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Version 8.6. |
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| Entstehung der Technologie | |
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Wie jedem digitalen System unserer Zeit, ebnete auch dem digitalen Audio das analoge Audio den Weg: | |
| Die Griechen | |
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Es waren wieder einmal die Griechen, die schon 1500 v. Chr. einen Weg gefunden hatten immer die selben Klänge aus einer Harfensaite zu zaubern. Das hatte natürlich rein spirituellen Zweck und wurde deshalb in eine Statue des Memnon in Theben eingebaut. | |
| Mechanische Klänge | |
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Im Mittelalter erzeugte man Klänge die man beliebig oft wiederholen kann, und nichts anderes sind unsere modernen Aufnahmen, mit Hilfe von Zylindern, die mit kleinen Stiften bestückt waren, die wiederum die Melodie erzeugten indem sie Glöckchen oder Metallstreifen zum läuten bzw. schwingen brachten. Tongeräte dieser Art sind aus dem Jahre 1502 erhalten. Das Europa der Renaissance war fasziniert von den sogenannten Automaten, welches für die Zeit stilgerecht schön geschmückte und verziertet Möbelstücke waren, die nicht anders als ihre Vorgänger aus dem Mittelalter mechanisch funktionierten. Dabei war das System natürlich ausgereifter und verfeinert worden. Es wurden durch eine Uhrwerk nicht nur eine Melodie erzeugt, sondern auch Figuren zur selbigen im Rhythmus bewegt. Nun war es Zeit etwas leicht auswechselbares zu erfinden, so das ein und der selbe Automaten auch verschiedenen Melodien spielen konnte. Plastik so wie wir es heute fast überall verwenden gab es noch nicht und so musste Holz für die ersten „Lochkarten“ herhalten, die übrigens vom französischen Seide Hersteller Joseph Marie Jacquard erfunden wurde, der mit Musik nichts am Hut hatte. Er schuf sich mit seiner Erfindung nur Probleme, weil er eigentlich einen automatisierten Webstuhl erfunden hatte, was den Angestellten weniger gefiel. Seine Erfindung wurde verbrannt, aber Napoleon erkannte später die Wichtigkeit der Erfindung und rettet sie. Der Einfluss dieser „Lochkarten“ ist nicht zu übersehen. Sie halfen nicht nur der Entwicklung von selbst musizierenden Instrumenten wie Orgeln oder Pianos aus dem 19 Jh., sondern waren am Ende auch maßgeblich an der Entwicklung unserer heutigen Computer beteiligt (Lochkarten – Speicher). | |
| Der PC | |
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· Erste Klänge des PC kamen aus dem (vielgehaßten) sogenannten PC-Piepser ·
älteste und einfachste Art der Klangausgabe ·
nur Tonhöhe und -länge veränderbar ·
Die Tonausgabe wurde ab 1981 bei den IBM PCs durch
einen kleinen, fest in das Computergehäuse eingebauten Lautsprecher
realisiert, der Töne in einem sehr begrenzten Frequenzbereich
wiedergeben konnte. Diesen Lautsprecher findet man auch heute noch in
den meisten PCs. Die Audiofähigkeiten der ersten IBM-PCs waren zudem
auf die Ausgabe beschränkt, es war keine Möglichkeit vorhanden,
analoge Klänge zu digitalisieren und weiterzuverarbeiten. Die Computer
der Firma Apple (Apple II) hatten ähnliche Eigenschaften, mit dem
Unterschied, daß es für den Apple II sehr früh (1978) eine
Zusatzkarte gab, die Töne produzieren und über ein Mikrophon
aufnehmen konnte, was allerdings nur in Verbindung mit dem Modem möglich
war und somit nicht unmittelbar als digitales Audio bezeichnet werden
kann. ·
Zu Beginn der Achzigerjahre erschienen Konsolen, die
an Fernsehgeräte angeschlossen werden konnten und die eine eingebaute
Tastatur hatten. An Software waren Spiele erhältlich, die in einem
festen Speicher auf einer Platine gespeichert waren. Hersteller waren
etwa Philips oder Sega, Nintendo sowie Atari. Letzere hatten sich
allerdings primär auf die Herstellung von Automaten in Spielhallen
spezialisiert. Die Audioeigenschaften dieser Geräte waren bereits um
einiges ausgereifter als bei den PCs, hier übernahmen spezielle ICs
die Tonausgabe, wodurch auch eine mehrstimmige Wiedergabe von Signalen
möglich war. So hatte zum Beispiel das Sega Master System 3 Soundgeneratoren ·
1982 wurde von Commodore ein Computer präsentiert,
der zur damaligen Zeit in puncto Musiksynthese neue Maßstäbe setzte.
Dieses Gerät war der C64, mit dem 6581 Sound Interface Device (SID). Nach
einigen Neuauflagen des 64ers, die im Wesentlichen auf leichten
Modifizierungen der Hardware beruhten, jedoch keine Erweiterungen der
Funktionalität mit sich brachten, kam im Jahr 1986 ein weiterer
Homecomputer der Firma Commodore auf den Markt, der die Bezeichnung
Amiga 500 trug und die Fortsetzung des Erfolges des C64 sein sollte.
Dessen Soundchip hatte vier separate Kanäle, die auf zwei Stereokanäle
zusammengemischt wurden. Es war das erste Gerät in dieser Preisklasse,
das Stereoton produzieren und digitalisierte Töne verarbeiten konnte.
Zwar waren auch hier standardmäßig keine Audioeingänge am Gerät
vorgesehen, jedoch konnten für einen geringen Kaufpreis Zusatzkarten,
sogenannte Digitizer, erworben werden, die die Möglichkeit boten,
analoge Signale in digitale umzuwandeln und mit Hilfe des
Soundprozessors im Amiga weiterzuverarbeiten. Die Qualität war mit der
Auflösung von 8Bit für damalige Verhältnisse zwar nicht schlecht,
konnte aber nicht mit den von der CD gewohnten 16 Bit mithalten.
Weiters war die Samplerate von 30kHz ebenfalls unter der der CD mit
44.1kHz. Dies tat der Beliebtheit dieses Computers vor allem bei
Hobbymusikern jedoch keinen Abbruch, im Gegenteil, nun war es das erste
mal möglich, mit einem relativ preiswerten Computer, der nebenbei auch
noch für andere Aufgaben wie zum Beispiel Videobearbeitung benutzt
werden konnte, qualitativ hochwertige Musik zu machen. Mit dem MOD Format (Music On Disk) und spezielle
Programme zu deren Erstellung, sogenannte Tracker, war es auf einfache
Art und Weise möglich Musik zu komponieren und auszutauschen. Im
Prinzip besteht eine MOD Datei aus einer Ansammlung an digitaliserten
Klängen. Diese Klänge werden samples genannt und der Vorgang des
Konvertierens eines Tones von der analogen Form in das digitale Format
wird folglich sampeln genannt. Die einzelnen samples werden aufgrund
eines vom Komponisten angegeben Musters in einer bestimmten Reihenfolge
in einer festgelegten Tonhöhe und Geschwindigkeit hintereinander
abgespielt. In der Praxis sieht das so aus, daß man sich zuerst die
gewüschten Instrumente „einsampelt“ und dann im Tracker die Tonhöhen
und Reihenfolge angibt in der die Samples abgespielt werden sollen. Bei
vielen Programmen ist es auch möglich, auf die Samples zusätzliche
Effekte wie zum Beispiel Hall anzuwenden. Vorteil des MOD Formates ist
eine große Flexibilität bei der zur Verfügung stehenden Klänge. Man
kann sich jedes beliebige Instrument samplen oder aber eingene
Softwaresynthesizer verwenden, die komplett synthetische Töne
erzeugen. Weiters ist eine Datei in diesem Format besonders kompakt, da
die eingentlichen Noten und Steuerbefehle im Vergleich zu den Samples
relativ wenig Platz beanspruchen. Auf eine damals im Amiga 500
verwendete 720kB Diskette ließen sich durchaus an die zehn ca. 3
Minuen lange Musikstücke abspeichern. Wie gesagt kann diese Zahl sehr
start variieren, kommt es doch vor allem auf die Anzahl und Qualität
der Samples in dem Modfile an. Ungefähr zeitgleich mit dem Amiga 500 kam der Atari 1040ST auf den Markt, der als Konkurrenzprodukt positioniert war. Seine Grafikeigenschaften waren denen des Amiga unterlegen, was ihn jedoch für unsere Betrachtung interessant macht, sind seien Audioeigenschaften, die jene seines unmittelbaren Konkurrenten nochmals übertrafen. Im Atari, der damals um 999 Dollar erhältlich war, steckte ein Soundprozessor, der ebenfalls drei voneinander unabhängige Tonkanäle besaß, der AY-3-8910. Dieser konnte ebenfalls Töne im ADSR Verfahren erzeugen und hatte 16 Lautstärkestufen, die für jeden Kanal getrennte eingestellt werden konnten. Allerdings waren als Wellenformen ausschließlich Rechtecksignale möglich, was die Fähigkeiten als Synthesizer etwas einschränkte. Der Frequenzbereich umfasste 9 Oktaven, es konnten Töne in einem Frequenzbereich von 30Hz bis 16kHz produziert und wiedergegeben werden. Wie beim Amiga betrug die Auflösung nur 8 bit, was den 1040ST aber wirklich vom Amiga unterschied, war das bereits serienmäßig integrierte MIDI Interface (Musical Instruments Digital Interface). Damit war es möglich, andere Musikinstrumente zu steuern beziehungsweise von Instrumenten, die ebenfalls mit dieser Schnittstelle ausgerüstet waren, den Computer anzusprechen. Vor allem in der Studiotechnik sind auch heute noch die Geräte von Atari anzutreffen, da die meisten professionellen Geräte ein MIDI Interface besitzen.Der Nachfolger des 1040ST, der Atari Falcon erschien 1992 und sah seinem Vorgänger zwar optisch sehr ähnlich, die Audioeigenschaften wurden jedoch sehr verbessert. So betrug die Auflösung nun 16 Bit, die Abtastfrequenz bis zu 50kHz, und erstmals war es möglich, mit einem Homecomputer Harddisk-recording zu machen.
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| MIDI | |
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· 1982 MIDI Standard (Musical Instrument Digital Interface) begründet von führenden Herstellern elektronischer Musikinstrumente und Software Entwicklern (Anfangs keine Kommunikation mit dem Computer, sondern Kommunikation zwischen Synthesizern) · gespeichert sind nicht Amplituden (samples) in gewissen Zeitabständen, sondern Art des Instruments, Tonhöhe, Tonlautstärke, Position von Tonanfang und Tonende) ·
nicht zur Übertragung von Audiosignalen, sondern
zur Steuerung von elektronischen Tonerzeugern ·
Wesentlich geringerer Speicherbedarf etwa
20 Kbytes pro Minute ·
Derzeit keine direkte Umwandlung von Audio-CD
oder Waveformat in MIDI möglich · ermöglicht Kommunikation von elektronischen Musikinstrumenten und Computern ·
seit Version 3.1 in Microsoft Windows enthalten ·
Im MIDI-Datenformat gibt es 128 Tonhöhen in 10
Oktaven, Jeweils eins von 128 Instrumenten oder Geräuschen wird einem
der maximal 16 Kanäle zugeteilt. ·
Der Datenaustausch erfolgt über sogenannte MIDI
Messages. Diese berstehen aus dem Status-Byte und den Data-Bytes. Das
Status-Byte beschreibt um was für eine Message es sich handelt. Man
unterscheidet zwischen folgenden Message Typen:
·
Zeitliche Synchronisation
·
Zwei Arten von Musikausgabe:
·
Midi-Sample-Dump (1985): Die einheitliche Übertragung
von Sampledaten über MIDI wird ermöglicht. ·
Midi-File-Format (1988): Daten (insbesondere
MIDI-Songs6.3)
lassen sich zwischen verschiedenen Sequenzern austauschen. ·
General MIDI (GM)
·
GS
·
Anwendungen ·
Sequenzer o
Aufnahme von Musik über angeschlossene
MIDI-Instrumente
·
Editoren o
Verwaltung von Klangfarben in der Regel umständlich
·
Notationsprogramme
·
Kompositionsprogramme o
Komponieren nach Zufallsmustern oder nach
Vorgaben des Benutzers. Ersteres Prinzip erzeugt aber bis heute keine
wirklich zufriedenstellenden Ergebnisse. ·
Lernprogramme o
Hilfe zum Erlernen musikalischer
Grundfertigkeiten (Schulung des Gehörs, Grundregeln der
Kompositionslehre, Einüben von Tonleitern auf bestimmten
Musikinstrumenten, Zurodnung von Akkorden zu einem bestimmten Musikstück)
·
Begleitautomaten o
Elektronische Band als Hilfe für Komponisten o
Begleitung von Bands oder Orchestern o
Sogar Improvisation mit dem Computer im Duo möglich ·
Digitalisierung als Klangwelle (Waveform) ·
variable Klangqualität und damit variabler
Speicherbedarf | |
| Soundkarten | |
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· 1982 MIDI Standard (Musical Instrument Digital Interface) begründet von führenden Herstellern elektronischer Musikinstrumente und Software Entwicklern (Anfangs keine Kommunikation mit dem Computer, sondern Kommunikation zwischen Synthesizern) ·
Aufbau:
·
Geschichte: o
Die erste brauchbare Soundkarte war die ADLIB
Karte, die auch schnell zum ersten Standard wurde (gute Musikausgabe, mäßig
gute Audioausgabe) o
Nächster Standard war der Sound Blaster von
Creative Labs; seine Nachfolger, wie Sound Blaster 2.0, Sound Blaster
16 etc.) sind heute gültige Standards o
Parallel zum Sound Blaster wurden Soundmodule zur
MIDI-Ausgabe entwickelt; bemerkenswert ist der Roland MT 32 von der
Firma Roland (Erste Soundkarte mit Multi Mode, gleichzeitiges Abspielen
mehrerer Kanäle), der so erfolgreich war, daß er zu einem noch heute
verwendeten Standard wurde. Er ist der Vorläufer des General MIDI. | |
| Komprimierung und Medien | |
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Getragen wurde die
Entwicklung des CD-Systems hauptsächlich vom niederländischen
Elektronikkonzern Philips Gloeilampen N.V. Die 1972 in kleinem Maßstab
begonnenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am CD-Vorläufer
"ALP" (Audio Long Play) wurden bis 1978 in den Status der
offiziellen Produktentwicklung überführt. Aus strategischen Gründen
wurde ab 1979 der japanische Unterhaltungselektronikkonzern Sony an der
Endphase der Entwicklung und der Ausarbeitung der Systemspezifikationen
des Compact-Disc-Systems beteiligt. Prägenden Einfluß auf die gesamte
Entwicklung der CD hatte die intensive Zusammenarbeit von
Wissenschaftlern und Ingenieuren. Insbesondere durch die Rückgriffsmöglichkeit
auf naturwissenschaftliche Kompetenz, die im Eindhovener Natuurkundig
Laboratorium (Nat.Lab.) des Philips-Konzerns zur Verfügung stand,
konnte mit der Compact Disc ein technisches System unternehmensintern
zur Marktreife entwickelt werden, das den Stand der Technik verkörperte. Einen normierenden Einfluß
übte die CD-Entwicklung auf die sich gleichzeitig im Audiobereich
etablierende digitale Signalverarbeitungstechnik aus. Bemühungen, auf
internationaler Ebene insbesondere den wichtigen digitalen Parameter
der Samplingfrequenz unter Berücksichtigung vielschichtiger Interessen
zu standardisieren, wurden durch die interne Festlegung der von Sony
aus praktischen Gründen bevorzugten Frequenz 44,1 kHz als
Samplingfrequenz für das Compact-Disc-System untergraben. Ebenso wie
sich im Zuge der Durchsetzung des CD-Systems diese Samplingfrequenz in
der gesamten digitalen Audiotechnik etablierte, strahlte die aufgrund
großer produzierter Stückzahlen preiswert verfügbare Technologie der
Compact Disc auch auf andere Bereiche der Technik aus (z.B.
Datenspeicherung auf CD-ROM). Die von der Compact Disc ausgehenden
technischen und auch gesellschaftlichen Einflüsse können zu den
wichtigsten technologischen Impulsen des 20. Jahrhunderts gezählt
werden. |
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| Die DVD | |
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Die Entwicklung der DVD begann 1993 als man es an der Zeit fand  die
Speicherkapazität der CD zu erhöhen um möglicherweise auch von den
Videokassetten wegzukommen. Verschiedenste Firmen wie Toshiba/Warner
oder Sony/Philips kamen mit teilweise recht unterschiedlichen Ideen und
Formaten auf. Im September 1995 wurde schließlich ein Konsens gefunden
und der DVD Standart wurde als ein Standard festgelegt der mehrere
Spezifikationen akzeptierte. Die
DVD-Qualität ist 96000 Hz und 24-bitVerbreitung der DVD |
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Weiterführende Informationen | |
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Verweise auf Arbeiten anderer Gruppen | |
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die Töne in einem Frequenzbereich über vier Oktaven
wiedergeben konnten. Man wollte eine besonders realistische Wiedergabe
von Tönen in den Spielen erreichen, was für die angepeilte Zielgruppe
ein wesentliches Kaufkriterium war. Aufgrund der beschränkten
Speicherkapazität der Cartridges auf denen die Spiele erhältlich
waren, war es allerdings nicht möglich, natürliche Töne in
digitaliserter Form zu speichern. Stattdessen wurde die Tonerzeugung über
die eingebauten Synthesizer realisiert. Diese setzten die auszugebenden
Töne aus Rechteck- und Sägezahnwellen zusammen wodurch sich auch der
als „krächzend“ beschreibbare Klang der ersten Spielkonsolen erklären
lässt.
Dieser Signalprozessor wurde auch für elektronische Musikinstrumente
eingesetzt und verfügte über eine große Anzahl an Variationsmöglichkeiten
der zu erzeugenden Geräusche. So konnten Tonhöhe, Wellenform und
Lautstärke eingestellt werden. Er verfügte über drei
Tonoszillatoren, die Töne in einen Frequenzbereich von 0-4kHz erzeugen
konnten. Pro Oszillator standen insgesamt 4 Wellenformen zur Verfügung:
Dreieck-, Sägezahn- und Rechtecksignale sowie Rauschen. Es waren auch
drei Hüllkurvengeneratoren vorhanden mit Hilfe deren man Töne nach
dem ADSR-Verfahren erzeugen konnte. Diese Abkürzung steht für die
einzelnen Phasen, die ein Ton bei seiner Wiedergabe durchläuft, also
Attack, Decay, Sustain, Release. Dabei ist mit Attack das Anschwellen
des Tones zu Beginn gemeint, Decay bezeichnet das kurze Abfallen vor
beginn der Sustainphase, in der der Ton konstant gehalten wird. Release
schließlich bestimmt die Ausklingphase des Tons. Um nun einen Ton zu
erzeugen, gibt man, vereinfacht gesagt, die grundlegende Wellenart und
die ADSR Parameter in Zeiteinheiten an. Mit dieser Technik ist es
sowohl möglich, Töne von Musikinstrumenten nachzubilden als auch
komplett neue Geräusche zu kreieren, die in der Natur nicht vorkommen.
Viele Synthesizer in den Achzigerjahren verwendeten diese Art der
Klangerzeugung und sie wird auch heutzutage noch angewandt. Ein Vorteil
hierbei ist, daß ein Ton mit einer relativ geringen Anzahl an
Parametern beschrieben werden kann, da der Prozessor die Hauptaufgabe
bei der Klangerzeugung leistet und somit der Speicherplatz auf dem
Medium, das die Töne aufnehmen soll, gering gehalten werden kann.
Weiters war es bei dem Soundchip des Commodore 64 auch möglich,
programmierbare Filter, wie zum Beispiel Hochpass, Tiefpass und
Bandpass anzuwenden. Obwohl vom Chip her theoretisch vorgesehen, verfügte
der C64 nicht über Audioeingänge. Es konnten aber externe
Audiosignale verarbeitet werden, sodaß es möglich war, mehrere SID
Chips parallel zu betreiben um sie zum Beispiel in polyphonen
Umgebungen
Es ist möglich, einen analogen Ton in
unterschiedlichen Qualitätsstufen zu digitaliseren und dementsprechend
ändert sich dann auch der Platzbedarf der Datei. Der Vorteil dieses
Formates, die eingesampelten Instrumente konnten sich allerdings auch
als gravierender Nachteil herausstellen. So hört sich eine solche
Datei unter Umständen durch die sich ständig im gleichen Muster
wiederholenden Instrumente eintönig und unprofessionell an. Weiters
hat man gerade am Amiga das Problem, daß pro Stereokanal genau zwei
Soundkanäle zur Verfügung standen und es somit oft passierte, daß
man ein Instrument ständig auf dem rechten Kanal hörte und die
anderen auf dem Linken. Das ursprüngliche MOD-Format war, da es ja vom
Amiga kam, auf vier Kanäle ausgelegt, es wurde jedoch weiterentwickelt
und mit modernen Soundkarten, die es auch für die Commodore Computer
zu kaufen gab, konnte man mit bis zu 64 Kanälen gleichzeitig arbeiten.
Auch für die IBM-kompatiblen PCs gab und gibt es sowohl Player als
auch Tracker für dieses Format es hatte aber auf dieser Plattform nie
eine derartig weite Verbreitung wie am Amiga.
