Wer ist näher am Original?

Beim Test des Cyrus 40 ST tauchte sie wieder auf, die alte Frage. Klingt eine CD besser als dasselbe Album aus dem Netz? Die einen halten Streaming für bequem, aber klanglich unterlegen. Die anderen sehen im HiRes-Stream mit 24 Bit den klaren Sieger über die 16-Bit-CD. Wir haben deshalb nachgemessen, Bit für Bit.

Ist Hören das Mass aller Dinge?

Individuelle, subjektive Wahrnehmungen über Klang und deren Beschreibung allein können die Frage nicht zweifelsfrei beantworten. Die Hörwahrnehmung von zwei Individuen ist nie absolut identisch und ist somit für andere nicht eindeutig nachvollziehbar. Die Hörinterpretation im Hirn wird durch die Hörerfahrung, Erwartungshaltung und durch Überzeugungen (Erwartungseffekt) beeinflusst.

Somit sind ergänzend eindeutig reproduzierbare Messgrössen sehr hilfreich, um das Gehörte zu stützen oder eben auch anzuzweifeln, wenn die Erwartung dem Ohr einen Streich gespielt hat.

Wie stützt oder widerlegt man objektiv das Gehörte?

Die in den Gerätespezifikationen aufgeführten klassischen Einzelmesswerte sind präzise, aber nur schwer interpretierbar. Alternativ bietet sich die Signalwellenform als Mess- respektive Vergleichsgrösse an. In der Signalwellenform bündeln sich sowohl sämtliche Einzelmesswerte als auch die Einflüsse der Signalübertragung und -verarbeitung.

Beim Vergleich der Signalwellenform eines Musikstücks mittels Nulltest – zum Beispiel vor und nach der D/A-Wandlung – resultiert die Differenz zwischen den beiden Wellenformen. So lässt sich grafisch und zahlenmässig ermitteln, wie gut die beiden Wellenformen übereinstimmen. Ob die Differenz hörbar ist, lässt sich daraus nur abschätzen.

Die Signalwellenform wird oft zur grafischen Darstellung von Sprache und Musik verwendet. In der Zoom-Ansicht wird die Wellenform sichtbar. In der Schallplattenrille ist die Wellenform mechanisch gespeichert.

Der Nulltest mittels DeltaWave-Software ist im Soft- wie im Hardwarevergleich einsetzbar, für analoge und digitale Audioformate. Die Nulltest-Resultate dienen als Anker zur Einordnung der subjektiven Hörwahrnehmung, denn Fehler bei der Reproduktion müssen nicht zwingend vom Hörer als negativ empfunden werden, wie im Testbericht zum Cyrus 40 ST beschrieben.

Wie funktioniert der Nulltest?

Bevor wir im Praxistest mit dem Cyrus 40 ST die Kernfrage des Artikels beantworten, noch einen Blick darauf, wie der Nulltest abläuft.

DeltaWave gleicht Zeitversatz, Pegel und Taktdrift zweier nahezu identischer Dateien an. Dann wird die Vergleichsaufnahme B invertiert und zur Referenz A addiert, also A minus B. Je kleiner das Restsignal, desto ähnlicher die Dateien.

Die Referenzaufnahme als Ausgangspunkt für den Dateivergleich (Nulltest)

Wie bestimmt man die Referenzdatei, den Massstab für den Dateivergleich? Beim Vergleich von CD und Stream dient der Rip der CD als Referenz. Wo es keine CD gibt, wie bei der HiRes-Aufnahme am Schluss, nehmen wir den Download von Qobuz. Die CD wird mit dBpoweramp ausgelesen und mit AccurateRip geprüft, um eine digitale Referenzdatei zu erhalten, sei es für den Vergleich mit dem Download oder dem Stream.

Beim AccurateRip-Prinzip vergleicht dBpoweramp die ausgelesenen Audiodaten einer CD anhand von Prüfsummen mit den Ergebnissen anderer Nutzer in einer Online-Datenbank. Stimmen die Werte überein, gilt der Rip mit hoher Wahrscheinlichkeit als bitgenau. Bei Abweichungen liest das Programm problematische Stellen erneut aus und weist auf mögliche Lesefehler oder abweichende CD-Pressungen hin.

CD vs. Streaming: die Testanlage mit dem Cyrus 40 ST

Zu Beginn gehen wir der Frage nach, ob die Daten aus dem Internet durch den langen Übertragungsweg verlustbehaftet sind.

Cyrus 40 ST.

Die aus dem Internet ankommenden Daten sind am Digital-Ausgang (Coax und optisch) des Cyrus 40 ST verfügbar und können von dort in der Adobe Audition Digital Audio Workstation aufgezeichnet werden.

Der Streamer stellt die Daten aus dem Internet am Digitalausgang bereit, im Test am Coax-Ausgang des Cyrus 40 ST. Dort zeichnet die DAW eine Kopie auf (2a), noch vor jeder D/A-Wandlung. So lässt sich der Stream Bit für Bit mit dem CD-Rip vergleichen.

Kontrollweg über den PC. Die Qobuz-Desktop-App gibt im Modus WASAPI Exklusiv über die Asus Xonar U7 MKII aus, das RME ADI-2 Pro FS zeichnet das S/PDIF-Signal auf.

Internet-Streaming und -Download sind nicht das Gleiche

Ob wir Musik von Qobuz auf unseren Musikserver herunterladen oder in Echtzeit über unseren Streamer hören, ist technisch ein Unterschied. Der Download ist nicht zeitkritisch, das Streamen aber schon. Somit könnte man annehmen, dass zwischen der CD und dem identischen Download einerseits und der gestreamten Variante ein hörbarer Unterschied sein muss, dass Streaming ungenauer ist.

Bei Musikwiedergabe ab dem Qobuz-Server wird nicht Sample für Sample in Echtzeit aus dem Internet zum Streamer geschickt. Stattdessen sendet der Server Datenpakete in einem mehrstufigen Pufferprozess.

Die Streaming-Infrastruktur – vom Qobuz-Server zum Streaming-Gerät

Qobuz liefert die FLAC-Daten in Paketen über regionale Caches (CDN). Der Streamer puffert sie, decodiert sie zu PCM und liest sie mit eigenem Takt aus dem Audio-Puffer. Schwankungen im Netz erreichen den DAC so nicht, solange der Puffer reicht.

Die ankommenden Datenpakete werden zwischengespeichert (Buffer) und von FLAC in einen PCM-Datenstrom decodiert. Den Takt gibt der Streamer selbst vor. Sein Oszillator liest die Samples im richtigen Tempo aus dem Puffer, für den DAC oder den Digitalausgang (S/PDIF). Wann die Pakete aus dem Netz eintreffen, spielt keine Rolle, solange der Puffer nicht leerläuft. Der 40 ST gibt die Daten bitgenau weiter, wie die Nulltest-Resultate zeigen werden.

Auch die CD sichert ihre Daten ab. Der CD-Spieler korrigiert Lesefehler mit der Reed-Solomon-Fehlerkorrektur (CIRC) und interpoliert, wenn das nicht reicht. Ein zweites Lesen gibt es in Echtzeit nicht. Im Internet fordert TCP fehlerhafte oder verlorene Pakete dagegen so lange neu an, bis alles vollständig angekommen ist.

Nulltest-Resultate – DeltaWave-Auswertung

Für den Test wurden vier Alben aus der CD-Sammlung des Autors ausgewählt.

Die vier Testalben aus der CD-Sammlung des Autors. Bei Dodo Hug und Aaron Neville sind CD und Stream bitgleich, bei Jackson Browne stammen sie aus unterschiedlichen Transfers, bei Dire Straits steht ein Remaster gegen die CD.

Identische Testresultate für die beiden Alben belegen die hohe Übertragungstreue des Internet-Transportprotokolls. Die schnurgerade Nulltest-Linie zeigt, dass bei der Addition der beiden Wellenformen keine Differenz vorhanden ist [A+(-B) = A-B].

Kurz gesagt: Die Daten auf den beiden Alben von Aaron Neville und Dodo Hug sind identisch mit den über das Internet gestreamten und am Coax-Digital-Ausgang des Cyrus 40 ST aufgezeichneten Daten. Die Messung ergibt 100 Prozent Bit-Übereinstimmung. CD und Stream sind identisch.

«Ja, aber – kann doch nicht sein, ich weiss doch, was ich höre», dürften jetzt einige Leser anmerken. Nun, es gilt hier, klar zu unterscheiden zwischen der technischen Leistungsfähigkeit eines Systems und der realen, persönlichen Erfahrung, die von vielen Faktoren und Variablen abhängig ist.

Schauen wir uns die Resultate der zwei verbleibenden Alben an, um die Aussage oben besser zu fassen. Ergänzend dazu am Schluss ein Beispiel aus dem Test des Cyrus 40 ST mit einem HiRes-Album.

Pegel und Lautheit sind praktisch gleich, doch die Daten sind nicht bitgleich (DeltaWave meldet «NOT Bit Perfect 0.26 %»).

Die Aufnahme von Jackson Browne zeigt, dass beim Vergleich von CD und Stream Überraschungen möglich sind. Was hier vorliegt, ist aussergewöhnlich. Gehörmässig ist zwischen den beiden Varianten kein Unterschied feststellbar. Die Messwerte für Pegel, Loudness-Range und Spitzenpegel sind praktisch identisch. Dennoch ist das Ganze weitab von Bit-perfekt und feine Abweichungen bei der Signalwellenform (Bild unten) sind sichtbar. Das Spektrum des Differenzsignals zeigt ein regelmässiges, kammartiges Muster. Zufällige Übertragungsfehler sähen anders aus. Die Aufnahmen über den Cyrus 40 ST sowie ab Computer mit der Qobuz-Desktop-App lieferten identische Resultate.

avguide.ch meint

Unsere Folgerung lautet, dass CD und Stream nicht vom selben digitalen Transfer stammen. Welche Fassung näher am Masterband liegt, kann der Nulltest nicht sagen. Er zeigt aber, dass er auch feinste, nicht hörbare Abweichungen im Audiosignal aufdeckt.

Identische LUFS-Werte. Die 0,1-dB-Pegeldifferenzen sind nicht hörbar. Die Wellenform mit kleinen Abweichungen zwischen CD-Original und Stream. Ob der «Fehler» beim CD- oder beim Stream-Master liegt, ist mit diesem Nulltest nicht feststellbar.

Dass CD und Remaster nicht identisch sein können, ist klar.

Ein Remaster ist eine neue Bearbeitung des Originals. Ob sie Unzulänglichkeiten behebt oder ob eine gute Aufnahme mit Dynamikkompression, Lautstärkeanhebung und Equalizer auf «modern» getrimmt wird, definiert der Begriff Remaster nicht.
Das Beispiel Dire Straits soll aufzeigen, wie ein Nulltestresultat bei einem Remaster aussieht. Das Differenzsignal belegt den Unterschied und im Spektrogramm sieht man durch Farbcodierung, in welchen Bereichen eingegriffen wurde.

Praxisbeispiel mit dem Cyrus 40 ST

Die folgende Grafik fasst einige Resultate mit einer 24-Bit/96-kHz-Datei zusammen (Telemanns Suite in a-Moll TWV 55:a2, gespielt von Giovanni Antonini und Il Giardino Armonico). Der Test beinhaltet Messungen (Aufnahmen) ab dem analogen und dem digitalen Ausgang des Cyrus 40 ST. Mit Hör- und Nulltestauswertungen wurde auch die Wirkung der verschiedenen Rekonstruktionsfilter erarbeitet.

Da eine Aufnahme am analogen Ausgang eine D/A-Wandlung im Streamer mit anschliessender A/D-Wandlung im Audio-Interface der DAW bedingt, muss für die Interpretation der Messwerte ein anderer Massstab angewendet werden als bei Werten auf rein digitaler Ebene.

Nulltestresultate mit einer HiRes-Aufnahme mit einem möglichen Frequenzspektrum bis 48 kHz (CD = 22,05 kHz maximal). Die Telemann-Aufnahme hat Signalanteile bis knapp über 30 kHz, die allerdings pegelmässig sehr leise sind (Region -90 dBFS).

[1] zeigt das Differenzsignal zwischen dem Download und der gestreamten Datei (Digital-Digital). Bis rund 20 kHz sind die beiden Dateien identisch, darüber nehmen die Abweichungen leicht zu, bleiben aber extrem gering (Differenz im Bereich von 0,002 dB, Messwert PK-Metric –158,4 dBFS). Somit sind keine Klangunterschiede zwischen Stream und der ab Festplatte gespielten Datei hörbar.

[2] Das Frequenzspektrum des Musiksignals von Datei A. Wir sehen das natürliche Spektrum eines rein mit akustischen Instrumenten gespielten Musikstücks (Blockflöte, Streicher, Continuo).

[3] Die Differenz des Frequenzspektrums von Datei A und B. Sind beide Dateien identisch oder nahezu deckungsgleich, zeigt sich eine farblich homogene, grüne Fläche.

[4] Die Differenz des Spektrums zwischen der originalen (digitalen) Datei und dem Musiksignal nach der Rückwandlung in ein analoges Signal am Ausgang des D/A-Wandlers. Abgebildet das Spektrum bei der Wiedergabe mit einem Minimum-Phase-Rekonstruktionsfilter.

[5] Gleiche Ausgangslage wie bei Punkt [4], hier aber mit einem Linear-Phase-Apodizing-Filter.

Wie sind die PK-Metric-Werte zu interpretieren?

Ein PK-Metric-Wert von –158,4 dBFS beim Vergleich digital-digital heisst nahezu identische Dateien. Es sind keine hörbaren Unterschiede vorhanden. Bei den Messungen am Analogausgang liegt die PK-Metric bei –84,6 dBFS (Minimum Phase) und –96,5 dBFS (Linear Phase Apodizing). Je tiefer der Wert, desto näher am Original. Im Hörvergleich waren für uns dennoch feine Unterschiede zwischen den Filtern hörbar.

Fazit

Stammen CD und Stream vom gleichen Master, sind sie bitgleich. Ein Klangunterschied kann dann technisch nicht entstehen, sofern der Streamer die Daten unverändert weitergibt. Die Daten gelangen unverfälscht vom Server zum heimischen Streamer. Dass wir dennoch oft Unterschiede wahrnehmen, kann diverse Ursachen haben. Häufig hören wir schlicht unterschiedliche Master, etwa ein Remaster oder eine für einen anderen Markt angepasste Version des Albums. Aktuelle Pop- und Rockproduktionen werden oft eigens für Streaming gemastert. Auch Pegeldifferenzen zwischen CD und Stream können bei der Wiedergabe einen unterschiedlichen Höreindruck hervorrufen, infolge der Lautstärke-Normalisierung, die etwa Spotify standardmässig auf -14 LUFS einstellt.