Guter Klang und der Integer Mode

Ohne Zwischenstopps: Im Integermode werden die Signale direkt durchgereicht

Ohne Zwischenstopps: Im Integermode werden die Signale direkt durchgereicht

hrm_logo_15x50Mit OS X 10.9 Mavericks hat Apple erstmals einen nativen Integer Mode für Audio-Wiedergabe implementiert. Das ist gut für die Verarbeitung akustischer Signalem im Mac. Doch was tut dieser Integer Mode überhaupt? Wofür ist er nützlich und welche Vorteile bringt er? Und was ist noch wichtig, um guten Klang aus dem Mac zu bekommen? Diesen Fragen geht Damien Plisson, Entwickler des Audio-Players Audirvana Plus, in einem sehr aufschlussreichen Papier nach, das auch die Basis für diesen Artikel bildet.

Die Hauptaufgabe einer Music-Player Software ist, die Daten vom Datenträger möglichst unbeeinflusst vom System an den DAC zu liefern. Hierbei ist die Bit-Perfect Thematik eher nebensächlich, das Hauptproblem besteht im Ausgleich von Jitter und Interferenzen durch Radiowellen ab 3 kHz.

1 und 0 – nur annähernd digital

Jitter ist überwiegend von Software verursacht. Grund ist, dass die digitalen Status 1 und 0 nicht sprunghaft digital, sondern mit einer leichten analogen Übergangszeit wechseln und so eine minimale Zeitverzögerung verursachen. Dieser Effekt ist sowohl auf der Sender- wie der Empfängerseite präsent. Auch die CPU-Auslastung des Prozessors und die Frage, welche Prozesse priorisiert sind, haben hierauf Einfluss – nicht immer den besten.

Leichte Verzögerung: Zwischen Sender und Empfänger gibt es bei jedem Spannungswechsel eine kleine Zeitverschiebung.

Leichte Verzögerung: Zwischen Sender und Empfänger gibt es bei jedem Spannungswechsel eine kleine Zeitverschiebung.

Hardware-Effekte

Elektromagnetische Störungen können durch Zugriffe von Festplatten, Rechenprozesse und andere elektronische Aktivitäten auf dem Mainboard entstehen. Die Kabel, die Peripherie-Geräte mit dem Computer verbinden, können wie Antennen fungieren und Störungen durch Radiowellen verursachen. Und auch Störungen aus dem Stromnetz finden ihren Weg in den Rechner.

Filter als Klangbremsen

Weitere Einflussgrössen verbergen sich unter der Haube: Apple hat in seinem Betriebssystem eine Reihe von Filtern und Effekten eingebaut, die für guten Klang sorgen sollen, allerdings in der MP3- und iTunes-Welt. Wobei es immerhin eine gute Nachricht gibt: Solange nur eine Anwendung die Audio-Kanäle beansprucht. Das ändert sich, wenn mehrere Applikationen Audio-Bedarf haben und das System die Sample-Rate anpasst. Der verwendete Algorithmus ist auf geringe CPU-Last optimiert, so dass Qualität verloren geht. Schließlich arbeitete die Lautstärke-Kontrolle, indem sie das volle Signal reduziert und bei 25 Prozent beispielsweise 2 Bit an Genauigkeit verloren gehen.

Der Anschluss machts

Ein andere Punkt betrifft den Anschluss des DAC. Die optischen Toslink-Kabel sind zwar immun gegen elektromagnetische Einflüsse, aber leider ist Toslink am Mac anfällig für Jitter. Zudem ist Toslink auf 96 kHz limitiert. Wer höher auflösende Files abspielen möchte, braucht also Kupfer in Gestalt von USB oder FireWire. Prinzipiell ist FireWire die bessere Wahl, weil es auf störungsfreien Datentransport ausgelegt ist. Leider aber ist es anspruchsvoll zu implementieren, so dass viele DACs gar keinen FireWire-Eingang bieten. Auch neuere Macs habe die Anschlüsse nicht mehr an Bord und manche älteren Modelle laufen nicht mit den akustisch besseren jungen OS-Versionen.

Das USB-Dilemma

Das Dilemma führt zu USB auf allen Seiten, weshalb die Musik mit dem Drucker und diverser andere Peripherie außerhalb und innerhalb des Mac um Bandbreite und Strom kämpfen darf. Wer einen mobilen DAC wie den Meridian Explorer nutzt, merkt den Unterschied, wenn ein externes Netzteil wie das von Aqvox die Stromversorgung des DAC übernimmt.

Tricks der Audio-Player

Ist USB im Spiel, sollte der DAC asynchrones Datenhandling beherrschen, also die Daten vom Computer puffern und selber timen, statt sich auf die Clock des Computers zu verlassen. Das vermeidet Jitter, wenn andere USB-Geräte den Bus beanspruchen oder die Clock des Rechners nicht sauber tickt. Bleibt noch der Audio-Player als mögliche Fehlerquelle. Damit der DAC die gelieferte Musik optimal wiedergeben kann, muss die Player-Software automatisch die Bit-Rate der Musik anpassen können – besonders wichtig für Freunde gemischten Playlists. Dazu muss der Player im Hog-mode arbeiten, also die Kontrolle über die Audio-Ausgabe übernehmen. Streitigkeiten um die Datenhoheit vermeidet der Player, wenn er die abzuspielende Datei in seinen Speicherbereich lädt, so dass er sie direkt und unterbrechungsfrei an den DAC liefern kann. Das reduziert zudem Störungen durch Festplattenzugriffe, Funkwellen und CPU-Aktivitäten.

Kleiner Unterschied: Audiophile Player lesen Dateien zuerst ein und streamen digitale Signale nativ zum DAC

Kleiner Unterschied: Audiophile Player lesen Dateien zuerst ein und streamen digitale Signale nativ zum DAC

Integer Mode

Das Optimum aus den Dateien liefert aber erst der Integer Mode. Hierfür adressiert der Audiostream den untersten Layer des Systems, den so genannten Hardware Abstraction Layer. Er bietet direkten Zugriff auf die Hardware unter Ausschluss sämtlicher Filter und anderer potenzieller Störquellen in der Architektur. Die Daten, die der Audio-Player liefert, sind hierbei schon für den DAC aufbereitet, was die CPU-Last mit Blick auf die Treiber reduziert. Diese Schritte passieren auf der Kernel-Ebene, an der Basis des Systems und in Echtzeit direkt vor der Übergabe an den DAC. Das sichert die bestmögliche Klangweitergabe. Mit OS X 10.9 Mavericks hat Apple jetzt erstmals einen nativen Integer-Mode in sein Betriebssystem integriert. Somit können erstmals Audioplayer direkt und nativ unterstützt auf Systemebene das Klangoptimum realisieren.

Fazit

Guter Klang mit dem Mac ist möglich, wenn man weiß, wie. Wichtig ist, dass die verwendete Software möglichst viele Systemkomponenten außen vor lässt, die Core-Audio Komponenten nutzt, dass sie die Musik-Dateien zwischen speichert und in DAC-kompatibler Formatierung ausliefert. Das können unter anderem Audirvana, Pure Music und Bit Perfect. Der DAC muss asynchron arbeiten und die Clock des Rechners ersetzen, um Jitter zu vermeiden. Haben DAC und Mac einen Firewire-Anschluss, ist er die beste Wahl. Anderenfalls schlägt USB das optische Toslink, wobei während der Wiedergabe möglichst viele USB-Systemdienste ausgesperrt werden sollten. Versorgt der USB-Anschluss auch den DAC mit Strom, ist ein separates Netzteil empfehlenswert.

Abbildungen: Damien Plisson

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