WENN AUS DATEN MUSIK WIRD
Norbert Lindemann über Timing, Klang und die Entwicklung unserer Streamer
Die entscheidende Frage
Seit mehr als 25 Jahren entwickle ich Geräte für die digitale Musikwiedergabe. In dieser Zeit hat sich vieles grundlegend verändert. Zunächst lösten Music Server die CD als wichtigste digitale Quelle ab. Später kamen Streamingdienste hinzu. Die Rechenleistung wuchs, neue Schnittstellen kamen hinzu – und alle paar Jahre versprach eine neue Technologie, alles Bisherige zu verändern.
Doch bei all diesem Wandel war für mich nie die Technik selbst die größte Herausforderung. Im Mittelpunkt stand von Anfang an eine andere, viel grundlegendere Frage:
Wie lässt sich aus digitalen Daten ein möglichst unverfälschtes Musiksignal gewinnen?
Jedes meiner Produkte war ein neuer Versuch, darauf eine Antwort zu finden. Unsere heutigen Streamer führen diese Entwicklung fort.
Ihre Aufgaben und Schaltungen unterscheiden sich – die grundlegende Idee dahinter jedoch nicht.
Was sie verbindet, ist weniger eine bestimmte Schaltung als eine gemeinsame Entwicklungsphilosophie.
Warum Timing so wichtig wurde
Als ich Ende der 1990er-Jahre unseren ersten CD Player, den CD1, entwickelte, war die CD noch die wichtigste digitale Musikquelle. Über die Qualität von digitaler Musikwiedergabe wurde damals vor allem anhand leicht messbarer und vergleichbarer Werte gesprochen: Frequenzgang, Verzerrungen und Auflösung.
Mich beschäftigte jedoch etwas anderes: Was geschieht, wenn zwar alle Daten korrekt ankommen, ihre zeitliche Verarbeitung aber nicht vollkommen präzise ist?
Der Begriff Jitter spielte in der Diskussion über digitale Wiedergabe damals noch kaum eine Rolle. Mir wurde jedoch schnell klar, dass genaues Timing wesentlich wichtiger ist, als allgemein angenommen. Denn selbst wenn jedes einzelne Bit stimmt, bleibt entscheidend, wann die digitale Information in ein analoges Musiksignal umgewandelt wird.
JITTER KURZ ERKLÄRT
Jitter verändert nicht die digitale Information selbst, sondern den Zeitpunkt ihrer Verarbeitung. Man kann sich das wie ein Orchester vorstellen, in dem alle Musiker die richtigen Noten spielen, der Takt des Dirigenten jedoch leicht schwankt: Die Noten bleiben dieselben – die Aufführung nicht.
Eine neue Zeitbasis
Unsere Antwort beim CD1 hieß HIDRA – High Definition Re-sampling Architecture. Statt die Taktung des CD Transports zu übernehmen, erzeugten wir eine neue, unabhängige Zeitbasis.
Die eingehenden Daten gelangten zunächst in einen FIFO Buffer und wurden anschließend mit einer neu erzeugten Master Clock wieder ausgelesen. Der CD Transport lieferte also weiterhin die Daten, gab aber nicht mehr deren Timing vor.
Damit war ein Grundprinzip formuliert, das unsere Entwicklung bis heute prägt.
Neue Möglichkeiten. Dasselbe Ziel.
In den folgenden Jahren haben wir diesen Ansatz Schritt für Schritt weiterentwickelt. Bessere Clock-Technologien und steigende Rechenleistung ermöglichten ein immer präziseres synchrones Re-sampling.
Rückblickend ist vor allem eines bemerkenswert: Die technischen Möglichkeiten haben sich enorm verändert, die grundlegende Idee dahinter jedoch kaum. Bessere Bauteile, mehr Rechenleistung und neue Verfahren waren nie Selbstzweck. Sie waren Werkzeuge, um unserem eigentlichen Ziel näherzukommen.
Aus digitalen Daten ein möglichst unverfälschtes Musiksignal zu gewinnen.
Wie aus einer Datei wieder Musik wird
Beim CD1 wurden die gespeicherten Daten noch in Echtzeit vom Laufwerk gelesen. Heute aber liegt Musik meist als Datei auf einem Server – gewissermaßen als eingefrorene Musik. Erst bei der Wiedergabe erhält sie wieder ihren zeitlichen Ablauf.
Dafür ist der Digital Media Processor zuständig. Ob die Daten über LAN, WLAN oder USB eintreffen, ändert am grundlegenden Vorgang wenig: PLLs, FIFOs und Sample Rate Converter setzen aus den gespeicherten Informationen einen kontinuierlichen digitalen Audiodatenstrom zusammen.
Da die Clocks des Prozessors zwangsläufig Jitter und hochfrequentes Rauschen aufweisen, setzt genau hier unsere Entwicklung an. Unsere heutigen Streamer erzeugen den digitalen Audiodatenstrom neu und geben ihm mithilfe einer hochpräzisen Master Clock eine eigene, stabile Zeitbasis.
Das Timing entsteht im Player.
Ein Prinzip. Verschiedene Geräte.
Sobald aus der Musikdatei ein kontinuierlicher, präzise getakteter Audiodatenstrom entstanden ist, hängt die weitere Verarbeitung vom jeweiligen Gerätekonzept ab.
STREAMING TRANSPORT
Gibt den neu erzeugten Audiodatenstrom an einen externen DAC weiter.
STREAMING DAC
Wandelt den digitalen Stream im Gerät in ein analoges Musiksignal um.
ALL-IN-ONE PLAYER
Übernimmt zusätzlich Lautstärkeregelung und Leistungsverstärkung.
Warum unser Streaming Transport auf SPDIF setzt
An der WOODNOTE BRIDGE lässt sich besonders gut zeigen, wie aus einer grundlegenden Überlegung eine konkrete Produktentscheidung entsteht.
Bei einem reinen Streaming Transport wird das digitale Signal an einen externen DAC weitergeleitet. Viele Hersteller verwenden dafür USB Audio. Im DAC werden die USB-Daten dann entpackt, der Audiodatenstrom rekonstruiert und eine eigene Clock für die Wiedergabe erzeugt. Damit beginnt das Timing-Problem von Neuem.
Zugleich entsteht über das USB-Kabel eine direkte elektrische Verbindung. High-Speed-Daten und Versorgungsspannung können hochfrequente Störungen in das System eintragen.
Für diese spezielle Aufgabe halte ich SPDIF deshalb für die elegantere Lösung. Die Schnittstelle überträgt einen kontinuierlichen Audiodatenstrom gemeinsam mit seiner Taktinformation. Ein sorgfältig entwickelter Low-Jitter Transmitter ermöglicht dem DAC, daraus eine sehr stabile Clock zurückzugewinnen.
Genau darauf beruht die WOODNOTE BRIDGE: Sie erzeugt den Audiodatenstrom neu, gibt ihm mithilfe einer präzisen Master Clock eine stabile Zeitbasis und überträgt ihn über ihre übertragergekoppelten Digitalausgänge an den DAC.
Vom Grundsatz zur Schaltung
Ein präzise getakteter Audiodatenstrom allein genügt jedoch nicht. Entscheidend ist, wie er im Gerät weiterverarbeitet wird und wie gut empfindliche Bereiche vor elektrischen und zeitlichen Störungen geschützt sind. Fünf Bereiche spielen dabei eine zentrale Rolle.
TRENNUNG
Digitale Verarbeitung, Clock Generation, D/A-Wandlung, Analogschaltung und Verstärkung stellen sehr unterschiedliche Anforderungen. Je nach Gerät werden sie galvanisch getrennt, separat versorgt oder räumlich so angeordnet, dass sich Störungen nicht von einer Stufe zur nächsten übertragen.
STROMVERSORGUNG
Jede empfindliche Stufe muss sauber und stabil versorgt werden. Das konkrete Konzept richtet sich nach ihrer Aufgabe – entscheidend ist, Störungen wie z. B. Switching Noise weit vom Audiosignal fernzuhalten.
CLOCK GENERATION
Der neu erzeugte Audiodatenstrom soll nicht vom unruhigen Takt des Streaming Processors abhängen. Eine präzise Master Clock schafft deshalb eine unabhängige Zeitbasis für alle folgenden Schritte.
RE-SAMPLING
Synchrones Re-Sampling entkoppelt den Audiodatenstrom zeitlich von der Quelle. Je nach Gerät optimiert es den Digitalausgang oder bereitet das Signal für die interne D/A-Wandlung vor.
SIGNALWEG
Wie es nach der Neutaktung weitergeht, hängt von der Aufgabe des Geräts ab: Der Datenstrom kann digital ausgegeben, intern gewandelt oder zusätzlich verstärkt werden.
LESS NOISE.
MORE MUSIC.
USB oder SPDIF, der neueste DAC-Chip, höhere Sampling Rates oder besonders niedrige Jitter-Werte – all das kann wichtig sein. Doch keiner dieser Punkte entscheidet für sich allein darüber, wie überzeugend Musik wiedergegeben wird.
Ja, Spezifikationen machen Geräte vergleichbar. Kaum erfassen können sie jedoch die vielen kleinen Entscheidungen, die während der Entwicklung getroffen werden.
Erst in ihrem Zusammenspiel zeigt sich, ob die Technik in den Hintergrund tritt und die Musik in den Vordergrund.
Dieser Anspruch verbindet alle unsere aktuellen Streamer – vom reinen Streaming Transport über den Streaming DAC bis zum vollständigen All-in-One Player.
Less Noise. More Music.
Ob uns das gelungen ist, muss jeder Hörer selbst entscheiden.
Norbert Lindemann
Founder & Chief Developer
