Tech-Wiki Jitter – kurz und bündig

Jürgen Schröder 25. April 2020

Direkt übersetzt steht das Wort „Jitter“ für zittern, bibbern, flattern. In der Übertragungstechnik taucht der Begriff „Jitter“ in der Regel dann auf, geht es um die Beschreibung von unruhig auf der Zeitachse hin- und her zitternden Signalflanken. Hier unser kurzes Tech-Wiki Jitter (mehr dazu in unserem ausführlichen Beitrag Jitter entmystifiziert).

Beim Jitter handelt es sich um zeitliche Ungenauigkeiten bei der Schwingungserzeugung mittels Taktoszillatoren (z. B. Hysterese-bedingte Timingfehler oder Phasenrauschen), wie sie als Systemtaktgeber in der Digitaltechnik eingesetzt werden. Jitter tritt jedoch auch bei Generatoren auf, die Signale zur Verwendung in der analogen Ebene erzeugen. Nicht zu vergessen auch der Daten-induzierte Jitter, der beispielsweise bei der Signalübertragung über minderwertige oder elektrisch schlecht angepasste Leitungen entsteht.

Tech-Wiki Jitter: Vergleich High Jitter – low Jitter — Tech-Wiki Jitter Vergleich High Jitter – Low Jitter: Das Oszillogramm zeigt die stark gedehnte Flanke eines Rechtecksignals mit einer Frequenz von 1 Megahertz. Im oberen Bildviertel (Linie cyan) ist der Zustandswechsel von Low nach High von hohem Jitter geprägt – zu erkennen an der undefinierten, neblig erscheinenden Flanke. Die gelbe Linie darunter zeigt das dazugehörige Histogramm. Man erkennt, dass der Nulldurchgang der Flanke nicht nur zeitlich verschoben ist, sondern sich auch über einen größeren Zeitbereich mit unterschiedlicher Häufung verteilt. Die grüne Linie hingegen zeigt den gleichen Low-High-Übergang bei geringem Jitter: Der Zustandswechsel findet hier stets definiert statt. Zu erkennen auch am dazugehörigen Histogramm (blauer Peak): Der Nulldurchgang erfolgt nicht nur zum richtigen Zeitpunkt, sondern weist auch kaum zeitliche Streuung auf (Screenshot: Fink Audio Consulting)

Bei Diskussionen rund um die Klangeigenschaften digitaler Audiokomponenten steht das Thema Jitter meist ganz oben auf der Tagesordnung. Nicht zu unrecht, kann doch Jitter in der Tat hörbare Auswirkungen haben. Diese sind allerdings abhängig von seiner Entstehungsursache und damit einhergehend der Jitter-Struktur.

Auch in diesem Tech-Wiki Jitter darf nicht unerwähnt bleiben, dass es sich beim Jitter keineswegs um ein ursächlich „digitales“ Problem handelt. Vergleicht man die von Anfang bis zum Ende einer Übertragungsstrecke übermittelten Informationen auf rein digitaler Ebene, wird man nur in den seltensten Fällen echte Bit-Übertragungsfehler feststellen. Diese Tatsache wird häufig als Beweis dafür angeführt, dass beispielsweise verschiedene CD-Laufwerke prinzipiell nicht unterschiedlich „klingen“ können. Schließlich sei ja die digital übertragene Information nachweislich identisch.

Diese Betrachtungsweise ist jedoch nicht korrekt. So wird die per digitaler PCM-Technik übertragene Information nicht allein durch die Bitfolgen bestimmt, die die jeweilige Amplitude der einzelnen Abtastwerte beschreiben. Ebenso wichtig ist auch der Zeitpunkt, wann diese Bitfolgen eintreffen. Spielt man beispielsweise eine 48-Kilohertz-Audiodatei mit einer Abtastrate von 96 Kilohertz ab, verdoppelt sich die Tonhöhe und die Spielzeit halbiert sich – ebenso wie bei einer analogen Bandmaschine, die eine 19-cm/s-Aufnahme mit 38 cm/s Bandgeschwindigkeit wiedergibt.

Voraussetzung für optimalen Digitalklang ist demnach, dass der Ausgabezeitpunkt des Digital-Analogwandlers beim Wiedergeben möglichst perfekt mit dem Abtastzeitpunkt des Analog-Digitalwandlers beim Aufnehmen übereinstimmt. Ist das – Jitter-bedingt – nicht der Fall, kommt es bei der D/A-Wandlung zu entsprechenden Verformungen der Hüllkurve des Audiosignals. Die Folge davon sind subtile Tonhöhen-, Amplituden- und Phasenverzerrungen.

Reine Zeitfrage

Jitter und Gleichlaufschwankungen analoger Tonträger zeigen sich also durchaus miteinander verwandt. Allerdings modulieren letztere das Audiosignal direkt und fallen zudem deutlich niederfrequenter aus. „Analoge“ Gleichlaufschwankungen führen daher zu mehr oder weniger auffälligen Tonhöhenänderungen wie Jaulen, Wimmern oder Rauhigkeit. Jitter hingegen fällt deutlich hochfrequenter aus, weshalb sich resultierende, klangliche Effekte eher als Eintrübungen oder Konturenverluste bemerkbar machen.

Prinzipbedingt stellen sich die durch Jitter verursachten Klangeinbußen erst dann ein, wenn das Signal von der digitalen zurück in die analoge Domäne wechselt. Um dem dafür zuständigen D/A-Wandler bereits nativ möglichst jitterarme Arbeitsbedingungen zu schaffen, platziert man den Systemtaktgeber meist in seiner unmittelbaren Nachbarschaft.

Bleibt jedoch noch die Herausforderung, den Datenzufluss von der Programmquelle mit dem DAC zu synchronisieren. Bei einem integrierten CD-Spieler beispielsweise fällt das leicht, können Laufwerk und Wandlereinheit hier doch auf den gleichen Systemtaktgeber zurückgreifen.

Schwieriger hingegen wird’s, stammt die Musik von einer externen Digitaltonquele mit eigenem Systemtakt. Dann nämlich heißt es, den ohnhein Jitter-empfindlichen D/A-Wandler an den Datenfluss des Zuspielers anzupassen – wodurch sich die Jitter-Problematik weiter verschärft. Das zeigt: Selbst dann, wenn beispielsweise externe CD-Laufwerke perfekte, digitale Auslesequaltät liefern, ist optimale Klangqualität keineswegs garantiert.

Besonders geringe Jitter-Werte lassen sich erzielen, wenn der beim D/A-Wandler ansässige Systemtaktgeber auch den Datenzufluss der Digitaltonquelle vorgibt. Das erfordert allerdings eine bidirektionale Verbindung von D/A-Wandler und Zuspieler, über die nur sehr wenige HiFi-Komponenten verfügen. Als Beispiel genannt sei hier die Laufwerk-Wandler-Kombination Pro-Ject CD Box RS2 T/Pre Bos RS2 Digital.