2

Vorwort

Hiermit erkläre ich an Eides statt, diese Arbeit selbstständig und unter Nutzung keiner anderen als der angegebenen Quellen verfasst zu haben.

Mainz, 18.04.2006

Benjamin Kühnl

3

Inhaltsverzeichnis

Vorwort   2

Inhaltsverzeichnis.   3

1.  Einleitung  4

2.  Definition der Audio-C:D Der Red Book-Standard.  6

2.1  Der Aufbau der Audio-CD  6

2.2  Das Kontrollbyte  7

2.3  Die Fehlerkorrektur der Audio-CD  10

2.4  Datenkodierung  12

2.5  Das Speicherverfahren.  13

3.  Erweiterungen der Audio-CD  13

4.  Orange Book (Part II): Die Spezifikation der CD-R.  14

4.1  Eigenschaften der CD-R.  14

4.2  Die verschiedenen Schreibmodi  15

5.  Unterschiede und Eigenschaften von Rohlingen  17

5.1  Die verschiedenen Rohlingstypen  17

5.2  Materialien der Rohlinge - Reflexionsschichten und Farbstoffe  18

6.  Der Schreibvorgang.  21

6.1  Ermittlung der Parameter durch den CD-Rekorder.  21

6.2  Schreibstrategien  22

6.3  Besondere Technologien der CD-Brenner  23

7.  Fehlerüberprüfung eines CD-Masters.  26

7.1  Die möglichen Fehler  26

7.2  Programme zur Fehlerüberprüfung  29

8.  Schreibgeschwindigkeit.  31

8.1  Probleme beim Erhöhen der Geschwindigkeit  31

8.2  Überprüfung von unterschiedlich schnell gebrannten CDs.  33

9.  Kapazitäten von Rohlingen  36

9.1  Methoden zum Erhöhen der Kapazität  36

9.2  Überbrennen  37

10.  Häufige Mängel von Rohlingen.  37

11.  Zusammenfassung  40

Quellenangaben   42

4

1. Einleitung

Die vor 24 Jahren entwickelte CD-DA (Compact Disc Digital Audio) ist das Standard-Medium für den Verkauf von Musik-Alben und noch immer aktuell. Ein Ersatz durch die DVD-Audio oder eines anderes Medium ist bislang nicht in Sicht und auch die sich auf dem Vormarsch befindlichen Mp3-Songs zum Download von Musikbörsen werden oft weiterhin auf Audio-CD gebrannt. Als Mastering-Medium (technisch: Premastering-Medium) für die Vervielfältigung von CDs hat sich in den letzten Jahren die CD-R (Compact Disc Recordable) in den Tonstudios weit verbreitet. Sie wird von jedem Presswerk akzeptiert, ist extrem günstig und ein CD-Master kann sehr schnell erstellt werden. Häufig jedoch wird die CD-R von Profis der Audio-Branche beschimpft oder nur ungern benutzt, weil sie sehr anfällig für Fehler ist, die jedoch nicht etwa durch Konstruktionsfehler des Mediums entstehen. Der Markt ist überflutet mit CD-Rohlingen von unzähligen verschiedenen Herstellern beziehungsweise Marken, die die Medien in den unterschiedlichsten Preisklassen und Verpackungen anbieten. Diesen Verpackungen sieht man zudem meistens nicht an, was sich tatsächlich im Innern verbirgt - kauft man einen Marken-Rohling, bedeutet dies keineswegs, dass der Rohling tatsächlich von dieser Marke hergestellt wurde. Des Weiteren werden gleichartige CD-Rohlinge aus verschiedenen Materialien gefertigt, die die Qualität des Rohlings beeinflussen. Auch bei der Auswahl eines CD-Brenners stehen einige Dutzend zur Auswahl. So entstehen Inkompatibilitäten zwischen CD-Rohling und CD-Rekorder, die zu schlechten Ergebnissen führen. Früher gab es dergleichen Probleme nicht. Für das Mastering-Medium „U-Matic 1630“ beispielsweise, das jahrelang ein Standard in Mastering-Studios war, existiert ein Standard-Gerät, der Sony PCM-1630 Prozessor, und das passende Band dafür - auf diese Weise konnte es nie zu Inkompatibilitäten kommen. Die Wichtigkeit eines möglichst hochwertigen Masters liegt auf der Hand: Alle Fehler, die bei der Erstellung des Masters gemacht werden, sind auf den vervielfältigten CDs ebenfalls vorhanden und können dazu führen, dass die CDs von vielen CD-Playern nicht abspielbar sind. Ein sorgfältig vorgehendes Presswerk sollte zwar jedes fehlerhafte CD-Master zurückweisen, jedoch geschieht dies in manchen Fällen nicht und alle gepressten CDs sind unbrauchbar. In Kapitel 5 werden die Eigenschaften der verschiedenen Rohlingstypen und die

5

verwendeten Materialien betrachtet, um herauszufinden, welche Rohlinge am besten für die Master-CD-Erstellung geeignet sind.

Zuvor jedoch werden in Kapitel 2 die Grundlagen der Audio-CD betrachtet. In dieser Arbeit soll allerdings nicht jedes technische Detail der Audio-CD aufs Genaueste durchleuchtet werden, denn dafür kann man für 150 Euro das „Red Book“ bei Philips erwerben oder in diversen Handbüchern über Audiotechnik nachlesen. In diesen steht jedoch nicht, wie man beim Erstellen eines CD-Masters am besten vorgeht. Das Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, alle relevanten Informationen zur Anfertigung eines weitestgehend fehlerfreien und qualitativ hochwertigen CD-Masters zusammenzustellen, die das Medium selbst betreffen. In Kapitel 2 werden deshalb nur die Grundlagen vermittelt, die benötigt werden, um den Aufbau, das Datenformat und die Fehlerkorrektur der Audio-CD zu verstehen, während die detaillierte Untersuchung mathematischer Kodierungsverfahren und anderer für die Tonstudio-Praxis irrelevanter Faktoren außer Acht gelassen wird.

Ein großer Unsicherheitsfaktor bei der Erstellung eines CD-R-Masters sind die vielen Gerüchte, die um das Brennen von CDs kursieren - zum Beispiel die allseits bekannte Aussage, eine hohe Schreibgeschwindigkeit verschlechtere die Audio-Qualität der CD. Die Entstehung solcher Gerüchte liegt vor allem daran, dass die CD-R neben der Nutzung im professionellen Audio-Bereich auch ein „Consumer-Format“ ist und somit von Millionen von Menschen genutzt wird, die ihre oft fragwürdigen Erfahrungen und Erkenntnisse zum Beispiel in Internet-Foren verbreiten. Es ist schwer, sichere Bestätigungen für solche Aussagen zu finden, und so muss man selbst ausprobieren, was die besten Ergebnisse liefert - womit man dem nächsten Problem gegenübersteht: Wie überprüft man, ob die gebrannte Master-CD tatsächlich fehlerfrei und damit geeignet für die Vervielfältigung im Presswerk ist? Die Fehler sind meistens nicht hörbar; können jedoch bewirken, dass die CD auf manchen CD-Playern nicht richtig abgespielt werden kann, auch wenn sie im hauseigenen CD-Player vielleicht einwandfrei läuft. Deshalb werden in Kapitel 7 die möglichen Fehler und ihre Bedeutung erläutert und die Möglichkeiten zur Fehlerüberprüfung einer gebrannten CD untersucht.

Weitere Unklarheiten herrschen oft bei den verschiedenen Möglichkeiten, eine CD zu brennen: Es stehen unterschiedliche Schreibmodi wie Disc-at-once und Track-at-once

6

zur Verfügung; man kann direkt aus dem Arrangement einer DAW-Software (DAW = Digital Audio Workstation) brennen, eine CD-R ‚überbrennen’, also die eigentlich zulässige Gesamtlänge überschreiten, CD-Text hinzufügen oder eine CD-Extra erstellen. Bei all diesen Möglichkeiten stellt sich dem Anwender insbesondere eine Frage: Was ist erlaubt, wenn die CD im Presswerk vervielfältigt werden soll? Dieser Frage soll bei der Untersuchung der verschiedenen Themen grundsätzlich Beachtung geschenkt werden.

2. Definition der Audio-CD: Der Red Book-Standard

2.1 Der Aufbau der Audio-CD

Sämtliche Eigenschaften einer Audio-CD oder auch CD-Digital-Audio (CD-DA) sind im so genannten Red Book festgelegt, das 1980 von Philips und Sony veröffentlicht und seitdem kontinuierlich überarbeitet wurde. Das Red Book, auch bezeichnet als IEC 908-Standard, ist die Grundlage für alle anderen CD-Standards wie die CD-ROM (Yellow Book) oder die CD-Extra (Blue Book) ^{1, 2} . Im Red Book sind zunächst sämtliche physischen Eigenschaften der Audio-CD festgelegt, wie zum Beispiel der Durchmesser der CD-Scheibe, deren Höhe oder die Größe des Lochs in der Mitte der CD. Wie auf der analogen Schallplatte befindet sich auf der CD eine Spur, die von einem Lesekopf ausgelesen wird. Anstelle von analogen Wellenformen enthält diese jedoch Binärdaten in Form von Pits und Lands (Vertiefungen und Ebenen). Die genaue Größe dieser Pits ist ebenfalls durch das Red Book vorgeschrieben, genauso wie die Breite der Spur und die zulässigen Schwankungen in der Höhe der Spur ^{3, 4, 5} .

Die Daten einer CD nach dem Red Book-Standard sind in verschiedene Sektoren aufgeteilt, die folgende Struktur aufweisen: Eine Sekunde der CD enthält 75 physikalische Sektoren; ein physikalischer Sektor ist 3234 Bytes groß. Ein solcher Sektor ist wiederum in 98 Frames unterteilt, die somit jeweils 33 Bytes groß sind ^{6, 7} . Dieser Frame enthält nun 24 Bytes an Audiodaten, 1 Kontrollbyte und 8 Byte für die Fehlererkennung und -korrektur (CIRC-Kodierung) ^{8, 9, 10, 11} .

Abbildung 1: Die Organisation der Daten auf der Audio-CD

Die 24 Byte an Audiodaten in einem Frame setzen sich folgendermaßen zusammen ^{12, 11} :

6 Audiosamples · 2 Kanäle [Stereo] · 2 Bytes pro Sample [= 16 Bit] = 24 Byte Multipliziert man die 6 Audiosamples mit 98 Frames und 75 Sektoren, erhält man mit 44.100 Samples pro Sekunde die Samplerate der CD ^{13, 4, 14} .

2.2 Das Kontrollbyte

Die 8 Bits im Kontrollbyte sind mit den Buchstaben P, Q, R, S, T, U, V und W benannt. Die korrespondierenden Bits in den 98 Frames eines Sektors bilden zusammen einen Subchannel (im Folgenden vereinfacht „Kanal“ genannt).

8

Relevant für eine einfache Audio-CD sind nur Kanal P und Q; für CD-Text werden die Kanäle R-W verwendet ^{1, 5, 15} . Kanal P kennzeichnet lediglich Anfang und Ende der Audio-Tracks (Titel); ansonsten stehen die Bits in diesem Kanal immer auf „0“. In der Praxis wird Kanal P von den CD-Playern ignoriert, da diese sich alle benötigten Informationen aus Kanal Q holen können ^{1, 16, 17} . In diesem befinden sich folgende Daten: Kontrollinformationen (CTRL-Bits = Control Bits), Adressierung (ADR-Bits), Steuerdaten (Q-Daten) und eine Fehlererkennung für die aufgezählten Informationen (CRCC = Cyclic Redundancy Check Code). All diese Informationen bestehen jeweils aus zwei Bits und liegen für jeden einzelnen Titel der CD vor ^{18, 13, 1, 9} .

2.2.1 Kontrollinformationen (CTRL-Bits)

Die Kontrollinformationen beinhalten folgendes:

• Anzahl der Audio-Kanäle: Hier wird festgelegt, ob es sich um ein zwei- oder ein vierkanaliges Signal handelt. Die Unterstützung für vier Kanäle auf der CD wurde jedoch nie implementiert ¹ .

• Preemphasis: Beim Erstellen der CD wird hierdurch festgelegt, ob der CD-Player den jeweiligen Titel mit oder ohne Preemphasis - eine Methode zur Rauschminderung - abspielen soll. Bei der Preemphasis durchläuft das Audiomaterial ein Filter, das den Höhenbereich anhebt. Der CD-Player erkennt dann, dass das Preemphasis-Bit auf „1“ gesetzt wurde (das zweite Bit bleibt ungenutzt) und führt eine Höhenabsenkung, die so genannte Deemphasis, durch. Dabei wird Rauschen mit abgesenkt ¹⁷ . Davon abgesehen, dass die Verwendung der Preemphasis eine Verringerung des Gesamtpegels der CD zur Folge hat, da für das Anheben der Höhen bis zu 5 dB Headroom benötigt werden ³ , wird sie von den meisten modernen CD-Playern nicht mehr unterstützt und sollte deshalb vermieden werden.

• DCP: DCP steht für „Digital Copy Permitted“ (Digitale Kopie erlaubt) und kann beim Erstellen der CD mit „Ja“ oder „Nein“ beantwortet werden. Es ist Teil des „Serial Copy Management Systems“ (SCMS), welches die einfache Sicherheitskopie von digitalen Audio-Medien erlauben, eine mehrfache Vervielfältigung jedoch verhindern soll ⁵ . Wenn man beim Mastering DCP verneint, stehen die Bits auf „10“. Das bedeutet, dass eine einzige Kopie erlaubt

9

ist. Erfolgt diese Kopie auf digitalem Weg, wird die DCP-Information mit übertragen und der Rekorder setzt bei dem Medium, auf das überspielt wird, die DCP-Bits auf „11“. Das bewirkt, dass von dieser Kopie keine weiteren digitalen Kopien mehr erstellt werden können. Natürlich können jedoch unbegrenzt Kopien vom Original erstellt werden, was diesen Kopierschutz sehr unwirksam macht ^{16, 19} . Davon abgesehen ignorieren sowohl professionelle Geräte als auch Computer-Soundkarten und -Laufwerke die DCP-Information.

DCP bringt jedoch keinerlei Inkompatibilitäten oder andere Nachteile mit sich und kann daher nach Belieben verwendet werden.

• Audio-Signale oder Daten: Mit der Entwicklung weiterer CD-Standards wie der CD-ROM (Yellow Book) wurden diese vorher undefinierten Bits in den Red Book-Standard implementiert, welche kennzeichnen, ob es sich bei dem Titel um Daten oder um Audio-Signale handelt.

2.2.2 Adressierung (ADR-Bits)

Die Q-Daten können drei verschiedene Modi annehmen. Die Adressierung teilt dem CD-Player mit, in welchem Modus sich die Q-Daten des jeweiligen Titels befinden ^{18, 1, 9, 20} .

2.2.3 Q-Daten

In Modus 1 können die Q-Daten zwei verschiedene Arten von Informationen beinhalten. Handelt es sich um den „Lead-in-Track“ der CD, befindet sich in den Q-Daten das Inhaltsverzeichnis (TOC = Table of Contents). Der Lead-in-Track wird grundsätzlich an den Anfang einer Audio-CD geschrieben und vom CD-Player nach dem Einlegen der CD zuerst ausgelesen. Das Inhaltsverzeichnis listet alle Titel inklusive ihrer Startzeiten und der Titelnummern, die der CD-Player anzeigen soll, auf ¹ .

Handelt es sich um einen Audio-Titel, beinhalten die Q-Daten dessen Nummer, Spielzeit, die absolute Spielzeit bezogen auf den Beginn des ersten Titels, sowie eventuell enthaltene Indizes (am CD-Player anwählbare Punkte innerhalb eines Titels). Die Zeitangaben erfolgen in Minuten, Sekunden und Frames, wobei eine Sekunde 75 Frames beinhaltet ^{1, 9, 7, 20} . Da für die Titelnummer nur zwei Ziffern zur