Überlegungen zur S/PDIF-Datenübertragung

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wohliks
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AW: Überlegungen zur S/PDIF-Datenübertragung

#21

Beitrag von wohliks » Mi 28. Jul 2010, 17:11

TV-Junkie hat geschrieben:Ihr wisst aber beide, das eine Schallplatte schon rein mechanisch die Hifi norm nie so ganz erreicht hat :thinker:
Da magst Du ja recht haben, aber hier geht's ums Prinzip :altermotzsack: :wink: :u: ...

Da soll ja hier kein Glaubenskrieg werden, aber es geht nun mal kein Weg dran vorbei, dass man in den 70er Jahren tatsächlich für Quadrofonie modulierte 30 kHz-Trägersignale auf Vinyl gepresst hat - und das hat sogar - allen Berechnungen zum Trotz - funktioniert...

Jetzt aber mal gut damit!

Gruß Bernhard
Zuletzt geändert von wohliks am Mi 28. Jul 2010, 17:15, insgesamt 3-mal geändert.
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AW: Überlegungen zur S/PDIF-Datenübertragung

#22

Beitrag von TV-Junkie » Mi 28. Jul 2010, 17:15

kleines Edit oben :wink:
Gruß Ha-Jü
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Und wer Lust auf tippen beim DFB Pokal hat, darf sich hier austoben
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#23

Beitrag von wohliks » Mi 28. Jul 2010, 17:24

TV-Junkie hat geschrieben:kleines Edit oben :wink:
Jawoll - und genau darum finde ich Voodoo-Kabel und Ähnliches völlig überzogen.

Andererseits bin ich faziniert, was die Altvorderen so alles gebastelt - und in Gang bekommen - haben (eben CD4-Quadrofonie, TED-Bildplatte), weil es halt noch keine anderen Möglichkeiten gab... ...außerdem hat so ein Plattenspieler schon was Sinnliches.

Dennoch habe ich die Schallplatten meiner bescheidenen Sammlung, für die mir der Aufwand lohnend erschien, dann doch in Formate umgewandelt, die im Alltag einfach praktischer in der Handhabung sind (Audio-CD, MP3)... :u:

Gruß Bernhard
Zuletzt geändert von wohliks am Mi 28. Jul 2010, 17:27, insgesamt 1-mal geändert.
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#24

Beitrag von hagge » Mi 28. Jul 2010, 17:51

wohliks hat geschrieben:Es ist richtig, dass wir eine Bahngeschwindigkeit von 24,4 cm/s unterstellen können - dann aber beginnt mein Verständnisproblem: die 0,008 mm, die Du pro Schwingung errechnest, beziehen sich doch nicht auf die Breite der Rille, sondern das ist die Wellenlänge.

Korrekt.
Die Breite der Stege wiederum wird durch den Vorschub des Schneidkopfes bestimmt und kann sogar dynamisch variiert werden: Bei der so genannten Füllschrift werden die Rillen abhängig von der Amplitude der Nachbarrille so verbogen, dass Platz gespart wird, indem sie einander anschmiegen.
Hmm, wie erkläre ich das. Zwischen zwei benachbarten Rillen ist ein Steg. Eigentlich ein einziger langer, der sich auch spiralförmig nach innen bewegt. Am Rand dieses (langen) Steges sind jeweils Ausbuchtungen, die mehr oder weniger weit in die Rille hineinragen und die Nadel zur Seite schubsen und damit auslenken. Um diese Ausbuchtungen ging es mir eigentlich. Ich erweitere mal mein Bild, so dass man noch die benachbarte Rille mit ihrer Schwingung (dort mal einer leicht versetzen Phase) sieht.

Code: Alles auswählen

  ___       ___
 / _ \     / _ \     /
/ / \ \ S / / \ \ S /
 / S \ \_/ / S \ \_/ /
/     \___/     \___/
<--x-->
S    S    S    S    S    S
    ___       ___
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_/ / S \ \_/ / S \ \_/ /
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Nach rechts müsste so nach und nach die Krümmung der Scheibe zu erkennen sein, was ich hier natürlich mit den ASCII-Zeichen nicht darstellen kann. Die Platte dreht sich also seitlich, die Nadel läuft den schmalen Pfad (die Rille) entlang. Alles was mit S bezeichnet ist, ist der Steg. Mir geht es nun um die Ausbuchtungen des Steges nach oben und unten, die sozusagen die Form der Rille bestimmen und hierbei um die Breite dieser Ausbuchtungen, im Bild mit <--x--> bezeichnet. Je höher die Frequenz ist, desto näher rücken ja die Schwingungen horizontal zusammen, desto schmaler wird also dieses x. Das heißt der Auslenkwinkel für die Nadel wird immer steiler, aber desto schmaler ist die noch übrige Vinylwand x, die diese Auslenkung noch bewirken kann. Und hier ist irgendwann eine Grenze erreicht, dass diese Ausbuchtung so dünn ist, dass sie nichts mehr aushält und einfach abbricht, wenn die Nadel kommt. Ich habe das mal in der oberen Rille versucht zu zeichnen, ich hoffe, man kann es noch erkennen.

Code: Alles auswählen

  __    __    __    __
 /  \  /  \  /  \  /
| /\ || /\ || /\ || /\
| || \/ || \/ || \/ ||
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 <x->
S    S    S    S    S    S
    ___       ___
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Wird die Frequenz noch höher, dann ist sogar nur noch Rille und keine Ausbuchtung mehr da, da die Rille (aufgrund der Dicke des Schneidstichels) den ganzen Platz in der Mitte beansprucht. Hier macht die Nadel also gar nicht mehr die gesamte Schwingung, da *gar* keine Wand mehr da ist, die sie nach oben und unten schubsen könnte.

Code: Alles auswählen

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/  \/  \/  \/  \/  \
  
  
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 x
S    S    S    S    S    S
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   / _ \     / _ \     /
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Ich gebe Dir recht, dass so hohe Frequenzen nur mit geringem Pegel aufzeichnet werden können, weil die Abtastfähigkeit der Nadel begrenzt ist (Stichwort: "Schnelle") - auch dürfte der Verschleiß beim Abtasten erheblich sein - aber grundsätzlich kann das "System Vinyl" höhere Frequenzen durchaus verkraften.
Genau das Umgekehrte passiert aber bei der Schallplatte. Durch die sog. RIAA-Kennlinie wird der Frequenzgang völlig verzerrt, so dass die Bässe abgesenkt werden (sie würden eine zu hohe Auslenkung bewirken, weswegen die Rillen zu weit auseinander liegen müssten und nur noch wenige Minuten Musik auf die Platte passen würden) und die Höhen massiv verstärkt werden, damit sie überhaupt noch eine Auslenkung bewirken. Dieser völlig kaputte Frequenzgang, der sich auf der Platte befindet, wird dann bei der Wiedergabe durch den Entzerrvorverstärker wieder gerade gebogen. Die RIAA-Kennlinie ist übrigens bei 24kHz zu Ende, das heißt es werden *nie* Frequenzen > 24kHz auf eine Platte aufgezeichnet. Dort werden nämlich die Beschleunigungen für den Schneidstichel dann so groß, dass dieser abbrechen würde. Das Ganze wird über einen Tiefpass beschränkt.
Die Maxisingle übrigens wurde weniger der hohen Frequenzen wegen "erfunden", sondern vor allem wegen des größeren Abstandes von Rille zu Rille und damit der Möglichkeit, höhere Amplituden und größere Dynamik aufzuzeichnen.
Nein, nicht nur. Die Single hat eine höhere Abspielgeschwindigkeit, damit man bei ihrem kleinen Durchmesser wenigstens ein bisschen die höheren Frequenzen aufzeichnen kann. Und die Maxisingle wurde erfunden, damit nochmal mehr Bahngeschwindigkeit da ist. Bei einer Schallplatte liefert also tatsächlich eine Maxisingle die beste Tonqualität ab. Am äußeren Rand kommt man dann vielleicht tatsächlich in die Gegend von theoretisch 30kHz. Die aber aufgrund der RIAA-Kennlinie trotzdem nie aufgezeichnet werden, sondern wie gesagt mit einem starken Tiefpass weggefiltert werden. Mehr Pegel ist dort tatsächlich auch möglich, aber viel mehr geht nicht. Das sieht man daran, dass Maxi-Singles trotz allem eine sehr lange Auslaufrille haben, also theoretisch noch jede Menge Platz wäre, den man aber gar nicht nutzen kann, weil der Pegel sich eben nicht beliebig erhöhen lässt.
Was die grundsätzliche mechanische Speicherung und Abtastung betrifft, wird Deine Behauptung, das sei rein mechanisch völlig unmöglich, von der TED-Bildplatte widerlegt: Bei vergleichbarem Durchmesser und damit vergleichbarem Umfang ergibt sich mit 1500 Umdrehungen eine Bahngeschwindkigkeit von 1100,9 cm/s, also das rd. 45-fache - trotzdem konnten die damit 3 MHz (also das 100-fache der 30 kHz bzw. 0,0037 mm Wellenlänge) aufzeichnen und mechanisch abtasten...
Ja, aber nur mit der Vertikalaufzeichnung und auch nicht mehr mit Vinyl, sondern anderen Kunststoffen, die deutlich dünnere "Stege" erlauben. Auch wenn Du die Schallplatte mit 1500rpm rotieren lassen würdest, kämst Du nie und nimmer auf 3MHz.

Gruß,

Hagge
Zuletzt geändert von hagge am Mi 28. Jul 2010, 17:56, insgesamt 1-mal geändert.

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#25

Beitrag von wohliks » Mi 28. Jul 2010, 18:29

hagge hat geschrieben:Hmm, wie erkläre ich das.[...] um die Breite dieser Ausbuchtungen, im Bild mit <--x--> bezeichnet. Je höher die Frequenz ist, desto näher rücken ja die Schwingungen horizontal zusammen, desto schmaler wird also dieses x.
Jetzt habe ich verstanden, worauf Du hinauswillst - und gleich wieder was zu meckern :wink: : So, wie Du das hier darstellst, sieht eine Rille nämlich nicht aus - das Modell stimmt noch halbwegs für tiefe Frequenzen, nicht aber für hohe, denn da wird die Auslenkung im Verhältnis zur Wellenlänge immer geringer - damit die Schnelle nicht einen Grenzwert überschreitet, der weder vom Schneidstichel noch von der Nadel bewältigt werden kann. Außerdem gab es die Seitenschrift nach Emil Berliner nur bei Schellack-Platten.

Erschwerend kommt nun noch dazu, dass:

1. Bei Stereo die beiden Stereokanäle im 45-Grad Winkel in die beiden Rillenflanken geschrieben werden (Flankenschrift), die Nadel wird also nicht mehr rein horizontal ausgelenkt wie in Deinem Beispiel, sondern je nach Inhalt der Stereokanäle in einer Mischung aus Tiefen(Mono)- und Horizontalschrift.

2. Der Träger bei CD4 in beiden Stereokanälen überlagert wird, was prinzipiell einer Monoaufzeichnung in Tiefenschrift gleichkommt, also die Nadel nur vertikal ausgelenkt wird, womit das von Dir geschilderte - auf Horizontalauslenkung bezogene - Problem nicht zum Tragen kommt.
Das heißt der Auslenkwinkel für die Nadel wird immer steiler,
..wird er eben nicht, weil wegen der begrenzten Schnelle mit steigender Frequenz die Auslenkung abnimmt...
Genau das Umgekehrte passiert aber bei der Schallplatte. Durch die sog. RIAA-Kennlinie wird der Frequenzgang völlig verzerrt, so dass die Bässe abgesenkt werden (sie würden eine zu hohe Auslenkung bewirken, weswegen die Rillen zu weit auseinander liegen müssten und nur noch wenige Minuten Musik auf die Platte passen würden) und die Höhen massiv verstärkt werden, damit sie überhaupt noch eine Auslenkung bewirken.
Stimmt prinzipiell, aber da ist wieder dieses lästige Thema "Schnelle": Die Auslenkung wird mit hohen Frequenzen immer geringer - in der Tat werden die Tiefen abgesenkt, damit die Auslenkung im Rahmen bleibt, aber die Höhen werden mit viel geringerer Auslenkung geschrieben als Du für Dein Modellbeispiel annimmst...
das heißt es werden *nie* Frequenzen > 24kHz auf eine Platte aufgezeichnet. Dort werden nämlich die Beschleunigungen für den Schneidstichel dann so groß, dass dieser abbrechen würde. Das Ganze wird über einen Tiefpass beschränkt.
Diese Beschleunigung hängt von der Schnelle ab und kann daher durch Wahl des geeigneten Pegels für das Trägersignal begrenzt werden, so dass auch höhere Frequenzen (mit geringem Pegel) geschrieben werden können - wie eben beim CD4-Verfahren...
Die aber aufgrund der RIAA-Kennlinie trotzdem nie aufgezeichnet werden, sondern wie gesagt mit einem starken Tiefpass weggefiltert werden.
Bei normalen Schallplatten (und wohl beim L/R-Signal der CD4-Platte) schon, bei der CD4-Quadro-Schallplatte kommt aber zum Audiosignal dann eben der 30-Khz-Träger noch dazu...

Ich schreib' hier keinen Quatsch - das Verfahren gab es wirklich in den 70er Jahren - also war es nicht technisch unmöglich. Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, dass für CD4 (teure) spezielle Tonabnehmersysteme mit (teuren) speziell geschliffenen Abtastdiamanten nötig waren - ganz so trivial war das Ganze also in der Tat nicht...
Ja, aber nur mit der Vertikalaufzeichnung und auch nicht mehr mit Vinyl, sondern anderen Kunststoffen, die deutlich dünnere "Stege" erlauben.
Bei Tiefenschrift sind doch in diesem Sinne gar keine "Stege" vorhanden: Die Nadel wird durch die Tiefe der Rille ausgelenkt.

Gruß Bernhard

EDIT: PS: Wir sind ganz schön abgeschwiffen :wink: ... ...vielleicht sollten wir es damit jetzt mal bewenden lassen - die 70er Jahre sind ja nun schon ein Weilchen her und die Technik, über die wir hier diskutieren, steht allenfalls noch im Museum oder bei Sammlern...
Zuletzt geändert von wohliks am Mi 28. Jul 2010, 19:22, insgesamt 9-mal geändert.
Grund: sachliche Ausbesserungen
Gruß Bernhard

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#26

Beitrag von hagge » Do 29. Jul 2010, 10:47

wohliks hat geschrieben:So, wie Du das hier darstellst, sieht eine Rille nämlich nicht aus - das Modell stimmt noch halbwegs für tiefe Frequenzen, nicht aber für hohe, denn da wird die Auslenkung im Verhältnis zur Wellenlänge immer geringer - damit die Schnelle nicht einen Grenzwert überschreitet, der weder vom Schneidstichel noch von der Nadel bewältigt werden kann.

Genau diesem Punkt wird aber ja mit der RIAA-Kennlinie wieder stark entgegen gewirkt, so dass eben doch bei den Höhen noch recht ordentliche Auslenkungen da sind.
Außerdem gab es die Seitenschrift nach Emil Berliner nur bei Schellack-Platten.
Die Dimension spielt aber doch gar keine Rolle. Ob diese schmale Stegwand nun links und rechts oder unterhalb der Rille ist, ist doch egal. Fakt ist, dass sie abreißen, wenn sie zu dünn werden.
Bei Tiefenschrift sind doch in diesem Sinne gar keine "Stege" vorhanden: Die Nadel wird durch die Tiefe der Rille ausgelenkt.
Dann sind die Stege eben in Form von mehr oder weniger langen Buckeln unter der Nadel und die Nadel "mäht" die zu kurzen Buckel sozusagen ab oder biegt sie wie Grashalme um. Das Problem besteht aber weiterhin.

Aber ich stimme Dir zu, wir sind zu weit abgewichen. Ich möchte das Thema aber nicht beenden, ohne eine Webseite zu nennen, die hier wirklich ganz tolle Informationen bietet: http://www.hifimuseum.de. Dort, speziell im Unterkapitel Archivierung von Tönen gibt es ein 350 Seiten langes Buch eines Engländers (Mitarbeiter der BBC), der all diese Techniken sehr ausführlich beschreibt. Da geht es seitenweise über die ganzen Kennlinien vor 1955 und auch die ganzen verschiedenen Versuche zu Mehrkanal-Techniken auf Schallplatten inklusive Quadrophonie sind dort ansprechend und ausführlich erklärt. Zum Thema CD4 steht da unter anderem:

"The channels comprising the left-front and left-back sounds were matrixed using conventional ?sum-and-difference? techniques. The sum-signal was cut onto the left-hand groove wall with the usual equalisation in the usual manner, so the special CD-4 pickup could also be used for playing conventional stereo discs. The difference-signal was encoded using JVC?s ?ANRS? noise reduction system (section 9.7), and modulated an ultrasonic carrier at 30kHz. (This was actually frequency-modulated below 800Hz and phase-modulated above 800Hz, the total passband being 20-45kHz). The right-front and right-back channels were cut on the right-hand groove wall in a similar manner. Reproduction used a pickup with a response to ultrasonic frequencies, fed directly to a CD-4 decoding box.
[...]
The ultrasonic-carrier principle strains analogue disc technology to the limit; it is much less likely that vinyl bearing such grooves will have a long shelf-life. Pickup cartridges with a response to 45kHz and good crosstalk figures are essential, and it is much less likely that these will be available in future decades. Even if they were, supplies of ?Shibata? diamonds (section 4.11) will also be scarce. Finally, it is known that one playing with a normal stereo pickup is enough to wipe the information from the ultrasonic carrier, [...]"


Das zeigt, dass meine Logik nicht ganz falsch ist und schon das einmalige Abspielen mit einer normalen Stereonadel ausreicht, all diese Hochfrequenz-"Ausbuchtungen" wegzusäbeln. Wie Du auch sagst, waren dazu ganz spezielle, vermutlich hochfeine und ultraleichte Nadeln notwendig, damit es überhaupt funktioniert und selbst dann haben sie nicht allzu viele Abspielvorgänge überlebt.

Gruß,

Hagge

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#27

Beitrag von wohliks » Do 29. Jul 2010, 20:08

hagge hat geschrieben:Ich möchte das Thema aber nicht beenden, ohne eine Webseite zu nennen, die hier wirklich ganz tolle Informationen bietet: http://www.hifimuseum.de. Dort, speziell im Unterkapitel Archivierung von Tönen gibt es ein 350 Seiten langes Buch eines Engländers (Mitarbeiter der BBC), der all diese Techniken sehr ausführlich beschreibt.
Das ist allerdings wirklich eine äußerst interessante Seite - da werde ich 'ne Weile zu schmökern haben, danke für den Tipp... :thanks:

Gruß Bernhard
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