Jitter, des digitalen Klangrätsels Lösung? – DAS GROSSE ZITTERN
Jitter, in persönlicher Erfahrungsbericht
Diagramme: Fink Audio Consulting
Zu Zeiten der klassischen analogen Übertragungstechnik war’s für die Ohren noch einfach: da gab es im Wesentlichen Frequenzgangabweichungen, Klirrfaktor und Gleichlaufschwankungen. Wenn sich auch nur eine dieser Größen änderte – beispielsweise bei einem Vergleich zweier Komponenten – konnte man das Ergebnis, solange sich die Unterschiede nicht gerade im Promille-Bereich abspielten, zumeist recht deutlich wahrnehmen und – nicht minder wichtig – klar zuordnen. Und wenn sich das im vernünftigen Rahmen abspielte, so konnte man ohne sich zu blamieren oder sich aufs Glatteis zu begeben behaupten: Je weniger von allem, desto besser für den Klang. Dann kam die Digitaltechnik, und mit einem Schlag waren die klangprägenden Kernprobleme der analogen Tonsignalübertragung vom Tisch, sprich: deutlich unter der natürlichen Wahrnehmbarkeitsschwelle. Und zwar so deutlich, dass nicht wenige Fortschrittsgläubige absolut überzeugt waren, dass dies nun unweigerlich das Ende jeglicher Klangdiskussion bedeuten würde. Unzweifelhaft brachte die Digitaltechnik in den klassischen Problembereichen denn auch erhebliche Klangfortschritte, was die audiophile Welt dennoch nicht restlos glücklich machte. Denn stattdessen gab es nun subtile, offenbar digital hervorgerufene Klangausprägungen, die längst nicht mehr so „greifbar“ waren wie diejenigen aus seligen Analogzeiten. Die Auswirkungen solcher Effekte bekam ich zum ersten Mal im Jahre 1987 recht deutlich vor Augen geführt: Während des Studiums lautete eine Hausaufgabe, sogenannte Klangbilder zu erstellen. Das bedeutet, Musikaufnahmen daraufhin zu untersuchen, an welcher Position im virtuellen Raum und in welcher Entfernung sich die verschiedenen Instrumente befinden, oder auch, wie die Hallräume gestaffelt sind und wie sie verlaufen. Von den etwa 25 Titeln, die ich „aufzeichnete“, stammten etwa die Hälfte von Vinylscheiben, abgespielt von einem gar nicht mal sooooo guten Ultra-Low-Mass-Plattenspieler, die anderen hingegen von CDs, für die mein altehrwürdiger Philips CD 160 zuständig war. Beim Auswerten der Klangbilder stellte ich einigermaßen überrascht fest, dass die Klangquellen und Hallräume bei sämtlichen von CD stammenden Titeln ziemlich dicht am vorderen Rand und dazu noch eng aneinanderklebend und recht „flach“ eingezeichnet waren, während sie bei den Vinyl-Titeln um einiges ausgedehnter und auch deutlich weitläufiger und tiefer in den Raum gestaffelt erschienen. Tja – Amplituden-Frequenzgang und Phasengang perfekt, Verzerrungen und Gleichlaufschwankungen quasi nicht mehr vorhanden – und dennoch solche objektiv klar nachvollziehbaren Unterschiede, ohne dass es sich tonal besonders auffällig äußert? Wie kann das gehen? Heute, ein Vierteljahrhundert später, bin ich schon ein wenig schlauer. Denn genau solche Klangphänomene lassen sich hauptsächlich einem ganz konkreten technischen Problembereich zuordnen, den man im Allgemeinen mit dem Begriff „Jitter“, sprich „digitale Taktungenauigkeiten“ umschreibt. Der technische Hintergrund: Zur einwandfreien Funktion einer „digitalen“ SignalÜbertragungsstrecke ist perfektes Timing der übertragenen Bits unabdingbar, ansonsten kommt es zu Störungen im ins Analoge zurückgewandelten Signal, die sich dort auf vielfältigste, mitunter schon fast boshafte Weise bemerkbar machen. Das pünktliche Auswerten der Digitalimpulse nach 0 oder 1 durch sogenannte Schwellwertschalter (Komparatoren) gerät damit zum eigentlichen Knackpunkt: Wenn dies auch nur geringfügig zu früh oder zu spät erfolgt, werden die weiterverarbeiteten Impulse natürlich entsprechend länger oder kürzer als vorher – wenn das „zu früh“ oder „zu spät“ dann auch noch regelmäßig erfolgt, hat sich dem eigentlichen Signal bereits eine zusätzliche Frequenz untergemogelt. Gründe, warum die Komparatoren nicht zum richtigen Zeitpunkt auswerten (können), gibt es viele: Entweder sind die Flanken des auszuwertenden Signals nicht steil genug oder verrundet (Auswertung erfolgt zu spät), über einen längeren Zeitraum ungenügend definiert (Entscheidungsunsicherheit), oder aber das Signal ist von Geister-Impulsen überlagert, beispielsweise durch elektrische Reflexionen auf Leitungen, die als „blinde Passagiere“ die Komparatoren fälschlicherweise ansprechen lassen.
Der resultierende Jitter hängt folglich unmittelbar davon ab, wie sorgfältig die jeweilige Übertragungsstrecke mit den ihr anvertrauten Signalen umgeht. Eine weitreichende Erkenntnis, ist doch damit Jitter im Prinzip nichts anderes als die Verlagerung der ursprünglichen Übertragungsprobleme der Analogtechnik in die digitale Domäne. Denn in Wahrheit sind „echte“ digitale Übertragungsstrecken nur ein Wunschtraum der Entwickler: In der Praxis nämlich werden auch Digitalinformationen nach wie vor auf komplett analoge Weise übertragen – eben nur verschlüsselt. Diesen Umstand hat die frühe Digitaltechnik vor lauter Freude über gradlinige Frequenzgänge und hohe Dynamik jedoch eher unzureichend berücksichtigt. Was denn auch zum noch immer weit verbreiteten Irrglauben führte, sämtlichen Problemstellungen – nicht nur des highfidelen – Lebens per Firmware-Update begegnen zu können. Kein Geringerer als Digital-Guru Ed Meitner war es, der mir das Thema Jitter zum ersten Mal ganz persönlich nahebrachte. Anno 1993 stattete er mir mit seinem iDAT-Wandler in meiner damaligen Wirkungsstätte, der Redaktion Stereoplay, einen Besuch ab. Wir machten damals etliche spannende Hörvergleiche mit den unterschiedlichsten CD-Laufwerken, unter anderem einem tragbaren Sony D-50, mit und ohne Meitners aktiver Jitter- Korrektur. Zweifellos waren die Ergebnisse ziemlich überzeugend, wenn auch für mich einige entscheidende Fragen offen blieben – allen voran, warum die Klangunterschiede der Laufwerke bei aktivierter Jitter-Unterdrückung eher noch deutlicher zutage treten. Das war denn auch der wesentliche Grund dafür, warum ich der ausschließlich Jitter-orientierten Digitalklang-Theorie viele Jahre lang doch eher skeptisch gegenüberstand. Das änderte sich erst, nachdem in den letzten Jahren zunehmend D/A-Wandler mit asynchroner USB-Schnittstelle oder vergleichbaren Jitter-Reduktionsmethoden aufkamen. Besonders haben es mir dabei der Ayre QB-9, der Naim DAC, der Resolution Audio Cantata und auch der hier im Heft getestete AMR DP-777 angetan: Es gibt wohl kaum hörbarere Beweise dafür, wie nachhaltig eine Jitter-optimierte Konstruktion den Klang verbessern kann. Dass da noch so viel Potenzial drin schlummert, hätte ich ehrlich gesagt niemals für möglich gehalten. Die volle mögliche Tragweite der Jitter-Thematik erschloss sich mit allerdings erst vor wenigen Monaten – und das auf ganz andere Weise. Zu den Dingen, die mich fast noch mehr umtreiben als Musikhören, zählt das Musikmachen, genauer gesagt das Schlagzeugspielen. Und dazu gehört auch, regelmäßig bestimmte Schlagfolgen, sogenannte Rudiments, zu üben, möglichst nach Metronom. Um meine Nachbarn musikmäßig nicht noch mehr zu strapazieren, mache ich das auf einem E-Drum-Set per Kopfhörer. Das Metronom in meinem heißgeliebten Roland TD-9 bietet dabei die Möglichkeit, für den Metronomklang aus einer Palette von Sounds zu wählen. Der Abwechslung halber verwendete ich anstelle des normalen Clicks mal die „Cowbell“ und machte damit während des Spielens eine ganz erstaunliche Entdeckung: Sobald ich eine winzige Zeitspanne vor der Glocke spielte, schien sich ihre Tonhöhe nach oben zu verschieben, spielte ich dagegen der Glocke „hinterher“, war das Umgekehrte der Fall. Wenn ich also innerhalb eines bestimmten Zeitfensters um den eigentlichen Beat herum und nicht exakt auf dem Punkt blieb, verschob sich der virtuelle „Pitch“ der Glocke. Na, das ist ja mal ein Ding – offensichtlich hat die zeitliche Abfolge zweier Signale innerhalb gewisser Grenzen sogar einen Einfluss auf ihre Tonhöhe. Und nun stelle man sich das Ganze mal unter dem Aspekt Jitter vor, denn im Prinzip passiert hier in etwa das Gleiche. Und auf einmal bekommt dieses Thema eine völlig neue Dimension.
Mir wurde denn auch schlagartig klar, dass ich bereits vor vielen Jahren mit den unangenehmen Folgen von Jitter konfrontiert wurde, ohne zu wissen, dass es so etwas überhaupt gab. 1990 arbeitete ich als Techniker für ein Unternehmen, dass damit betraut war, mehrere Dutzend lokale Rundfunkstationen einzurichten. Zur Ausstattung der mobilen Redaktionsteams gehörte unter anderem auch ein damals ultramodernes portables DAT-Maschinchen: der Aiwa HD-S1. Auch wenn sich das HiFi-Magazin Audio im Test damals ziemlich euphorisch über ihn äußerte, waren wir offen gestanden nicht so recht glücklich mit dem Teil: Das lag zum einen an der superknappen Akkukapazität, andererseits aber auch an den nicht immer zufriedenstellenden Klangeigenschaften. Tonal gab es eigentlich nichts zu meckern, nur hörten sich die Aufnahmen mitunter irgendwie seltsam diffus an – ganz so, als würde man sich eine Wollmütze über den Kopf ziehen. Bei der messtechnischen Überprüfung fand sich jedoch nichts Auffälliges, was diesen Effekt hätte erklären können. Die Amplitudenfrequenzgänge verliefen sogar ausgesprochen glatt und auch in Sachen Dynamik war alles bestens. Glücklicherweise hatte ich damals am Messplatz stets ein Oszilloskop als Monitor angeschlossen, das in XY-Darstellung die Phasenverhältnisse beider Kanäle darstellte, eine sozusagen aus Analogzeiten übrig gebliebene liebgewordene Gewohnheit, um beispielsweise Tonkopf-Azimutprobleme bei Bandmaschinen aufzudecken. Zu meinem Erstaunen stellte ich fest, dass der Phasenwinkel zwischen linkem und rechtem Kanal bei Frequenzen oberhalb von 15 Kilohertz teilweise mehr als 90 Grad betrug. Weitaus erstaunlicher war allerdings die Tatsache, dass dieser Effekt mal auftauchte und mal nicht – abhängig offenbar davon, in welchem Moment ich den Aufnahmeknopf drückte. Von diesem Zeitpunkt an war für mich die häufig zum Thema Audio- Digitaltechnik geäußerte These „Entweder es funktioniert oder nicht“ hinfällig. Mittlerweile habe ich auch eine ziemlich konkrete Vorstellung von der Ursache: Je nach Startzeitpunkt rastete die taktsynchronisierende Phase-Locked-Loop(PLL)-Schaltung mehr oder weniger korrekt ein – um im zweiten Fall gehörigen Jitter zu produzieren, der sich dann in einem betont diffusen Klangbild niederschlug. Einen ähnlichen Fall – wenn auch mit anderen Auswirkungen – erlebte ich einige Zeit später ebenfalls mit einem DAT-Recorder, dem Technics SV-DA 10. Wegen seiner vielen Qualitäten hatten sich meine Redaktionskollegen von ihm klanglich eher mehr versprochen, obwohl es dafür eigentlich keinen erkennbaren Grund gab. Das hinderte mich jedoch nicht daran, ihn wegen seiner exzellenten Mechanik gern und häufig zu nutzen. Eines Tages bemerkte ich beim Aufnehmen mit eingestecktem Kopfhörer ein leises hochfrequentes Rauschen, begleitet von einem feinen, aber gut hörbaren Sirren. Das stellte sich erstaunlicherweise nur bei Umschalten auf den SPDIF-Eingang ein – und auch dabei nicht immer. Dreimal dürfen Sie raten, was die Ursache hierfür war: Wenn ich beim Umschalten die PLL „auf dem falschen Fuß“ erwischte, rastete sie nicht korrekt ein und produzierte Jitter-bedingte Störtönchen. Interessanterweise war der Technics SV-DA 10 jedoch die DAT-Maschine, die am unempfindlichsten auf Schwankungen des digitalen Eingangssignals synchronisierte. Da das gar nicht mal so selten vorkommt – besonders bei Digitalausgängen von SAT-Receivern – besaßen wir für Testzwecke einen extra dafür präparierten Denon-CD-Player mit Pitch Control und auch in dieser Betriebsweise freigeschaltetem Digitalausgang. Egal, ob der Test-Player auch etliche Prozent schneller oder langsamer lief – der Technics SV-DA 10 blieb immer „dran“, während die Konkurrenten von Sony sofort abschalteten. Die jedoch erhielten dafür fast ausnahmslos die klanglich besseren Bewertungen. Jitter kann also auf unterschiedlichste Weise hörbar in Erscheinung treten – das Spektrum reicht dabei von Störtönchen im Signal bis hin zu diffusen Klangbildern. Selbst Einflüsse auf die virtuelle Tonhöhe scheinen nicht ausgeschlossen. Weil sich die Auswirkungen nicht immer auf dieselbe Weise zeigen, liegt die Vermutung nahe, dass es unterschiedliche Arten von Jitter gibt. Zudem sieht es ganz so aus, als habe der „Fangbereich“ von PLL-Schaltungen einen nicht unerheblichen Einfluss auf ihr Jitter-Verhalten. In beiden Fällen ist das zu bestätigen. Und genau um solche harten Technikfakten zum Thema Jitter geht es dann im zweiten Teil.
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