Brauchen Sie einen DAC?

Wenn Sie den Kaninchenbau der audiophilen Ausrüstung begonnen haben, sind Sie wahrscheinlich schon auf Leute gestoßen, die Sie anflehen, einen Digital/Analog-Wandler (DAC) zu kaufen. Es kann ein wenig erschreckend sein, wenn Ihnen gesagt wird, dass Sie nicht die richtige Ausrüstung haben, aber bevor Sie losrennen, um herauszufinden, wie viel Geld Sie verpulvern werden: lesen Sie zuerst diesen Artikel, um zu wissen, ob Sie tatsächlich einen brauchen. Die Chancen stehen gut, dass Sie ganz gut ohne auskommen.

Dies ist ein langer Artikel, bei dem ich versuche, so vollständig wie möglich zu sein, also können Sie gerne herumspringen. Ich möchte nur nicht, dass jemand diesen Artikel liest und das Gefühl hat, in die Irre geführt worden zu sein oder dass ich etwas Wichtiges beschönigt habe.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde am 17. März 2020 aktualisiert, um die Passage über die Bitrate zu aktualisieren, um neuere Audiokompressionsstandards und ihre Fähigkeit, mit niedrigeren Bitraten besser zu funktionieren, anzusprechen.

Was ist ein DAC?

Ein DAC wandelt einfach ein digitales Signal in ein analoges um, so dass Ihre Kopfhörer dann Klang erzeugen können. So einfach ist das! Die meisten DAC-Chips befinden sich in den Quellen des Geräts, das Sie gerade hören, und kosten in der Regel zwischen 3 und 30 US-Dollar pro Hersteller. Im Moment ist er ein sehr grundlegender Bestandteil eines jeden Smartphones, obwohl die Kopfhörerbuchse ein aussterbendes Feature zu sein scheint (Anmerkung der Redaktion: ein Fluch für dein Haus, Apple).

Ein DAC wandelt einfach ein digitales Signal in ein analoges um, so dass Ihr Kopfhörer dann Klang erzeugen kann.

Gleich wie Kopfhörerverstärker entstanden eigenständige DACs als Antwort auf die schlechte Audioqualität auf Verbraucherebene. Damals war es viel schwieriger, gute Hardware zu finden, und Nerds wie ich mussten sich mit Geräten herumschlagen, die nicht mit höherwertigen Kopfhörern und Lautsprechern mithalten konnten. Manchmal war die DAC-Baugruppe nicht richtig abgeschirmt – was zu statischem Rauschen führte – oder sie war ein wenig zu billig, was die Ausgabe irgendwie mies machte. Niedrigere Abtastraten, schlecht kodierte MP3s… es gab eine Menge Dinge, mit denen die Kinder der 80er und 90er Jahre zu kämpfen hatten, wenn es um Audio ging. Wer will schon minderwertige Musik hören?

Aber digitale Musik hat seitdem einen langen Weg zurückgelegt. Bessere Technik hat die Unzulänglichkeiten selbst der billigsten Chips fast verschwinden lassen, während die Qualität der digitalen Musik über den Punkt des abnehmenden Ertrags hinaus explodiert ist. Wo früher der interne DAC-Chip Ihres Walkmans oder Laptops nicht für hohe Bitraten geeignet war, gibt es heute viele kompaktere Geräte, die mithalten können.

Wann brauche ich einen DAC?

Der Grund, warum Sie sich heute einen DAC zulegen würden, ist, dass Ihre Quelle – sei es Ihr Computer, Ihr Smartphone oder Ihr Heimsystem – Rauschen verursacht oder nicht in der Lage ist, den Ton mit der Bitrate Ihrer Dateien auszugeben. Das war’s. Ich weiß, das ist eine wirklich antiklimaktische Zusammenfassung, aber das ist wirklich die lange und kurze Zusammenfassung. Der einzige andere Fall, in dem Sie möglicherweise etwas Super-High-End brauchen, ist, wenn Sie Audio für professionelle Anwendungen aufnehmen, aber selbst dann kann die Ausrüstung, die für die Verarbeitung verwendet wird, relativ billig damit umgehen.

Da DACs größtenteils spezifizierungsabhängig sind, können Sie fast immer denjenigen auswählen, den Sie brauchen, indem Sie einfach auf die Verpackung schauen. FiiO stellt viele gute Produkte für wenig Geld her, und wenn Sie einen Verstärker zusammen mit dem DAC wollen, so dass Sie sich nie um einen von beiden kümmern müssen, ist ihr E10K ein solider Pickup für unter 100 Dollar. Sie könnten sich auch entscheiden, Geld in das Problem zu stecken, indem Sie einen ODAC oder O2 Verstärker + ODAC Combo kaufen, aber das könnte zu viel des Guten sein. Aber im Ernst, stecken Sie nicht zu viel Geld in diese Sache. Es ist es einfach nicht wert.

Wie funktioniert ein DAC?

Nachdem Sie nun das „Warum“ des DACs kennen, lassen Sie uns nun auf das „Wie“ eingehen.

Alle Audiosignale, egal ob sie auf Vinyl oder in einer MP3 gespeichert sind, sind eine Kompressionswelle, wenn sie wiedergegeben werden. Wenn Computer ein analoges Signal aufzeichnen, wird es typischerweise in einer so genannten Wellenform dargestellt, oder einer Darstellung der Welle, bei der die Y-Achse die Amplitude (wie stark die Welle ist) und die X-Achse die Zeit ist. Jede Welle hat einen Scheitelpunkt und ein Tal, die so genannte Periode, und die Anzahl der Perioden pro Sekunde wird als Frequenz bezeichnet (angezeigt als Hz). Wenn Sie dieses Wort schon einmal gehört haben, wissen Sie, dass die Frequenz eines Tons auch der Note entspricht, um die es sich handelt. Je höher die Frequenz, desto höher die Note.

Die Aufgabe des DACs ist es, eine digital gespeicherte Aufnahme wieder in ein analoges Signal zu verwandeln. Dazu muss er die Datenbits aus den digitalen Dateien in ein analoges elektrisches Signal übersetzen, und zwar zu Tausenden von festgelegten Zeitpunkten pro Sekunde, den so genannten Samples. Das Gerät gibt dann eine Welle aus, die alle diese Punkte schneidet. Nun, da DACs nicht perfekt sind, führt dies manchmal zu Problemen. Diese Probleme sind Jitter, Aliasing, eingeschränkter Dynamikbereich und begrenzte Bitrate.

Bevor Sie sich mit der Funktionsweise beschäftigen, müssen Sie drei Begriffe kennen: Bitrate, Bittiefe und Abtastrate. Bitrate bezieht sich einfach darauf, wie viele Daten pro Sekunde ausgedrückt werden. Die Abtastrate bezieht sich darauf, wie viele Samples in einer Sekunde aufgenommen werden, und die Bittiefe bezieht sich darauf, wie viele Daten pro Sample aufgezeichnet werden.

Was ist Jitter?

Ich werde diesen Abschnitt genauso einleiten, wie ich ihn im Artikel über die Mythen der Audiokabel angesprochen habe: Jitter ist an dieser Stelle ein größtenteils theoretisches Problem und es ist äußerst unwahrscheinlich, dass es in einem Gerät der letzten zehn Jahre auftaucht. Dennoch ist es nützlich zu wissen, was es ist und wann es ein Problem sein könnte, also lassen Sie uns eintauchen.

Erinnern Sie sich, wie ich sagte, dass die Abtastrate zu einigen Problemen führen kann? Jitter ist eines, dem viel Aufmerksamkeit geschenkt wird, das aber nicht viel verstanden wird. Jitter ist ein Phänomen, das auftritt, wenn der Takt, oder das, was dem DAC sagt, wann gesampelt werden soll, nicht so gut funktioniert, wie es sein sollte. Wenn die Samplepunkte nicht zum richtigen Zeitpunkt erfolgen, kann dies zu einer kurzzeitigen Veränderung der Tonhöhe führen. Je höher die Note ist, die reproduziert wird, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass dieses Problem auftritt.

Sie müssen sich keine Sorgen über leichte Unvollkommenheiten in Noten nahe 20kHz machen, da Sie diese höchstwahrscheinlich sowieso nicht hören können.

Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass dies ein weiteres Problem ist, das nicht mehr so häufig auftritt, weil die DAC-Einheiten von heute so viel besser sind als die von früher. Jitter tritt meist nur bei sehr hochfrequenten Tönen auf, weil diese Töne die kürzesten Wellenlängen haben. Was jedoch hochfrequente Töne anfälliger für diese Art von Fehler macht, macht sie auch weniger wahrscheinlich hörbar: Die meisten Menschen über 20 können die Töne, bei denen Jitter am wahrscheinlichsten auftritt, nicht hören.

Sie brauchen sich keine Sorgen über leichte Fehler in Noten nahe 20 kHz zu machen, da Sie diese höchstwahrscheinlich ohnehin nicht hören können.

Was ist Aliasing?

Grundsätzlich hat manchmal ein Klang, der wirklich sehr hoch in der Frequenz ist, wie ein Beckenflimmern, eine Oberwelle oder ein anderer hoher Ton, diesen seltsamen taumelnden oder oszillierenden Klang, der nicht in der Originalaufnahme war. Was passiert, ist, dass der DAC versehentlich einen Ton mit niedrigerer Frequenz erzeugt, weil die Samplerate nicht hoch genug ist.

Wie kann man dieses Problem vermeiden? Erhöhen Sie natürlich die Samplerate! Je mehr Datenpunkte Sie haben, desto unwahrscheinlicher ist es, dass ein Fehler in einer bestimmten Frequenzgruppe auftritt. Allerdings gibt es einen Punkt, an dem das einfach nicht mehr hörbar hilft. Im Wesentlichen können Sie dieses Problem eliminieren, wenn Sie in der Lage sind, mindestens zweimal pro Periode abzutasten, wodurch Sie gezwungen werden, Abtastfehler nur in den höchsten Frequenzen zu haben, die Sie wahrscheinlich ohnehin nicht hören können. Wenn man bedenkt, dass die oberste Grenze des menschlichen Gehörs zwischen 12 und 22 kHz liegt (also zwischen 12.000 und 22.000 Perioden pro Sekunde), ergibt sich bei einer Verdopplung dieser Rate ein Wert zwischen 24 und 44.000 Samples pro Sekunde, also 44 kHz. Kommt Ihnen diese letzte Zahl bekannt vor? Das sollte sie: 44,1 kHz ist die gängigste Abtastrate für MP3-Dateien!

Was ist Bittiefe und Dynamikumfang?

Wenn Sie sich wirklich alte MP3-Dateien oder miserable MIDI-Musik von Ihren alten Konsolen angehört haben, werden Sie wahrscheinlich bemerken, dass die Lautstärke in einem bestimmten Musikstück nicht wirklich gut gesteigert werden kann, oder dass konkurrierende Instrumente wirklich schwer herauszuhören sind, wenn sie alle auf einmal laufen. So hört sich ein schlechter Dynamikumfang an. Der Dynamikumfang bezieht sich in diesem Fall einfach auf die Differenz zwischen allen möglichen Lautstärken von Klängen in einer bestimmten Datei.

Was die theoretischen Grenzen des Dynamikumfangs einer Audiodatei bestimmt, ist die Bittiefe. Grundsätzlich enthält jedes einzelne Sample (siehe oben) Informationen, und je mehr Informationen ein Sample enthält, desto mehr potenzielle Ausgangswerte hat es. Laienhaft ausgedrückt: Je größer die Bittiefe, desto größer ist der Bereich möglicher Lautstärken von Noten. Eine niedrige Bittiefe, entweder bei der Aufnahme oder in der Datei selbst, führt zwangsläufig zu einem geringen Dynamikbereich, wodurch viele Töne falsch betont (oder ganz stummgeschaltet) werden. Da es nur so viele mögliche Lautstärkewerte gibt, die ein Klang in einer digitalen Datei haben kann, sollte die Datei umso schlechter klingen, je geringer die Bittiefe ist, egal wie Sie sie anhören. Je größer also die Bittiefe, desto besser, oder?

Nun, hier stoßen wir wieder an die Grenzen der menschlichen Wahrnehmung. Die gebräuchlichste Bittiefe ist 16, das heißt: Für jedes Sample stehen 16 Bit an Informationen zur Verfügung, also 65.536 ganzzahlige Werte. In Bezug auf Audio ist das ein Dynamikbereich von 96,33 dB. Theoretisch bedeutet das, dass kein Ton unter 96 dB gelöscht oder fälschlicherweise mit einem Lautheitswert belegt werden sollte.

Das klingt zwar nicht sonderlich beeindruckend, aber man muss sich wirklich gut überlegen, wie man Musik hört. Wenn Sie so sind wie ich: Das kommt zu 99+% der Zeit von Kopfhörern, und Sie werden Ihre Musik mit einer viel geringeren Lautstärke als dieser hören. Ich versuche zum Beispiel, meine Sessions auf ca. 75 dB zu begrenzen, damit ich meine Ohren nicht vorzeitig koche. Bei diesem Pegel wird der zusätzliche Dynamikbereich nicht wahrnehmbar sein, und jeder, der Ihnen etwas anderes erzählt, liegt einfach falsch. Außerdem ist Ihr Gehör auch nicht für alle Frequenzen gleich empfindlich, also sind Ihre Ohren hier der Engpass.

Während ich ein super großer Spinner bin, wenn es um alberne Exzesse in der Audiotechnik geht, ist dies ein Punkt, den ich zugeben muss. Allerdings wird die Notwendigkeit von 24-Bit-Dateien für Gelegenheitshörer dramatisch überbewertet.

Warum also schwören so viele Leute auf 24-Bit-Audio, obwohl 16-Bit völlig in Ordnung ist? Weil das die Bittiefe ist, bei der es theoretisch niemals Probleme für menschliche Ohren geben sollte. Wenn Sie gerne Aufnahmen hören, die sehr leise sind (z.B. Orchestermusik) – und Sie müssen die Lautstärke wirklich aufdrehen, damit alles zu hören ist – brauchen Sie viel mehr Dynamikumfang als bei einem überproduzierten, zu lauten Popsong, um richtig gehört zu werden. Auch wenn Sie Ihren Verstärker nie auf 144 dB aufdrehen würden, würde eine 24-Bit-Kodierung Ihnen erlauben, sich diesem Wert anzunähern.

Zusätzlich ist es immer besser, wenn Sie Musik mit einer hohen Samplerate aufnehmen und dann herunter sampeln, anstatt andersherum. Auf diese Weise vermeiden Sie, dass Sie eine Datei mit hoher Bitrate und niedrigem Dynamikumfang oder noch schlimmer: mit zusätzlichem Rauschen erhalten. Obwohl ich ein großer Verfechter von albernen Auswüchsen in der Audiotechnik bin, ist dies ein Punkt, dem ich zustimmen muss. Allerdings wird die Notwendigkeit von 24-Bit-Dateien für Gelegenheitshörer dramatisch überbewertet.

Was ist eine gute Bitrate?

Während die Bittiefe wichtig ist, ist das, was die meisten Leute in Bezug auf schlecht klingendes Audio kennen, entweder eine begrenzte Bitrate oder eine aggressive Audiokompression. Haben Sie jemals Musik auf YouTube gehört und dann sofort den Unterschied bemerkt, wenn Sie zu einem iTunes-Titel oder einem hochwertigen Streaming-Dienst wechseln? Sie hören einen Unterschied in der Qualität der Kompression.

Wenn Sie es bis hierher geschafft haben, wissen Sie wahrscheinlich, dass der DAC umso mehr Informationen auf einmal umwandeln und ausgeben muss, je größer die Bittiefe ist. Aus diesem Grund ist die Bitrate – die Geschwindigkeit, mit der Ihre Musikdaten dekodiert werden – von einiger Bedeutung. Wenn die Bitrate niedrig ist, kann es sein, dass nicht genügend Daten umgewandelt werden, um die analoge Welle zu erzeugen, was bedeutet, dass weniger Informationen umgewandelt werden, was wiederum bedeutet, dass Sie schlechteren Ton hören. So einfach ist das.

320kbps ist für die meisten Anwendungen völlig in Ordnung… und um ehrlich zu sein, die meisten Leute können den Unterschied nicht erkennen.

Wie viel ist also genug? Normalerweise sage ich den Leuten, dass die 320kbps-Rate für die meisten Anwendungen völlig in Ordnung ist (vorausgesetzt, Sie hören 16-Bit-Dateien). Zur Hölle, das ist das, was Amazon für seinen Store verwendet, und um ehrlich zu sein, die meisten Leute können den Unterschied nicht erkennen. Einige von Ihnen da draußen mögen FLAC-Dateien – und das ist für Archivierungszwecke in Ordnung – aber für das mobile Hören? Verwenden Sie einfach eine 320kbps MP3- oder Opus-Datei; die Audiokompression hat sich in den letzten 20 Jahren sprunghaft verbessert und neuere Kompressionsstandards sind in der Lage, viel mehr mit viel weniger zu erreichen als früher. Eine niedrige Bitrate ist kein sofortiger Hinweis darauf, dass Ihr Audio schlecht sein wird, aber es ist kein ermutigendes Zeichen.

Wenn Sie Platz übrig haben, ist es Ihnen vielleicht nicht so wichtig, wie groß unsere Dateien sind – aber Smartphones haben in der Regel nicht alle 128 GB Standard… noch nicht. Aber wenn Sie den Unterschied zwischen einer 320kbps MP3 und einer 1400+kbps FLAC nicht erkennen können, warum sollten Sie 45MB Speicherplatz verbrauchen, wenn Sie mit 15 auskommen könnten?