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Audiowandler (AD/DA) sind ein zentraler Baustein jeder Recording-Kette: Sie übersetzen analoge Signale in digitale Daten – und umgekehrt. Hier erfährst du, wie sich Wandler, Audio Interface und Preamps unterscheiden und welche technischen Werte in der Praxis wirklich entscheidend sind.

Analog-Digital-Wandler, Audio Interface & Vorverstärker

Alle drei Gerätetypen sind Bausteine der Signalkette bei der Audioaufnahme und in den meisten Fällen in einem Gerät vereint: dem Audio Interface. Bei den Audio Interfaces von Premium-Herstellern wie RME, Apogee, Lynx, Antelope oder Universal Audio erfüllen AD- und DA-Wandler sowie die Vorverstärker professionelle Anforderungen, wie sie im Tonstudio üblich sind. Aber selbst Audio Interfaces im kleineren Preisrahmen liefern heute eine Audioqualität, die häufig über dem Niveau liegt, das vor 15 Jahren in dieser Preisklasse möglich war.

Bei komplexen und/oder besonders anspruchsvollen („audiophilen“) Setups kann es dennoch sinnvoll sein, getrennte Geräte einzusetzen. Dabei stellt das Audio Interface die Verbindung zum Computer bereit, der Digitalwandler reicht Signale zwischen der analogen und der digitalen Welt hin und her und der Vorverstärker verstärkt z. B. Mikrofonsignale auf ein geeignetes Niveau. Häufigster Kaufgrund für separate AD/DA-Wandler ist die im Studio benötigte Kanalzahl: Einzig Antelope baut Audio Interfaces mit standardmäßig 32 bzw. sogar 64 Ein- und Ausgängen, mehr als 8 Eingänge sind bei Kombigeräten aber eine Seltenheit und reichen selbst bei kleineren Produktionen oft nicht für eine vollständige Schlagzeugmikrofonierung. Zwar können viele Geräte über digitale Schnittstellen wie ADAT erweitert werden, auf mehr als 16 Kanäle kommt man damit aber selten.

Bei den meisten Herstellern braucht man also für eine hohe Kanalzahl zusätzlich zum Audio Interface weitere Geräte. Ein weiterer Vorteil vom Audio Interface getrennt eingesetzter Wandler besteht in der Möglichkeit, die Wandler nicht in der Regie, sondern im Aufnahmeraum aufzustellen, sodass der analoge Signalweg möglichst kurz bleibt.

Was macht ein Digitalwandler?

Um ein analoges Signal zu digitalisieren, braucht man einen Wandler. Dieser ist in den meisten Fällen bereits im Audio Interface integriert und erhält im Alltag oft wenig Aufmerksamkeit. Dabei ist die Umwandlung des Signals ein entscheidender Schritt in der Signalkette. Moderne AD/DA-Wandler vieler Hersteller bieten inzwischen auch im unteren Preissegment eine solide Qualität. Für High-End-Produktionen können minderwertige Wandler (z. B. in älteren oder sehr günstigen Geräten) jedoch weiterhin zum Flaschenhals werden.

Analog zu digital

Bevor ein analoges Signal in eine digitale Folge aus Nullen und Einsen übersetzt werden kann, muss es bestimmte Voraussetzungen erfüllen. Zuerst muss der für den Wandlerchip nötige Pegel hergestellt werden. Das übernehmen geeignete Verstärkerschaltungen. Anschließend wird am oberen und unteren Ende des zu wandelnden Frequenzbereiches alles herausgefiltert, was der AD-Wandler nicht verarbeiten kann und zu unerwünschten Signalanteilen führen würde, die im Ausgangsmaterial gar nicht vorhanden sind (Stichwort Anti-Aliasing). Diese rein analog aufgebauten Schaltungsbausteine sind von großer Bedeutung für den Klang eines Wandlers und werden bei namhaften Herstellern mit ganz besonderer Sorgfalt konstruiert.

Den eigentlichen Wandler können wir uns als einen Computerchip vorstellen. Diese Chips werden nur von wenigen Unternehmen weltweit (z. B. Burr Brown, ESS, AKM, Cirrus Logic) hergestellt und häufig sind in Geräten völlig unterschiedlicher Preisklasse Chips desselben Herstellers eingebaut. Dass es trotzdem gewaltige Preisunterschiede zwischen den einzelnen Geräten gibt, liegt darin begründet, dass der eigentliche Aufwand, der bei der Digitalisierung betrieben werden muss, eben gar nicht so viel mit dem Chip selbst zu tun hat: Zunächst ist der Wandlerchip ein empfindliches Bauteil, das sehr genau abgestimmte Bedingungen braucht, um optimal funktionieren zu können. Eine saubere Stromversorgung, eine einwandfreie Signalführung innerhalb des Gerätes und zuallererst ein stabiles Taktsignal sind essenziell für eine fehlerfreie Digitalwandlung. Schließlich muss die analoge Aufbereitung des Signals ebenfalls von höchster Qualität sein, wenn am Digitalausgang ein akkurates Abbild bereitgestellt werden soll. Man kann es sich wie beim Fotografieren vorstellen: Die beste Kamera der Welt nützt nicht viel, wenn das Licht flackert.

Samplingrate (in kHz)

Während der Wandlung entscheidet die Abtastrate in Kilohertz (kHz), wie oft das Signal pro Sekunde geprüft und „ins Digitale übersetzt“ wird. Dabei wird zu einem periodisch wiederkehrenden Zeitpunkt ein Schnappschuss (Sample) des Analogsignales gemacht – daher der Begriff „Samplingrate“. Bei der Transformation in ein analoges Signal findet der Vorgang erneut (in umgekehrter Richtung) statt. In diesem Fall wird eine Audiokurve geschrieben, die zunächst alles andere als glatt ist, bis sie durch Filterung als saubere Kurve geglättet wird. Wichtig zu merken ist, dass die halbe Samplingrate der höchsten darstellbaren Frequenz (Nyquist-Frequenz) entspricht. Bei 48 kHz Samplingrate sind das 24 kHz – also bereits über dem hörbaren Bereich. Auch wenn Geräte Samplingraten bis 768 kHz bieten, finden Audioproduktionen in der Praxis meist bei 44,1 oder 48 kHz statt. Höhere Samplingraten (z. B. 88,2 oder 96 kHz) werden vor allem bei anspruchsvollen Produktionen genutzt und setzen entsprechend hochwertiges Digitalequipment voraus. Wie bei allen Zahlenwerten gilt: Eine höhere Abtastrate bedeutet nicht automatisch eine bessere Aufnahme.

Bit-Tiefe

Jeder der im Takt der Samplingrate aufgezeichneten Schnappschüsse bildet das Ausgangsmaterial mit einer bestimmten Dynamikauflösung ab. Das heißt: Je größer die Bittiefe ist, desto mehr Lautstärkeschritte können digital erfasst und gespeichert werden, wobei die Abstände zwischen den Lautstärkeschritten mit zunehmender Lautstärke kleiner werden. Ist die Bittiefe gering und das Signal wird nur leise aufgenommen, entsteht ein deutlich hörbares digitales Rauschen. Deshalb war es bei den früher üblichen 16 Bit enorm wichtig, möglichst hoch auszusteuern. Mit dem heute gängigen Standard von 24 Bit spielt das Thema kaum noch eine Rolle, weil die Dynamikauflösung auch im unteren Pegelbereich so groß ist, dass kein Rauschen hörbar wird. Üblicherweise wird das Audiosignal in der DAW heute mit komfortablem Headroom bei -18 dBFS eingepegelt. Einige Digitalwandler arbeiten bereits mit 32 Bit, während die meisten DAWs sogar auf 32 Bit Fließkomma oder 64 Bit Fließkomma laufen.

Sonderfall DSD-Audio

Als alternative Technologie zum Standardformat PCM-Audio (z. B. 48 kHz/24 Bit) gibt es im High-End-Bereich das Format DSD-Audio (Direct Stream Digital). Dabei wird mit extrem hohen Abtastraten im ein- bis zweistelligen Megahertzbereich (64- bis 512-Fache von 44,1 kHz CD-Qualität) gearbeitet, aber nur mit 1 Bit Dynamikauflösung. Die komplette Audioinformation wird dabei in eine digitale Wellenform übersetzt, deren Pulsbreite in der Frequenz des Originales schwankt, und kann theoretisch direkt über einen Lautsprecher wiedergegeben werden. Zur Eliminierung des Quantisierungsrauschens und der Hochfrequenzanteile sind psychoakustische Noise-Shaping-Maßnahmen und ein Tiefpassfilter nötig. Das Format kommt u. a. bei Super Audio CDs (SACD) und einzelnen High-End-Produktionen zum Einsatz.