Die Debatte über analoges vs. digitales Audio ist sehr polarisierend. Ich habe festgestellt, dass die meisten Menschen die eine oder andere Seite verteidigen und wenig Raum für Nuancen lassen. Die Wahrheit ist, dass sowohl analoges als auch digitales Audio Nachteile und Vorteile haben. Ich hoffe, eine unvoreingenommene Erklärung der Unterschiede in diesem Beitrag anbieten zu können.

Der Unterschied zwischen analogem und digitalem Audio liegt in der Art und Weise, wie Audioinformationen gespeichert werden. Schallwellen sind eine Reihe von Schwingungen durch ein Medium. Die analoge Audioaufzeichnungstechnologie speichert diese Informationen, indem sie eine Reihe magnetischer Ladungen entlang einer Magnetbandspule erzeugt. Die digitale Audiotechnologie speichert Audioinformationen als eine Reihe numerischer Werte auf einer Festplatte.

In diesem Beitrag erfahren Sie die Vor- und Nachteile der einzelnen Aufnahmemethoden sowie den Unterschied zwischen analogen und digitalen Audiotechnologien für Live-Sound-Anwendungen.

Der Unterschied zwischen analogem und digitalem Audio liegt in der Art und Weise, wie Audioinformationen gespeichert werden. Die analoge Audioaufzeichnungstechnologie speichert diese Informationen, indem sie eine Reihe magnetischer Ladungen entlang einer Magnetbandspule erzeugt. Die digitale Audiotechnologie speichert Audioinformationen als eine Reihe numerischer Werte auf einer Festplatte.

Die Informationen in diesem Beitrag wurden geschrieben, um so einfach wie möglich zu verstehen. Einige Konzepte in diesem Artikel sind sinnvoller, wenn Sie ein grundlegendes Verständnis der Funktionsweise von Sound haben. Wenn Sie einen der folgenden Abschnitte verwirrend finden, können Sie gerne auf diesen Beitrag verweisen, den ich über Audio Basics geschrieben habe.

Bevor ich anfange, die Unterschiede zwischen digitalen und analogen Audiosystemen zu diskutieren, denke ich, dass es wichtig ist zu erwähnen, dass alle digitalen Audiosysteme eine analoge Audiotechnologie enthalten. Mikrofone sind analoge Audiogeräte, die akustische Energie in ein analoges elektrisches Signal umwandeln. Vorverstärker, Endstufen und Lautsprecher sind ebenfalls analoge Geräte. Das Hauptaugenmerk dieses Abschnitts wird darauf liegen, die wichtigsten Unterschiede in der analogen und digitalen Aufnahmetechnologie hervorzuheben.

Analoges Audio

Band

Magnetband ist die beste analoge Audiomethode für Aufnahme und Wiedergabe. Bandmaschinen arbeiten nach folgendem Prinzip: Wenn ein elektrischer Strom durch einen Draht gesendet wird, bildet sich ein Magnetfeld um den Draht und umgekehrt. Um Audio aufzunehmen, sendet eine Bandmaschine elektrische Audiosignale durch einen gewickelten Draht, der einen Magneten umgibt, der in unmittelbarer Nähe des Magnetbandes gehalten wird. Diese Drahtspule, die den Magneten umgibt, wird als Plattenkopf bezeichnet. Während das Band das Magnetfeld durchläuft, das vom Aufzeichnungskopf erzeugt wird, werden die Partikel entlang des Bandes magnetisch aufgeladen. Das Muster der magnetischen Ladungen entlang des Bandes ähnelt dem Audiosignal, das durch die Drahtspule gesendet wird. Die Amplitude des Audiosignals korreliert mit der Größe der auf dem Band erzeugten magnetischen Ladungen.

Um das Audio wiederzugeben, wird der Vorgang umgekehrt. Das magnetisierte Band erzeugt einen elektrischen Strom am Abspielkopf, der an einen Verstärker angeschlossen wird, der über Lautsprecher abgespielt werden kann.

Es gibt verschiedene Arten von Band und Bandmaschinen, die die Qualität des aufgenommenen Audios beeinflussen. Die beiden Hauptvariablen sind Bandgeschwindigkeit und Bandbreite.

Bandgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit, mit der das Band den Plattenkopf passiert, beeinflusst die Qualität der Aufnahme. Eine schnellere Bandgeschwindigkeit erzeugt eine Aufnahme mit größerem Frequenzgang, weniger Zischen und kürzeren Aussetzern. Die Geschwindigkeit der Bandmaschine wird in Zoll pro Sekunde (ips) gemessen. Gängige Bandmaschinengeschwindigkeiten sind 7-½ ips, 15 ips und 30 ips. Der Standard für professionelle Aufnahmen beträgt 15 ips.

Bandbreite

Die Breite des Bandes beeinflusst auch die Qualität der Aufnahme. Breiteres Band ermöglicht eine qualitativ hochwertigere Aufnahme. Die Bandbreite kann jedoch verwendet werden, um mehr Spuren aufzunehmen, anstatt die Audioqualität einer einzelnen Spur zu verbessern. Dadurch können mehrere Quellen unabhängig voneinander aufgenommen und wiedergegeben werden.

Vinyl

Schallplatten sind das Standardmedium für analoge Audioaufnahmen. Sie sind einfacher zu warten, zu lagern und zu verteilen. Im Vergleich zu Band sind Schallplatten weniger anfällig für die Elemente. Während Bänder durch magnetische Belichtung zerstört werden können, sind Schallplatten immun gegen Magnetfelder, da sie ein anderes Mittel zur Audiospeicherung verwenden. Anstelle magnetischer Ladung speichern die strukturierten Rillen auf der Oberfläche von Schallplatten die Audioinformationen.

Wenn sich eine Schallplatte mit einer bestimmten Geschwindigkeit dreht, bewegt sich ein Stift durch die Rillen auf ihrer Oberfläche. Wenn sich der Stift mit den Rillen hin und her bewegt, erzeugt er einen elektrischen Strom in einem Draht, der mit einem Verstärker verbunden ist, der über Lautsprecher abgespielt werden kann. Die Amplitude des Audiosignals korreliert mit der Intensität der Bewegung des Stifts.

Sie können eine Animation sehen, wie eine Schallplatte von Animagraffs funktioniert. Animagraffs ist eine Website, die erstaunliche Animationen verschiedener Technologien erstellt.

Schallplatten werden in der modernen Welt nur für die Wiedergabe verwendet. Analoge Aufnahmen werden mit Magnetband gemacht. Die Bänder werden verwendet, um Abgüsse zum Pressen der Informationen auf Vinyl-Discs zu erstellen.

Digitales Audio

PCM (Pulse Code Modulation)

PCM oder Pulse Code Modulation ist die Standardmethode zum Codieren von Audiosignalen in binäre Informationen. Bei der analogen Audioaufnahme wird ein Modell der Schallwellen mit magnetischer Ladung erzeugt. PCM erstellt jedoch ein Modell der Schallwellen, indem eine Folge von numerischen Werten gespeichert wird, die die Amplitude an verschiedenen Punkten entlang einer Welle darstellen.

Diese Werte werden durch Gruppen von binären Bits dargestellt, die als Samples bezeichnet werden. Jede Probe repräsentiert einen numerischen Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs möglicher Werte. Dieser Vorgang wird als Quantisierung bezeichnet und von einem Analog-Digital-Wandler (A-D-Wandler) ausgeführt.

Während der Wiedergabe einer digitalen Aufnahme werden die Samples wieder in elektrische Signale umgewandelt und an Lautsprecher gesendet. Dieser Vorgang wird von einem Digital-Analog-Wandler (D-A-Wandler oder DAC) durchgeführt.

Hier ist eine vereinfachte Darstellung, wie Audiowellen mit digitalen Samples gespeichert werden:

Bittiefe

Jedes Sample repräsentiert einen Wert innerhalb eines Bereichs möglicher Werte. Der Bereich der möglichen Werte wird durch die Bittiefe bestimmt. Bittiefe ist der Begriff, der beschreibt, wie viele Bits in jedem Sample enthalten sind.

Jedes Bit kann zwei mögliche Werte darstellen. Abtastwerte, die mehr Bits verwenden, können einen größeren Wertebereich darstellen und daher genauere Informationen über die Amplitude einer Schallwelle speichern. Jedes Mal, wenn ein Bit hinzugefügt wird, verdoppelt sich die Anzahl der möglichen Werte. Während ein Bit zwei Werte darstellen kann, können zwei Bits vier Werte darstellen, drei Bits können acht Werte darstellen und so weiter.

Bit Depth	Possible Values
1-bit	2
2-bit	4
4-bit	16
8-bit	256
16-bit (CD Standard)	65,536
24-bit (Professional Standard)	16,777,216

Die Standardbittiefe für CDs ist 16 Bit, was 64.536 mögliche Amplitudenwerte ermöglicht. Der professionelle Standard ist eine Bittiefe von 24 Bit, die 16.777.216 mögliche Amplitudenwerte ermöglicht! Die meisten Studios nehmen und mischen jedoch mit 32-Bit-Gleitkommawerten, was in einem anderen Beitrag besprochen wird.

Abtastrate

Die Abtastrate bestimmt, wie viele Abtastungen einer Schallwelle pro Sekunde genommen werden. Die Abtastrate wird in Hertz (Hz) gemessen. Durch die Aufnahme mit einer höheren Abtastrate können höhere Frequenzen aufgezeichnet werden.

Das Nyquist-Theorem besagt, dass digitale Abtastung Frequenzen, die kleiner als die Hälfte der Abtastrate sind, nur getreu darstellen kann. Dies bedeutet, dass Sie, wenn Sie 20 kHz, die höchste für den Menschen hörbare Frequenz, erfassen möchten, eine Abtastrate von mehr als 40 kHz verwenden müssen.

Aus diesem Grund ist 44,1 kHz die Standard-Abtastrate für CDs. Professionelles Audio für Video verwendet einen Standard von 48 kHz. Viele Aufnahmen übertreffen diese Standards mit Abtastraten von 96 kHz und darüber hinaus erheblich!

Während der Vorteil höherer Abtastraten oft als Erweiterung des aufgezeichneten Frequenzbereichs verstanden wird, ist dies nicht der Hauptvorteil. Ich werde in diesem Beitrag nicht zu tief darauf eingehen, aber es hat mehr mit der Art des Anti-Aliasing-Filters zu tun, mit dem höhere Frequenzen mit weniger Artefakten herausgefiltert werden können. Die resultierende Bandbreite einer 44,1 kHz-Aufnahme und einer 96 kHz-Aufnahme ist am Ende praktisch gleich.

Komprimierungsformate für digitale Audiodaten

Die von Aufnahmestudios produzierten Audiodateien sind aufgrund der Menge an Informationen, die sie enthalten, sehr groß. Wenn ein 3-minütiger Song mit einer Bittiefe von 24 Bit und einer Abtastrate von 96 kHz aufgenommen wird, beträgt die Dateigröße ungefähr 52 MB. Diese Datei ist zu groß für Consumer-Anwendungen wie Streaming. Aus diesem Grund werden Datenkomprimierungsformate verwendet. Datenkomprimierung ist eine Methode zur Verringerung der Größe einer Datei. Es gibt zwei Hauptkategorien von Datenkomprimierungsformaten, verlustbehaftet und verlustfrei.

Verlustbehaftete Datenkomprimierungsformate (MP3 & Streaming)

Wenn beim Komprimieren von Daten Informationen verloren gehen, ist das verwendete Komprimierungsformat verlustbehaftet. Leider sind die am häufigsten verwendeten Datenkomprimierungsformate in Consumer-Audio verlustbehaftet. Dies bedeutet, dass, obwohl spezielle Algorithmen verwendet werden, um negative Auswirkungen zu reduzieren, Daten während des Komprimierungsprozesses der Datei verloren gehen. Sobald Daten verloren gehen, können sie niemals wiederhergestellt werden.

Die gängigsten verlustbehafteten Audiodaten-Komprimierungsformate sind MP3, AAC und Ogg Vorbis. Diese Formate werden zum Speichern vieler Dateien mit begrenztem Festplattenspeicher oder zum Streamen von Inhalten über Internetverbindungen mit begrenzter Bandbreite verwendet. Die proprietären Algorithmen hinter diesen Formaten zielen darauf ab, Inhalte basierend auf Modellen der menschlichen Wahrnehmung von Klang zu priorisieren und die Inhalte mit niedriger Priorität zu zerstören.

Verlustfreie Datenkomprimierungsformate (FLAC & AIFF)

Wenn beim Komprimieren von Daten keine Informationen verloren gehen, ist das verwendete Komprimierungsformat verlustfrei. Einige Streaming-Dienste wie Tidal verwenden verlustfreie Komprimierung. Mit diesen Formaten können Informationen in eine kleinere Datei codiert und später decodiert werden, wodurch letztendlich die ursprünglichen PCM-Informationen als WAV-Datei wiederhergestellt werden. Obwohl diese Formate im Vergleich zu unkomprimierten Dateien etwas Platz sparen, sind sie bei weitem nicht so effizient wie verlustbehaftete Formate.

Hauptunterschiede zwischen analogem und digitalem Audio: Aufnahme und Wiedergabe

Wie Sie sehen können, haben analoge und digitale Audioaufnahmetechnologien ein gemeinsames Ziel – ein Modell akustischer Wellenformen zu erstellen, das so genau wie möglich wiedergegeben werden kann. Jede Technologie erreicht dieses Ziel recht gut. Die mit einer Methode erzielte Audioqualität ist nicht unbedingt besser als die andere, sondern nur anders. Die einzigartigen Eigenschaften jeder Methode werden in diesem Abschnitt untersucht.

Frequenzbereich (Bandbreite)

Wie oben erwähnt, ist der Frequenzbereich eines digitalen Signals auf Frequenzen unterhalb der Nyquist-Frequenz begrenzt. Theoretisch sind die oberen Grenzen analoger Aufzeichnungsmedien viel größer als der menschliche Hörbereich.

Dieser Unterschied ist nicht so signifikant, wie Sie vielleicht denken. Zunächst einmal kann jeder Vorteil einer erweiterten Bandbreite über eine digitale Aufzeichnung bei 44 hinausgehen.1 kHz Abtastrate würde den Bereich der menschlichen Wahrnehmung sprengen – ganz zu schweigen von den erweiterten Frequenzbereichen, die durch höhere Abtastraten ermöglicht werden.

Zweitens die meisten Audiogeräte (Mikrofone, Lautsprecher usw.) hat eingebaute Bandbegrenzungsfilter. Dies sind effektiv Tiefpassfilter, die die Erfassung oder Wiedergabe von Frequenzen außerhalb des menschlichen Hörbereichs verhindern. Somit gibt es einen technischen Unterschied im Frequenzbereich zwischen analogem und digitalem Audio, aber keinen praktischen Unterschied.Tatsächlich ist der Hauptvorteil höherer Abtastraten bei digitalem Audio nicht ein größerer Frequenzbereich für den Hörer, sondern die Möglichkeit, verschiedene Anti-Aliasing-Filter zu verwenden. Dadurch wird der Frequenzbereich nicht effektiv erweitert, sondern die durch das Sampling verursachten Artefakte reduziert. Ich werde in einem späteren Beitrag tiefer auf dieses Konzept eingehen.

Grundrauschen

Der Hauptnachteil der analogen Audioaufnahmetechnologie besteht darin, dass sie im Vergleich zur Digitaltechnologie ein deutlich höheres Grundrauschen aufweist.

Selbst das hochwertigste analoge Band enthält magnetisches Rauschen. Dies ist die Ursache für Zischen in analogen Aufnahmen. Das theoretische Grundrauschen einer 24-Bit-Digitalaufnahme beträgt – 144 dB – praktisch unendlich.

Denken Sie daran, dass das Grundrauschen eines Systems nur so niedrig ist wie das kombinierte Grundrauschen aller seiner Komponenten. Dies bedeutet, dass selbst digitale Systeme verrauscht sind, wenn die Signalkette verrauschte elektronische Elemente enthält.

Verwundbarkeit & Langlebigkeit

Analoge Medien wie Band und Vinyl enthalten nicht nur inhärentes Rauschen, sondern sind auch extrem anfällig für eine Verschlechterung im Laufe der Zeit. Digitale Medien wie Festplatten und CDs sind weitaus widerstandsfähiger.

Alle physischen Medien, sowohl analoge als auch digitale, verschlechtern sich im Laufe der Zeit. Das erste Mal, wenn eine Aufnahme wiedergegeben wird, ist das Beste, was die Aufnahme jemals klingen wird. Hören Sie sich alte Schallplatten an, und das wird offensichtlich.

Analoges Band muss unter ganz bestimmten Bedingungen aufbewahrt werden, um Qualitätsverluste im Laufe der Zeit zu vermeiden. Schallplatten werden jedes Mal beschädigt, wenn sie abgespielt werden. Digitale Medien können ebenfalls beschädigt werden, aber die Verschlechterung ist viel einfacher zu verhindern.Eine digitale Aufnahme ist eine Reihe von Zahlen, die unendlich oft mit perfekter Präzision reproduziert werden können, während jede Wiedergabe von analogem Audio zum Gesamtrauschen der Aufnahme beiträgt. Wenn Sie beispielsweise eine Bandaufnahme auf eine andere Bandrolle übertragen, haben Sie das Rauschen von der ersten auf die zweite Rolle aufgezeichnet.

Portabilität und Reproduzierbarkeit

Schließlich sind digitale Audiomedien drastisch portabler und reproduzierbarer als analoge Medien. Festplatten und Flash-Speicher sind nicht nur viel kleiner und leichter als Band- und Schallplattenrollen, sondern die darauf gespeicherten digitalen Informationen können über das Internet in Sekundenschnelle über den Planeten gesendet werden. Die Reproduktion digitaler Informationen ist im Vergleich zur Reproduktion analoger Medien praktisch kostenlos.

In diesem Abschnitt werde ich anstelle von Aufnahmesystemen die Unterschiede zwischen analogen und digitalen Audioverstärkungs- und -verteilungssystemen hervorheben. Dies sind die Systeme, die in Beschallungs- und Live-Konzertanwendungen verwendet werden.

Analoges Audio

Analoge Audiosysteme zur Beschallung und Verteilung benötigen keine Aufnahmetechnik.

Ein akustisches Signal wird mit einem Mikrofon in Strom umgewandelt. Das elektrische Audiosignal wird an einen Mikrofonvorverstärker, dann an analoge Audioeffekte und Mischer und schließlich an einen Verstärker gesendet. Das verstärkte Audiosignal wird von einem Lautsprecher wieder in akustische Energie umgewandelt.

Vom Anfang bis zum Ende einer analogen Signalkette liegt das Audiosignal entweder in Form von akustischer oder elektrischer Energie vor. Es besteht keine Notwendigkeit, das Signal zu speichern. Alles geschieht in Echtzeit mit der Geschwindigkeit der Elektrizität in einem Draht: etwa 75% der Lichtgeschwindigkeit.

Digitales Audio

Digitale Audiosysteme zur Beschallung und Verteilung erfordern Aufnahmetechnik.

Das elektrische Audiosignal wird in PCM (Pulse Code Modulation) umgewandelt oder quantisiert. Jedes Mal, wenn ein Signal von analog zu digital oder digital zu analog konvertiert wird, tritt diese Quantisierung auf. Das bedeutet, dass jedes Signal, das über analoge Kabel zu und von einem digitalen Effekt gesendet wird, im Gerät in PCM umgewandelt, verarbeitet und dann wieder in elektrische Energie umgewandelt wird. Alle digitalen Audioprozessoren, Mixer und Verstärker erstellen kurze Aufnahmen, um Audiosignale zu verarbeiten.

Hauptunterschiede zwischen analogem und digitalem Audio: Verstärkung und Verteilung

Latenz

Obwohl die Geschwindigkeit, mit der diese digitalen Quantisierungen verarbeitet werden, extrem schnell ist, sind sie immer noch viel langsamer als Elektrizität, die sich durch einen Draht bewegt. Diese Eigenschaft digitaler Audiosysteme wirkt sich negativ auf die Latenz des Signals aus. Latenz ist die Verzögerung eines Signals, die durch Verarbeitung verursacht wird.

Alle digitalen Audiosysteme erhöhen die Latenz der Signalkette. Die Auswirkungen der Latenz wurden jedoch drastisch reduziert, da sich die Technologie weiter verbessert. Einer der Hauptnachteile beim Hinzufügen von Latenz zu einem System ist das Risiko destruktiver Phaseninterferenzen. Wenn ein Signal zwei Pfade nimmt, von denen jeder dem Signal eine andere Latenz hinzufügt, sind die Signale phasenverschoben und können Kammfilterung oder Echo verursachen. Latenz kann auch für Musiker und andere Talente zu einem unnatürlichen Monitoring-Erlebnis führen. Wenn ein Signal verzögert wird, kann die Person, die ein Instrument spricht oder spielt, verwirrt sein, da sie sich selbst in Kopfhörern überwacht. Aus diesem Grund ist es normalerweise am besten, direkt über eine analoge Signalkette zu überwachen, wenn das digitale System einem Signal zu viel Latenz hinzufügt.

Portabilität

Der Hauptnachteil analoger Systeme ist ihr Gewicht und ihre Größe. Moderne digitale Audiomischer enthalten Equalizer, Kompressoren, Gates und andere Effekte für jeden Kanal. Analoge Systeme mit den gleichen Verarbeitungsfähigkeiten würden mehrere Racks und tausende Pfund Ausrüstung erfordern.

Es ist viel einfacher, digitale Effekte im laufenden Betrieb in einer digitalen Konsole zu konfigurieren, ohne dass analoge Kabel zum Patchen hinzugefügt werden müssen. Wenn ein Mixingenieur mitten in der Show einen anderen Effekt ausprobieren möchte, muss er einfach ein paar Tasten mit einem digitalen System drücken. Diese Änderung erfordert möglicherweise das erneute Patchen eines analogen Systems.

Während analoge Geräte die schweren elektrischen Komponenten enthalten, aus denen Equalizer, Kompressoren und Halleffekte bestehen, bieten digitale Signalverarbeitungschips ähnliche Werkzeuge zu einem Bruchteil des Platzes und Gewichts.

Grundrauschen

Wenn Sie immer mehr analoge Effekte verketten, summiert sich das elektronische Rauschen jedes Geräts. Die Verwendung von mehr digitalen Effekten fügt dem Signal kein Rauschen hinzu, da das Signal den digitalen Signalprozessor niemals verlässt. Es ist nur das Eigenrauschen eines einzelnen Geräts vorhanden und nicht das Eigenrauschen vieler Geräte.

Die Debatte geht weiter

Die Wahrheit ist, dass sowohl analoge als auch digitale Audiosysteme in der modernen Welt einen Wert haben. Die Debatte darüber, was besser und was schlechter ist, wird niemals enden, weil es keine klare Antwort gibt.

Es gibt eine Million Anwendungen für Audiotechnologie, und jede erfordert eine einzigartige Ausrüstung. Als Tontechniker, Musiker oder Zuhörer müssen wir uns für eine Reihe von Audiogeräten entscheiden, die den Bedürfnissen der jeweiligen Situation gerecht werden.