Musikaufnahme, -bearbeitung und -speicherung

Entwicklung der Tonträger auf mechanischer und analoger Ebene

Als Tonträger werden technische Medien bezeichnet, die man zur Speicherung von Klanginformationen nutzt. Im Laufe ihrer Entwicklungsgeschichte haben sich diese Medien sehr stark verändert, sowohl was ihre Speicherkapazität anbelangt, als auch im Bereich der Tonqualität.

Eine Einteilung der Tonträger kann man auf unterschiedliche Art und Weise vornehmen. So gibt es von der Bauform her scheibenförmige und bandförmige Tonträger.

Betrachtet man eher die Art der Datenspeicherung im Hinblick auf ihre Informationsverarbeitung, so hat man in der frühen Vorentwicklung eine mechanische Ebene, später dann die analoge und digitale Ebene. Schließlich kann man das Aufnahmeverfahren auch von der physikalischen Seite her betrachten. Hier unterscheidet man mechanische, magnetische und optische Aufzeichnungs- und Wiedergabeprozesse. In der beigefügten Übersicht wird versucht, alle genannten Aspekte der Einteilung zu berücksichtigen.

Nachdem 1953 das erste Tonband mit Stereo-Aufnahmen entwickelt worden war, modifizierte man dieses so weiter, dass bald mehrere Spuren nebeneinander aufgenommen werden konnten; also bei einer Rockgruppe zum Beispiel jedes Instrument einzeln. Andererseits stellte man aber auch bald für den Heimbedarf Tonbandgeräte her.

Zumindest im Heimbereich konnte das Tonband fast vollständig durch die Musikkassette (engl. musicassette, MC) verdrängt werden. Diese wurde 1963 von der Firma Philips auf den Markt gebracht. Dabei handelte es sich im Prinzip um das gleiche Aufzeichnungsverfahren, nur die Handhabung wurde wesentlich erleichtert. Als Nebenprodukt wurden auch Endloskassetten auf den Markt gebracht, die sich aber nicht durchsetzten. Die Bezeichnung MusiCassette steht speziell für industriell bespielte Kassetten. Leere Tonträger gleicher Ausführung werden dagegen Compact-Cassette genannt.

Während für den Heimgebrauch die Qualität der Compact-Cassette ausreichend war, stellten die Studiotechniker höhere Anforderungen, so dass das Magnettonbandgerät immer mehr zum Profigerät mit vielen zusätzlichen Möglichkeiten avancierte und das vielspurige Magnettonband entstand, welches auch heute noch in einigen Tonstudios verwendet wird.

Wie schon die Klavierrolle wurde auch die Stiftwalze zum Vorbild für die Tonträgerentwicklung. Bereits 1877 – also noch vor dem Stahlband – erfand THOMAS ALVA EDISON (1847–1931) die auf dem Phonographen abzuspielende Walze. Diese trug zur Speicherung der Toninformationen eine in Wachs gekratzte Rille, die sich um den zylindrischen Walzenkörper wand. Ab 1888 gab es die ersten bespielten Walzen zu kaufen, was gleichzeitig die erstmalige Vermarktung eines Tonträgers darstellte.

Ein Jahr früher allerdings erfand EMIL BERLINER (1851–1929) auf der Grundlage der Walze die aus Schellack bestehende Schallplatte, bei der die Rille jetzt flach und kreisrund angeordnet war. Ab 1904 waren dann beide Seiten dieser Platten bespielbar.

1948 brachte die amerikanische Firma Columbia schließlich die mit einer Mikrorille bespielte Kunststoffplatte heraus, die auf Grund ihrer längeren Spieldauer Langspielplatte (LP) genannt wurde.

Eine Weiterentwicklung der Compact Disc ist die von Sony 1991 entwickelte Mini Disc (MD). Sie konnte sich allerdings auf dem Tonträgermarkt nicht behaupten, obwohl sie im Gegensatz zur CD selbst bespielbar war.

Auch die Tonbänder und Kassetten wurden auf die digitale Ebene gehoben. Das mehrspurige Magnettonband hat an seiner äußeren Form nichts verändert. Nur die Aufzeichnung erfolgt beim digitalen Spulentonband jetzt auf digitalem Wege.

Die Compact Cassette dagegen konnte zunächst nicht aus ihrer Marktposition verdrängt werden, obwohl es bereits zwei digitale Weiterentwicklungen dieses Tonträgers gab.

Das Digital Audio Tape (DAT), welches seit 1986 auf dem Markt ist, konnte mit einer ausgesprochen guten Klangqualität aufwarten. Da aber die Abspielgeräte im Gegensatz zum analogen Gerät sehr teuer ausfielen, waren die Marktchancen von Anfang an begrenzt. Allerdings fand das Digital Audio Tape Anklang in kleineren Studios oder bei Amateurmusikern mit Heimstudio, weshalb die Aufnahmegeräte ähnlich dem Magnettonband aufwendiger ausgestattet wurden, um dem Studiostandard zu entsprechen. Außerdem fand ebenfalls eine Entwicklung zur Mehrspurigkeit statt, wodurch die beiden Aufzeichnungsverfahren ADAT und R-DAT entstanden.

Der zweite aus der Compact Cassette hervorgegangene Tonträger ist die Digital Compact Cassette (DCC), welche etwa zeitgleich mit der Mini Disc entstand, aber auch ähnlich dieser keine großen Marktanteile erobern konnte.

Um 1994 entwickelte man die selbst beschreibbare CD in den Varianten einmal beschreibbar (CD-R) und mehrfach beschreibbar (CD-RW). Obwohl sowohl die zugehörigen Geräte (Brenner) als auch die Rohlinge in den Anfangsjahren recht teuer waren, entwickelte sich diese Technologie bald zur Massenware. Ein Brenner gehört heute zur Standardausrüstung jedes Computers.

Seit 2001 sind Bestrebungen im Gange, ein Nachfolgemedium für die CD zu finden. Ein Produkt dieser Entwicklung ist die Super-Audio-CD (SACD), die wieder durch Sony und Philips auf den Markt gebracht wurde. Um die Akzeptanz beim Kunden zu erleichtern, wurden sogenannte Hybrid-Discs entwickelt, die auch auf herkömmlichen CD-Playern abspielbar sind, dann allerdings auch nur in CD-Qualität.

Das zweite Produkt ist eine DVD-Variante, die nur Tonmaterial enthält, die DVD-Audio (DVD-A). Vorteil dieses Tonträgers ist eine Spielzeit von bis zu 12 Stunden in CD-Qualität oder aber bei geringerer Spielzeit die Wiedergabe von mehreren Tonkanälen, wie man es von Film-DVDs kennt. Ein weiterer angeblicher Vorteil soll die Wiedergabe eines Frequenzganges bis zu 85 kHz sein, obwohl der Mensch nur bis 20 kHz hören kann. Befürworter der DVD-A schwören trotzdem auf den besseren Klang.

Sowohl SACD als auch DVD-A konnten sich bis jetzt nicht auf dem Markt behaupten. Der größte Nachteil beider Formate ist, dass man jeweils ein separates Abspielgerät benötigt. Dieser Umstand hatte auch schon bei den Formaten DAT, MD und DCC die Breitenwirksamkeit verhindert.

In Verbindung mit der Weiterentwicklung der Computertechnik entstand Mitte der 1990er-Jahre ein neues Verfahren der Tonaufzeichnung, welches man als Harddisk-Recording bezeichnet. Hierbei wird auf eine vom Computer bekannte Festplatte aufgezeichnet, was im Prinzip eine Verbindung der beiden Entwicklungsstränge darstellt, da mit einem magnetischen Verfahren auf einen scheibenförmigen Träger aufgenommen wird. Allerdings konnte dieses Verfahren nur zu Produktionsprozessen eingesetzt werden, nicht aber als Verkaufsmedium. Neben der Anwendung im Tonstudio interessierten sich relativ schnell die Rundfunksender für diese Technologie. So wurde auf einen sogenannten Server eine Vielzahl von Musiktiteln aufgenommen, die nur noch über den Computermonitor angewählt werden brauchten. Somit entfiel das Archivieren herkömmlicher Tonträger.

Mit der Entwicklung des Harddisk-Recordings entstanden mehrere Datei-Formate, in denen die Musiktitel gespeichert wurden. Am wichtigsten sind die Formate *.wav mit unverfälschter Speicherung und *.mp3 mit ganz leichter bis starker Klangeinbuße – je nach Grad der Komprimierung, die allerdings auch Speicherplatz-Ersparnis bedeutet.

Schnell fand man heraus, dass das MP3-Format nicht auf Festplatten in stationären Computern beschränkt sein muss, sondern es entwickelten sich in den letzten Jahren sogenannte MP3-Player, welche mit transportablen Festplatten, Speicherkarten oder MP3-CDs arbeiten. Die Bauformen der Player reichen inzwischen vom normalen Disc-Man bis hin zum Kugelschreiber mit MP3-Speicher.

Sowohl die CD-R als auch die MP3-Technik haben inzwischen die MusiCassette stark vom Markt verdrängt, da man auf der CD-R in guter Qualität aufnehmen kann und durch MP3 Musik platzsparend transportabel ist.

Analog - Digital

Als analog wird die Schallspeicherung und -verarbeitung bezeichnet, wenn das Klangsignal während aller Bearbeitungsgänge in einer Wellenform erhalten bleibt. Das kann zum Beispiel das Schwingen der Plattenspielernadel, die elektromagnetische Schwingung im Tonkopf eines Bandgerätes oder auch die wellenförmige Rille einer Schallplatte sein. Der Begriff selbst existierte zu Zeiten der analogen Tontechnik noch nicht, sondern erst, als die Digitaltechnik aufkam, hat man im Nachhinein eine begriffliche Unterscheidungsmöglichkeit gesucht.

Unter digital versteht man, dass das aufzuzeichnende Material in Zahlenwerte umgewandelt und dann gespeichert wird. Zuständig dafür ist ein Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler), der überall zum Einsatz kommt, wo man herkömmliche Klanginformationen in computergerechte Daten umwandeln möchte (zum Beispiel bei einer Soundkarte). Für die Rückwandlung sorgt dann der D/A-Wandler (beispielsweise in jedem CD-Player). Der größte Vorteil der Digitaltechnik ist der nahezu unverfälschte Klang, den analoge Geräte kaum bieten können

Aufnahmeverfahren

• magnetisches Aufnahmeverfahren:
  Das Magnettonverfahren wird sowohl bei analoger als auch bei digitaler Aufzeichnung auf Bandmaterial angewandt. Bei der Aufnahme wird die Schallinformation in elektrische Schwingungen umgewandelt; bei analoger Aufzeichnung direkt und bei digitaler Aufzeichnung über den Zwischenschritt des A/D-Wandlers. In einem elektromagnetischen Aufnahmekopf wandeln sich die ankommenden Ströme wiederum in Magnetfelder, die das vorbei geführte Band magnetisieren. Damit befinden sich auf dem Tonband sozusagen lauter magnetische Nord- und Südpole, die bei der Wiedergabe wieder in elektrische Signale zurückgewandelt werden. Für die Massenproduktion (zum Beispiel MC) muss jedes Band einzeln bespielt werden, was einen nicht unerheblichen Aufwand bedeutet.
   
• mechanisches Aufnahmeverfahren:
  Das mechanische Aufnahmeverfahren hat sich bei seiner Entwicklung von der Walze zur Mikrorillenplatte nicht grundlegend geändert, auch wenn es natürlich immer wieder technische Verbesserungen gab. Das Grundprinzip besteht darin, dass der ankommende Schall in mechanische Schwingungen einer Nadel (oder eines ähnlichen Schneidwerkzeuges) umgewandelt wird. Die Nadelspitze ritzt nun eine spiralförmige Rille in das Aufnahmemedium, welches bei den auch heute noch produzierten Schallplatten eine Schellack- oder Metallplatte ist. Würde man die Rille vergrößern, könnte man ähnliche Schwingungsformen erkennen, wie man sie auch auf Oszillografen darstellen kann. Bei der Wiedergabe tastet die Nadel des Plattenspielers die Rille ab und wandelt durch ihre Bewegung die aufgezeichneten Informationen wieder in Ströme und schließlich im Lautsprecher in Schall um.
  Für die Vinyl-Plattenherstellung werden von der zuerst erstellten Vorlage Press-Stempel gefertigt, die dann eine relativ zügige Plattenpressung ermöglichen.
  (Nebenbei eine allseits beliebte Scherzfrage: Wie viele Rillen hat eine Schallplatte? - Antwort: Zwei - auf jeder Seite eine, die sich spiralförmig von außen nach innen windet.)
   
• optisches Aufnahmeverfahren:
  Der Begriff „optisches Aufnahmeverfahren“ ist eigentlich falsch, da die Herstellung entsprechender Tonträger (zum Beispiel CDs) ja auch mechanisch erfolgt, indem ebenfalls durch Pressvorgänge in eine meist aus Aluminium bestehende Schicht kleine Vertiefungen (Pits) eingebracht werden. Im Durchschnitt sind das pro CD vier bis fünf Milliarden solcher Vertiefungen, die sich auf einer etwa 5 Kilometer langen Spiralbahn von innen nach außen winden. Im CD-Player dann werden diese Pits berührungslos mit einem Laserstrahl abgetastet (deshalb also „optisch“).

Haltbarkeit von Tonträgern

Die Haltbarkeit von Tonträgern hängt im Wesentlichen von den Lagerungs- und Nutzungsbedingungen ab. Nach heutigen Erkenntnissen sind die mechanisch aufgezeichneten Tonträger die haltbarsten. Eine Schallplatte beispielsweise verschlechtert sich zwar in der Klangqualität durch Kratzer, Fingerabdrücke, Staub und häufiges Abspielen. Die grundsätzlichen Klanginformationen bleiben aber erhalten, solange die Platten nicht bei heißen Temperaturen gelagert werden. Den Alterungsprozess von Kunststoff kann man vernachlässigen.

Die magnetisch aufgezeichneten Tonträger unterliegen zwei Alterungserscheinungen. Einerseits werden sie mechanisch beansprucht durch das Ab- und Aufwickeln sowie das Vorbeiführen am Tonkopf. Andererseits werden die magnetischen Informationen über die Jahrzehnte hinweg durch das Erdmagnetfeld abgeschwächt.

Was die Haltbarkeit von optischen Tonträgern anbelangt, ist man sich heute noch nicht wirklich sicher. Hersteller bescheinigen der CD eine 100-jährige Haltbarkeit. Da aber die Kunststoff-Alterung und die Veränderungen der Reflexionsschicht in Bezug auf die optischen Eigenschaften noch nicht vollständig erfasst sind, kann man relativ schlecht genaue Angaben machen. Besonders kritisch in der Handhabung sind CD-Rs, die bei Sonnenbestrahlung schon nach mehreren Tagen unbrauchbar sein können.

Problematisch sind die Folgen immer bei einer teilweisen Nichtlesbarkeit von digitalen Tonträgern, ob Band oder CD. Während sich bei analoger Wiedergabe ein Lesefehler durch ein meist leises Störgeräusch oder einen leiseren dumpferen Klang bemerkbar macht, sind die Auswirkungen im Digitalbereich viel gravierender. Zwar können kleine Lesefehler korrigiert werden, aber alles, was nicht korrigierbar ist, fällt durch erhebliche Störgeräusche oder Totalausfälle des Klanges auf. Im Extremfall kann ein ganzer Tonträger unbrauchbar werden, wenn zum Beispiel bei der CD das Inhaltsverzeichnis nicht mehr ausgelesen werden kann.

Mono – Stereo – Surround

Ziel der Weiterentwicklung von Tonträgern war und ist neben der besseren Handhabung vor allem der klangliche Fortschritt. Hierbei spielt die räumliche Information, die man einer Aufnahme mitgibt, eine entscheidende Rolle. Über viele Jahrzehnte hinweg war es nur möglich, Klanginformationen eines einzigen Kanals zu konservieren. Damit fehlte dem Hörer die Möglichkeit der räumlichen Ortung bestimmter Klangelemente (Instrumente, Stimmen), da ein einzelner Tonkanal keine Richtungsinformationen übermitteln kann. Bei der Wiedergabe in mono kann man zwar für ein besseres Klangbild mehrere Lautsprecher benutzen. Da aber aus allen die gleichen Klanginformationen kommen, ändert sich nichts in Bezug auf die Rauminformation.

Das Patent für stereofone Aufnahmen existiert bereits seit 1931. Eine wirkliche Anwendung (sowohl bei Platte als auch bei Band) gibt es erst seit Mitte der 1950er-Jahre. Stereo bedeutet, dass für die Schallaufzeichnung zwei Kanäle verwendet werden. Damit kann man dem Gesamtklang mehr räumliche Tiefe geben. Andererseits ist auch eine bessere Ortung einzelner Klangelemente möglich. In den Anfangstagen der Stereophonie verteilte man einfach die Instrumente und Stimmen auf den rechten und linken Kanal, was sich aus heutiger Sicht recht merkwürdig anhört. Später nutzte man das Stereo-Klangbild bewusst, um damit auch zusätzliche Effekte zu erzielen, zum Beispiel das Wandern einer Klangquelle von einer Seite zur anderen oder den stetigen Wechsel zwischen rechts und links.

In den 1970er-Jahren begannen Bestrebungen, mehr als 2 Kanäle für die Tonspeicherung und Wiedergabe zu verwenden, um auch hinter dem Hörer Lautsprecher mit separaten Klangsignalen zu platzieren. Die verschiedenen damals getesteten Verfahren wurden alle unter dem Begriff Quadrophonie zusammengefasst. Insgesamt konnte sich diese Technologie aber im Musikbereich nicht durchsetzen – lediglich die Kinotechnik arbeitete an der Weiterentwicklung der Mehrkanaligkeit. Seitdem nun durch die DVD diese mehrkanaligen Filmaufnahmen auch für den Heimgebrauch zum Standard geworden sind, zeigt man auch in den Tonstudios wieder mehr Interesse an Mehrkanalproduktionen im Musikbereich (surround) (Hörbeispiel 1).

Die übliche Kanalzahl reicht heute von zwei (stereo) bis hin zu acht (vorn links/ vorn Mitte/ vorn rechts/ hinten links/ hinten linke Mitte/ hinten rechte Mitte/ hinten rechts/ separater Basskanal). Eine CD kann bis zu vier Kanäle speichern. Allerdings muss auch die Wiedergabeanlage diese Klanginformationen „verstehen“. Bei herkömmlicher Wiedergabe bleibt es bei stereo.

Effekte zur Beeinflussung der Klangfarbe

• Ein Equalizer, der auch Filter oder Entzerrer genannt wird, ist nichts anderes als eine etwas aufwändigere Klangregelung, wie man sie auch vom normalen Kofferradio kennt. Während man dort meist nur einen oder zwei Regler für Höhen und Tiefen hat, kann ein Studioequalizer schon mal bis zu 31 Regler besitzen. Dementsprechend feiner aber auch komplizierter wird das Einstellen eines guten Klanges. Erwähnt sei noch, dass es zwei verschiedene Equalizertypen gibt. Der gerade beschriebene mit den vielen Reglern ist ein grafischer Equalizer, da man an der Stellung der Schieberegler recht gut die gemachte Einstellung erkennen kann. Die Arbeitsweise des parametrischen Equalizers ist eine andere, wobei die detailierte technische Beschreibung an dieser Stelle zu weit führen würde. Im Endeffekt dienen beide Typen der Klangregelung (Hörbeispiel 2).
   
• Mit Distortion ist eine klangliche Verzerrung gemeint, die man im Normalfall zu verhindern versucht. Bei bestimmten Instrumenten wie der E-Orgel oder der E-Gitarre werden aber Verzerrungen mit unterschiedlichen Klangcharakteren bewusst als Stilmittel eingesetzt.

Effekte zur Beeinflussung des Zeitverhaltens und der Raumakustik

Hall bzw. Reverb ist einer der wichtigsten Effekte in der Klangbearbeitung. Heutige digitale Hallgeräte sind eher Raumsimulatoren, die den Klangcharakter der unterschiedlichsten Umgebungsräume nachahmen können. Zum Standard gehören verschiedene Raum-, Konzertsaal-, Studio- oder Kirchensimulationen. Andere Klangräume wären eine Garage, ein Tunnel oder eine Tonne (Hörbeispiel 4).

Chorus, Flanger und Phaser arbeiten nach dem Prinzip der Phasenverschiebung, das heißt, es wird zu dem Originalsignal eines hinzuaddiert, bei welchem im physikalischen Sinne Schwingungsformen zeitlich verschoben werden. Das Klangergebnis reicht von wärmeren und volleren Klängen bis hin zu Science-Fiction-Sounds. Die drei genannten Effekte unterscheiden sich durch die Stärke der zeitlichen Verschiebung und durch andere Verschaltungen, die den Klang zusätzlich manipulieren (Hörbeispiel 6).