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HiFi-Mythen (1) vom reinen Klang: Spectrogram 1000 Hz
Grundwelle und harmonische Verzerrungen, optisch dargestellt.

HiFi-Mythen Teil 1 – Die Mär vom reinen Klang

Je sauberer das Signal, desto besser der Klang – diese Maxime gilt seit den Gründerzeiten der High Fidelity. Doch wie “rein” muss ein Musiksignal wirklich sein, soll es “echt” klingen? Soll es überhaupt “rein” sein, fragt man sich angesichts der meist eher mäßigen Messwerte von als besonders gut klingend geltenden Röhrenverstärkern. Wir bei LowBeats meinen, es ist Zeit, den Mythos vom reinen Klang zu verabschieden: Urteilen Sie selbst – die Hörbeispiele in diesem Beitrag zeigen Ihnen, ob und wie Verzerrungen den Klang prägen.

Damit Sie auf Anhieb im Bilde sind, worum es in diesem Beitrag geht, gleich zu Beginn ein kleiner Hörversuch: In den beiden folgenden Audio-Files (Achtung, die Signale sind recht laut – Laptop-User verwenden für besseren Klang vorzugsweise einen Kopfhörer) hören Sie jeweils den gleichen, einzelnen 1.000-Hertz-Ton bei identischer Lautstärke – aber dennoch unterscheiden sich die Tracks:

Track 1:

Track 2:

Offensichtlich wird der Ton in Track 2 von leiseren “Mitspielern” begleitet, die sich als feines Sirren bemerkbar machen und den eigentlichen Ton etwas kantiger klingen lassen. Eben bei diesen “Nebentönen” spricht man von Verzerrungen. Genauer gesagt, von nichtlinearen Verzerrungen – denn neben diesen gibt es auch lineare Verzerrungen, wie sie beispielweise Klangregler oder auch die Schneidkennlinien-Korrektur im Phonoteil des Verstärkers gewollt herbeiführen. Von diesen soll jedoch hier nicht die Rede sein.

Nichtlineare Verzerrungen hingegen sind (in der Regel) ungewollt. Sie entstehen, weil Baugruppen oder -elemente im Signalweg keine idealen Eigenschaften besitzen. Besonders wichtig in diesem Zusammenhang ist, dass ihr Übertragungsverhalten, sprich ihre Eingangs-/Ausgangskennlinien nicht linear verlaufen, sondern mehr oder weniger starke Verformungen (Krümmungen) aufweisen. Somit wird das Originalsignal beim Durchlaufen mehr oder weniger stark verändert. Dadurch entstehen neben der eigentlichen Grundschwingung zusätzliche Nebenschwingungen, deren Amplitude und spektrale Verteilung vom Grad der Verformung abhängt. Der genaue Zusammenhang lässt sich dabei mathematisch klar darstellen (für spontan Wissensdurstige: http://www.sengpielaudio.com/Rechner-klirr.htm). Das ist sehr nützlich, aktuell aber nur von untergeordnetem Interesse, stehen doch In diesem Beitrag die gehörmäßig erfassbaren Auswirkungen von nichtlinearen Verzerrungen im Blickpunkt.

Die Mär vom reinen Klang: Stichwort Klirrfaktor

Es liegt nahe, dass Audio-Entwickler seit jeher versuchen, nichtlineare Verzerrungen durch konstruktive Maßnahmen so gut wie möglich zu vermeiden. Zur Blütezeit der High Fidelity Mitte der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts brach sogar ein regelrechter Wettstreit unter den Herstellern aus, extrem geringe Verzerrungswerte mit möglichst vielen Nullen nach dem Komma zu erreichen.
Natürlich stellt sich da zunächst mal die Frage, welches Maß an nichtlinearen Verzerrungen überhaupt hörbar ist – keine eindeutige Angelegenheit, wie wir noch erfahren werden. Eine eher pragmatische Antwort darauf gab die einstige deutsche Hi-Fi-Norm, die altehrwürdige DIN 45500: Sie sah für Verstärker bei der geforderten Mindest-Nennleistung von 6 Watt pro Kanal einen Klirrfaktor von maximal einem Prozent vor.

Stichwort Klirrfaktor: Der prozentuale Anteil nichtlinearer Verzerrungen in einem Audiosignal wird umgangssprachlich zumeist als Klirrfaktor bezeichnet – häufig findet man aber auch die Angabe “Total Harmonic Distortion” (THD). Grundsätzlich meinen Klirrfaktor und THD das Gleiche, auch wenn ihre jeweilige Bestimmung geringfügige Unterschiede aufweist.

Ein Prozent Klirrfaktor – kann man das überhaupt hören? Und wenn ja, wie hört sich das an? Auch das hat LowBeats für Sie simuliert: Spielen Sie dazu die beiden folgenden Audio-Files ab – in Track 4 haben wir zum ursprünglich reinen Ton nichtlineare Verzerrungen von genau einem Prozent hinzugefügt.

Track 3: 1.000 Hz -6dBFS, unverzerrt

Track 4: 1.000 Hz -6dBFS, 1% Klirrfaktor

Das Ergebnis ist eindeutig: Klirrfaktoren in der Größenordnung von einem Prozent sind gehörmäßig leicht wahrnehmbar – zunächst mal allerdings im direkten Vergleich mit hochreinen, sinusförmigen Tonsignalen. Aber gilt das auch bei komplexen Signalen wie beispielsweise Musik?

Die Mär vom reinen Klang: Verzerrungen sichtbar gemacht

Bevor wir uns dieser Frage widmen, hier noch ein weiterer kurzer Hörvergleich:

Track 5:

Track 6:

Hoppla, hier wird’s schon schwieriger, zwischen unverzerrtem (Track 6) und verzerrtem Signal (Track 5) zu unterscheiden – obwohl dieses ebenso wie Track 4 einen Klirrfaktor von genau einem Prozent aufweist. Es scheint also gehörmäßig auffällige und weniger auffällige Verzerrungskomponenten vom reinen Klang zu geben.
Um dieses Phänomen aufzuklären, ist ein Sichtbarmachen der Verzerrungskomponenten per Diagramm sehr hilfreich. Besonders anschaulich dokumentiert das die spektrale Darstellung in der Frequenzebene – genau das Richtige also für unseren Labor-Analyzer.

1000 Hz Sinewave -6dBFS
Diagramm 1a: Hochreiner 1000-Hertz-Sinuston in üblicher logarithmischer Darstellung
Sine 1000Hz -6dBFS
Diagramm 1b: Wie 1a, hier jedoch in frequenzlinearer Darstellung.

Die beiden obenstehenden Diagramme zeigen dabei das unverzerrte Signal aus Hörbeispiel 1 in jeweils unterschiedlicher Darstellungsweise – hier erkennt man lediglich eine steile “Nadel” (was einem einzigen Ton entspricht) bei exakt 1.000 Hertz, die aus dem in der Praxis vernachlässigbaren Rauschgrund herausragt. Die Verzerrungswerte vom reinen Klang, so überhaupt vorhanden, liegen also deutlich unterhalb der Messgrenze unseres Analyzers.

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