DSD vs PCM: Was ist DSD und muss mein Streamer das können?
Bild: MarantzWenn du dich schon einmal mit Highres-Audio oder den Datenblättern deiner HiFi-Elektronik gelesen hat, bist du wahrscheinlich schon über sie gestolpert: die Abkürzungen DSD und PCM. Dahinter verbergen sich digitale Audioformate. In den technischen Spezifikationen deines HiFi-Equipments geben sie Aufschluss darüber, welche Auflösungen sie maximal unterstützen. Aber was versteckt sich genau hinter den Abkürzungen? Und worin unterscheiden sich DSD und PCM?
Standard seit den 80er-Jahren: PCM und die CD
Im Grunde handelt es sich sowohl bei PCM als auch DSD um Verfahren, um Musik zu digitalisieren und zu speichern. PCM ist dabei gängiger – und älter. Es wurde Anfang der 80er-Jahre mit der Compact Disc zum weltweiten Standard. Verwendung fand die PulsCode-Modulation aber schon einige Jahre zuvor, etwa in Aufnahmestudios, wo man Ende der 70er begann, digital zu mastern. Daher rührt auch die eigenwillig „krumme“ Abtastrate der CD. Denn als Master-Aufzeichnungsgeräte dienten damals Videorecorder, denen man die Musikdaten als vermeintliches Videosignal unterjubelte. Man brauchte dafür einerseits eine Sample-Rate, die hoch genug war, um den gesamten Hörbereich abzudecken. Nach dem berühmten Theorem von Nyquist und Shannon muss diese Abtastfrequenz doppelt so hoch wie die höchsten zu übertragenden Töne sein. Da das menschliche Gehör im Idealfall bis 20.000 Hertz reicht, peilte man also mindestens 40.000 Samples in der Sekunde an.
Aber es musste noch eine andere Bedingung erfüllt werden. Damit die Videorecorder den Datenstrom ohne große Modifikationen verarbeiten konnten, musste die Abtastrate ein gerades Vielfaches der Zeilenfrequenz sein. Die berühmten 44.100 Hertz wurden zum CD-Standard, weil sie als gemeinsames Vielfaches aus den beiden damaligen Videostandards PAL und NTSC hervorgehen. So konnte man die PCM-Adapter, wie sie zum Beispiel Sony baute, mit Recordern aus allen Teilen der Welt verwenden. Und ohne die hätte man die ersten CDs nicht produzieren können.
Hohe Sample-Raten, immer mehr Bits – und dann plötzlich nur noch eines?
Der CD-Standard, festgeschrieben in der Normensammlung Red Book, sieht also 44.100 Samples pro Sekunde und Stereokanal vor. Jedes Sample enthält einen zu diesem Sekundenbruchteil gemessenen Amplitudenwert. Um diesen Wert binär darzustellen, stehen 16 Bits zur Verfügung, also 65.536 ( = 216 ) Lautstärkestufen. Anfangs hatten die Chiphersteller bereits damit Probleme: 16-Bits-Widerstandsleitern, die man zur D/A-Wandlung brauchte, waren kaum mit der benötigten Genauigkeit herstellbar. Weshalb ganz frühe Player und CDs sogar nur 14 der verfügbaren 16 Bits tatsächlich nutzten. Aber nun galoppierte der Fortschritt los: Bald waren „echte“ 16 Bits eine Selbstverständlichkeit. Dann begannen die Player, die Daten intern auf 18, 20, 24 Bit hochzurechnen – und zugleich die Abtastrate zu verfeinern, auf das Doppelte, Vier- oder Achtfache der nativen 44.1kHz.
Die Anforderungen an die DAC-Chips stiegen exponentiell: von 65.536 Abstufungen bei 16 Bit auf 17 Millionen bei 24 Bit. Mit linearen Widerstandsnetzwerken (alias R-2R, weil sich der Widerstandswert mit jedem Bit verdoppelt) ließ sich das kaum noch darstellen. Philips löste das Problem mit einem neuen Wandlertyp, der intern mit einem Vorläufer von DSD arbeitete: Statt bis zu 24 unterschiedliche Stromtöpfe zum jeweils gewünschten Sample-Wert zusammenzukippen, werkelte er mit einem einzigen, winzigen Elektronen-Löffelchen, das er zum Ausgleich unglaublich schnell benutzen musste. Mit Abtastraten im Megahertz-Bereich. Der Vorteil: Der genaue Widerstandswert, dem dieses eine Bit-Löffelchen entspricht, ist nun unkritisch. Es wird ja nur mit sich selbst kombiniert. Die vorgelagerte Umformung von PCM-Multibit-Wörtern in einen Ein-Bit-Stream dagegen ist Mathematik. Die ist in diesem Fall zwar abgehoben, aber stets exakt.
Vom Bitstream-DAC zur Super Audio CD und DSD
In CD-Playern waren die Bitstream-DACs (und zahllose Varianten dieses Prinzips) auf PCM-Kost angewiesen. Etwas anderes war auf der CD ja nicht drauf. Ende der 90er Jahre jedoch wollten die CD-Pioniere Sony und Philips die Erfolgsgeschichte ihrer Compact Disc wiederholen – mit der Super Audio CD. Diese Edelscheiben verwenden kein PCM, sondern speichern die Musik direkt als Einbit-Datenstrom: DSD bedeutet Direct Stream Digital, und dieser Stream strömt schnell, mit 2,8 bis 5,6 Millionen Bits pro Sekunde. Dafür ist die D/A-Wandlung nun extrem einfach. Im Grunde würde ein Kondensator ausreichen, um die heranrasenden Bit-Tröpfchen wieder zu gemächlichen Analogwellen aufzustauen. Einfach, direkt und geradlinig: So hören Audiophile gern. Zumal das DSD-Format der SACD deutlich höhere Auflösung verspricht – vergleichbar mit Hochbit-PCM à la 96/24 oder 192/24.
Anders als die DVD-Audio, die zeitgleich startete und auf hochauflösendem PCM basierte, machte die SACD mit DSD alles neu und anders. Das brachte – und bringt – Vor- und Nachteile. Klanglich hatte SACD viele Fans. Die Fertigung der Discs war aber teuer, die Player ebenso, vor allem in den ersten Jahren. Heute sind nur noch wenige hochwertige SACD-Laufwerke zu bekommen. Auch in der heutigen Streamingwelt bleibt DSD ein Exot. Denn einerseits lassen sich SACDs nur sehr schwer rippen. Es geht, erfordert aber viel Knowhow und spezielle Hardware. Andererseits funktioniert Streaming mit DSD erst seit einigen Jahren einigermaßen problemlos. Denn Player, Bearbeitungs- und Serversoftware mussten erst lernen, mit diesem Format umzugehen.
DSD heute
Zum Glück hat die Musikindustrie die ursprünglich eiserne Bindung von DSD an den physischen, verschlüsselten Tonträger aufgegeben. Du kannst heute also auf ganz legalem Weg DSD-Files kaufen und auf deinem privaten Server sammeln. Aber selbst gewöhnliche PCM-Alben, etwa von gerippten CDs oder Streamingdiensten, profitieren auf manchen Playern von dem Bitstream-Format. Etwa auf größeren Marantz-Modellen, die über reine DSD-Wandler verfügen und alle anderen Formate in einem leistungsfähigen Signalprozessor „live“ in DSD konvertieren. Fans schätzen daran den besonders weichen, organischen Sound, der in ihren Ohren dem analogen Original näher zu kommen scheint. Das soll sogar mit originärem PCM-Material funktionieren. Wobei echte DSD-Aufnahmen natürlich die Königsklasse bleiben.
Der letzte Punkt birgt zugleich ein Problem: DSD ist notorisch schwer zu bearbeiten. Eine Pegelabsenkung geht in DSD gerade noch. Aber tiefere Eingriffe, etwa Equalizing und Mischen, funktionieren nur analog oder auf der PCM-Ebene. Sobald du also mit Bassmanagement oder Raumanpassung hörst, ist der ganz reine DSD-Weg keiner mehr für dich. Das gilt auch für die Produktionsseite: SACDs oder DSD-Files entstehen nur ganz selten ohne PCM-Umwege. Das ist nicht schlimm, weil da mit riesigen Auflösungsreserven gearbeitet wird. Und weil – siehe Marantz – ein guter Teil des DSD-Zaubers offenbar im letzten, eigentlichen Wandlungsschritt zutage tritt.
Andererseits: Ob DSD nun besser als Highres-PCM ist, ist auch unter Experten umstritten. Hörenswerte Musik, die wirklich nur als DSD erhältlich ist, kannst du zudem mit der Lupe suchen: Es gibt so gut wie keine. Insofern ist es wenig überraschend, dass selbst Highresaudio.de, einer der größten audiophilen Streaming- und Downloadanbieter, nur sehr geringe Nachfrage nach DSD verzeichnet. Aus dem Nischen-Tonträger ist also ein Nischen-Streamingformat geworden.
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