspirale.

Übrigens: Die Pits sind nur 0,1 Mikrometer bzw. 100 Nanometer tief und 500 Nanometer breit, der Abstand zweier Windungen der Datenspirale beträgt 1,6 Mikrometer. Insgesamt haben die 20 000 Windungen eine Länge von mehreren Kilometern!

Worin unterscheiden sich CD und DVD?

Im Prinzip nur in der Speicherdichte: Die Datenspur einer DVD ist noch schmaler und damit länger als die einer CD, dadurch kann sie statt 700 Megabyte etwa 4,7 Gigabyte Daten speichern. Dies bedingt allerdings, dass auch die Wellenlänge des Ausleselasers kleiner sein muss. Kein Unterschied dagegen besteht im Inhalt: CD wie DVD speichern Folgen von Nullen und Einsen, die für Klang- oder Bilddaten, aber auch genausogut für Computerprogramme oder Kundendaten stehen können. Dass CDs gewöhnlich Musik, DVDs dagegen Spielfilme enthalten, hat allein lizenz- und marketingtechnische Gründe.

Übrigens: Nicht alle DVDs haben eine Speicherkapazität von »nur« 4,7 Gigabyte. Es gibt auch beidseitig bespielbare DVDs, solche, bei denen zwei Datenspiralen übereinander gedruckt sind, und sogar Kombinationen aus beiden Verfahren. Damit kann eine Datenmenge von maximal 17 Gigabyte auf einer DVD gespeichert werden.

Was ist MP3?

Ein Verfahren zur Datenkompression mit vergleichsweise geringen Verlusten. Daher eignet es sich besonders zur Kompression von digitalen Musikdaten – ein normaler Hörer bemerkt die feinen Unterschiede zwischen Originaldaten und komprimierten Daten kaum. Das Verfahren nutzt aus, dass das menschliche Gehör leise Töne nicht wahrnimmt, sofern sie von lauten Töne in benachbarten Frequenzen überdeckt werden: etwa eine Flöte, die fast denselben Ton hervorbringt wie eine Posaune. Diese schwachen Töne werden vor der Speicherung der Klangdatei entfernt. Die Dateien lassen sich so auf etwa ein Zehntel ihrer ursprünglichen Größe komprimieren, ohne dass die Klangqualität merklich leidet. Damit benötigt ein vier Minuten langes Musikstück nur noch etwa vier Megabyte Speicherplatz. Das ermöglicht ein Herunterladen von Musikdateien aus dem Internet – mit allen Problemen hinsichtlich Urheber- und Verwertungsrechten.

Übrigens: MP3 darf nicht mit MPEG-3 oder MPEG-4 verwechselt werden. Bei Letzteren handelt es sich um Verfahren zur Kompression von Videodateien.