Aktuel e Speichermedien

im Audiobereich

von Sebastian Roos

im Seminar ,,Akustik ­ Elektroakustik"

an der Humboldt-Universität Berlin

Fachgebiet Musikwissenschaft

im Oktober 2006

---

Inhaltsverzeichnis

I

E

inleitung

S. 3

II

Optische Medien

S. 4

II .1 Anfänge und Entwicklung

S. 5

II .2 Compact Disc

S. 5

II .3 CD - Herstel ungsprozess

S. 6

II .4 CD-R ­ Medien

S. 6

II .5 CD-RW ­ Medien

S. 6

II .6 SACD (Super Audio Compact Disc)

S. 7

II .7 DVD (Digital Versatile Disc)

S. 7

II .8 DVD ­ Spezifikationen und Formate

S. 8

II .9 EVD (Enhanced Versatile Disc)

S. 9

II .10 FVD (Forward Versatile Disc)

S. 9

II .11 BluRay und HD-DVD

S. 10

II .12 Weitere Formate

S. 10

II .13 Zukünftige Entwicklungen

S. 11

III

Magnetische Medien

S. 11

III .1 Floppy-Disk

S. 11

III .2 Festplatte

S. 11

III .3 ZIP (IOMEGA)

S. 12

III .4 JAZ (IOMEGA)

S. 12

III .5 IOMEGA REV

S. 12

III .6 DAT

S. 12

III .7 ADAT

S. 13

III .8 DTRS

S. 13

IV

Magneto-Optische Medien

S. 13

IV .1 MiniDisc (MD)

S. 13

IV .2 Hi-MD

S. 14

IV .3 Weitere Medien

S. 14

V

Halbleitermedien

S. 15

V .1 Flash-Speicher

S. 15

V .2 Zukünftige Entwicklungen

S. 15

VI

Anhang

S. 17

VII

Literatur

S. 19

---

I. Einleitung

Seit der zufäl igen Entdeckung des Elektromagnetismus durch Hans Christian Oerstedt im

Jahre 1820 [2,5], die ohne sein Wissen den Grundstein für die Entwicklung

verschiedenster Medien zur Schal speicherung legte, ist viel Zeit verstrichen. Obwohl bis

heute auf dem Elektromagnetismus beruhende Verfahren erfolgreich zum Einsatz

kommen, wurden in Folge der Entwicklungen Ende des 19. Jahrhunderts zunächst

mechanische Tongeräte bevorzugt, die auf der direkten Übertragung von

Schal schwingungen in das Speichermedium (und umgekehrt) basierten : Angefangen von

der Walzentechnik des Phonographen von Edison (1877) über die Entwicklung des

Grammophons von Emil Berliner (1887) mit Hartgummi- und später Schel ackplatten, bis

hin zum heutigen Plattenspieler und seinen 1948 erstmals vorgestel ten Vinylplatten. Vor

al em die Möglichkeit der Massenfertigung der Schel ackplatten im Gegensatz zu den

Wachszylindern des Phonographen, und die verbesserte Tonqualität, verhalfen dem

Grammophon nach der Jahrhundertwende zu seinem populären Status.

Über die weitere Entwicklung der heute nur noch in Nischenmärkten anzutreffenden

Vinylplatte aus der Analogtechnik gelangen wir zu einem der vier aktuel relevanten

Teilbereiche der Datenspeicherung, den optischen Medien. Obgleich ihre Speicherung

und Abtastung, auch aufgrund des digitalen Datenformats, auf einem gänzlich anderen

Prinzip aufbaut, ist doch die Form des Mediums (eine Platte) und ihr industriel es

Herstel ungsverfahren (die Masterpressung) in den Grundzügen gleichgelieben.

Doch auch die Forschung auf dem Gebiet der magnetischen Schal peicherungstechnik

blieb nicht stehen : Michael Faraday fand und erforschte zunächst die induktiven Kräfte

einer Spule. Darauf basierend, und auf den Forschungen von Graham Bel (magnetisches

Telefon, 1876) und Charles Tainter (magnetoinduktiver Tonkopf, 1885), entstand die Idee

einer magnetischen Schal aufzeichnung von Oberlin Smith aus dem Jahr 1888. Diese

wurde von Valdemar Poulsen mit Hilfe von magnetisierbarem, auf einer Trommel

aufgerol tem Stahldraht umgesetzt und 1900 als ′Telegraphon′ präsentiert [2]. Darin

enthalten waren nun die Grundzüge der technischen Mechanismen, die letztlich zum

modernen Tonband führten : Ein magnetischer Speicher in Form eines Stahldrahts, die

Spule zur Schal aufzeichnung, sowie Lösch- und Abhörvorrichtungen.

Während die mechanischen Verfahren immer populärer wurden, brachte jedoch erst die

für die Schal verstärkung notwendige Technik das Magnettonverfahren in eine

konkurrenzfähige Ausgangsposition zur Schal platte. Vorteil der Magnettontechnik war

vor al em die Wiederbespielbarkeit der Bänder wie auch die Möglichkeit der Editierung

aufgenommenen Materials.

Mit der Entwicklung der Hochfrequenz-Vormagnetisierung, deren Wirkungsweise 1940

von Walter Weber entdeckt wurde, konnte der Störspannungsabstand bei

Magnetbändern erheblich gesteigert werden [2]. Damit war nun auch eine für damalige

Zeiten hohe Audioqualität erreicht.

Zusätzlich zu den klanggestalterischen Möglichkeiten bei Magnetbändern, z.B. am

Schnittplatz im Tonstudio, eröffnete sich mit dem Tonbandmaterial eine neue ästhetische

Kategorie des künstlerisch-handwerklichen Tonschnitts (Stockhausen sei hier

stel vertretend genannt), die in ihrer digitalen Form in der 1990er Jahren eine Renaissance

erlebte (Clicks&Cuts).

Ab den 30er/40er Jahren des 20. Jahrhunderts entstanden verschiedenste Tonbandgeräte

für den Rundfunk-, Studio- und Hausgebrauch, die in Entwicklungen mündeten, die

teilweise bis heute in Gebrauch sind, so vor al em die Kompaktkassette und

Mehrspurbandmaschinen für die analoge Aufnahme in Tonstudios.

Digitale Aufzeichnungsverfahren waren ab 1976 im Einsatz, in Form von Festplatten- oder

---

Magnetbandgestützten Systemen [8,31].

Auch im Filmtonbereich wurde das Magnetband als Alternative zum vorherrschenden

Lichttonverfahren wie auch als Zwischenstufe im Produktionsprozess eingesetzt.

Al en letzt genannten Verfahren, wie auch den darauf aufbauenden wie DAT, Video oder

Festplatte, ist der magnetische Speichermechanismus zueigen, weshalb sich diese in den

Teilbereich der magnetischen Medien eingrenzen lässt.

Ein dritter Teilbereich von Speichermedien ergab sich aus der Kombination von optischen

und magnetischen Techniken. Die MOD (Magneto-Optical Disc) und die MiniDisc ­ um nur

einige zu nennen ­ nutzen die magnetische Speichertechnik unter Zuhilfenahme von

Laserlicht.

Mit dem Zuwachs von computerspezifischen Anwendungen fand in den letzten Jahren als

vierter Teilbereich die Halbleitertechnik enorme Verbreitung. Im Zusammenhang mit der

Nachfrage nach kleineren und formatskompatibleren Geräten und Medien enstanden

Technologien, die im Computer, im Handy oder im Audiobereich Anwendung fanden. Der

zur Zeit wohl populärste Vertreter der Halbleitertechnologie im Audiobereich ist der MP3-

Player.

In der digitalen Domäne findet zunehmend eine hohe Austauschbarkeit der Formate statt :

Während analoge Medien wie Kassette oder Langspielplatte oder auch die Urform der

digitalen Compact Disc darauf spezialisiert waren, genau einen Audiostream abzubilden,

sind aktuel e Medien wie DVD, Festplatte oder Flash-Memory-Sticks in der Lage,

verschiedenste Formate zu speichern, deren Anwendung vom auslesenden Gerät

bestimmt wird. So lässt sich beispielsweise eine DVD-R mit MP3-Files von einem Flash-

Speicher aus bespielen, um diese in einem, ursprünglich für die Filmwiedergabe

konstruierten, DVD-Player mit MP3-Kompatibilitätseigenschaften abzuspielen.

(Literaturangaben in eckigen Klammern bezeichnen die Nummer im Anhang und, wenn

vorhanden, die Seitenzahl)

II. Optische Medien

Optische Medien basieren auf einem zweidimensionalem Disckonzept mit zumeist binärer,

digitaler Datenspeicherung [3,72]. Während die Fertigungsprozesse sich leicht

unterscheiden, findet der Auslesevorgang immer durch Abtastung mithilfe eines

Laserstrahls ohne direkten Kontakt zur Medienoberfläche statt, daher auch die

Bezeichnung ,,optisch". Der eingestrahlte Laserstrahl wird durch die informationstragende

Schicht der Disc getragen und relektiert. Aus der Art der Reflexion des Laserstrahls, die sich

aufgrund der Struktureigenschaften in der Disc mehr oder weniger gestreut verhält, ergibt

sich die Zuordnung zur binären 0 oder 1. Nach einem weiteren Dekodierungsschritt, je

nach Medium, und eventuel er Fehlerkorrektur liegen die Daten in nutzbarer Form vor.

Die Fehlerkorrektur ist im Hinblick auf die digitale Audioübertragung besonders wichtig,

da schon ein kleiner Übertragungsfehler, z.B. ein falsch übertragenes Bit, zu starker

Signalverzerrung führen kann. Noch schwerer wiegt eine solche Fehlübertragung beim

Auslesen von PC-Daten, was dazu führen kann, dass Dateien überhaupt nicht mehr

rekonstruiert werden können.

Um die Datensicherheit zu erhöhen, werden die Daten deshalb meist kodiert und mit

zusätzlichen Redundanzen auf den Medien gespeichert.

---

Grundsätzlich unterscheiden lassen sich die Discs zunächst nach vier Typen :

-ROM (Read Only Memory) sind industriel produzierte Medien mit festem Dateninhalt.

-R / +R (Recordable) bezeichnen Discs, die als unbeschriebene Datenträger ausgeliefert

werden und vom Anwender mittels ′Brennern′ einmalig beschrieben werden können.

-RW / +RW (Rewritable) sind wiederbeschreibbare Medien.

-RAM (Random Access Memory) sind Medien mit wahlfreiem Zugriff.

II.1 Anfänge und Entwicklung

Der Beginn der Massenfertigung optischer Medien lässt sich auf das Jahr 1982 datieren, als

Sony und Philips die ,,Compact Disc" in Europa und Japan als Ergebnis einer 1980

erarbeiteten gemeinsamen Spezifikation (Red-Book) auf den Markt brachte. Infolgedessen

gab es eine Vielzahl von Weiterentwicklungen, die sich, von Ausnahmen abgesehen wie

der 8cm-Single-CD oder den DVD-Typen 1 bis 4, derselben materiel en Grundlage

bedienen, einer 1,2mm dicken Polycarbonatscheibe mit einem Durchmesser von 12cm

und einem inneren Loch von 15mm. Durch Nutzung desselben physikalischen Formats

konnte die Industrie die Speicherproduktion auf bestehender Technologie aufbauen und

so die Entwicklungskosten senken.

Die industriel e Produktion [6,62] verlangt, aufgrund der hochauflösenden Mikrostrukturen

der optischen Medien, sensiblen Umgang und eng gesteckte Fertigungstoleranzen [4,81].

II. 2 Compact Disc (CD)

Die erste Spezifikation der Compact Disc (-Digital Audio, ′CD-DA′) von 1980 sah ihre

Verwendung als reinen Audiodatenträger mit einer Kapazität von 74 min in Stereo vor,

abgesehen von einem kleinen Datenbereich der z.B. die Speicherung von

Titelinformationen ermöglicht. Mit der festen Abtastfrequenz von 44,1 kHz und 16 bit

Wortbreite bietet sie einen Dynamikumfang von rechnerisch 96 dB. Bis zu 99 Tracks, also

Musiktitel, finden auf einer CD Platz.

Die physikalische Abtastung erfolgt mit Laserlicht der Wel enlänge 780 nm (Infrarot).

Die CD-DA löste die Vinylplatte als marktbestimmendes Medium schon wenige Jahre nach

ihrer Entwicklung ab und ist bis heute einer der wichtigsten Träger von Audioinhalten.

Neben der ,,normalen" CD gibt es auch die Single-CD mit 8cm Durchmesser und einer

Kapazität von 158 MB.

Die Einsatzmöglichkeiten von CDs sind mittlerweile vielfältig und in den ständig

erweiterten ,,Rainbow Books" festgehalten. Sie beschreiben die einzuhaltenden Standards

für die verschiedenen CD-Datei- und -Aufzeichnungsformate [7,231], siehe auch Tab. 1 im

Anhang. So folgte 1985 die CD-ROM, die digitale Inhalte jedweder Art mit einer Kapazität

von 650 MB liefern konnte.

Mit der 1990 eingeführten CD-R (Recordable, auch CD-WO (Write Once) genannt) und der

CD-RW (Rewritable, vormals CD-E) war es nun auch möglich, selbst CDs mit Inhalten zu

fül en. Sie boten für damalige Zeiten enorme Speicherkapazitäten und Anwendungs-

möglichkeiten, sodass sie 20 Jahre nach ihrer Entwicklung heute noch immer im Einsatz

sind. Technisch überholt wurden sie dennoch von der DVD-RW.

Weitere CD-Spezifikationen, die auch teilweise ineinander übergreifen, sind :

CD-XA

(1984/89)

Multimediaformat nach dem XA-Standard (′extended

architecture′)

CD-I

(1987)

Format für interaktive Multimediainhalte für CD-I-Player

Photo-CD

(1990)

Standard für die Übertragung von digitalen Farbbildern

---