Audio-CD
Die Audio-CD (Audio Compact Disc, Digital-Audio-CD oder kurz CD-DA) ist ein _optischer Massenspeicher, der seit 1979 von Philips und Sony zur digitalen Speicherung von Musik entwickelt wurde und die Schallplatte als wichtigstes zum Verkauf bestimmtes Medium von aufgezeichneten Sprach- und Musikaufnahmen ablöste.
Bedeutung
Bereits wenige Jahre nach der Markteinführung der CD (1982) wurde das digitale Medium populärer als die Vinyl-Schallplatte; allein in den USA wurden 1983 etwa 30.000 CD-Player und 800.000 Audio-CDs verkauft. 1988 wurden erstmals 100 Millionen Audio-CDs pro Jahr produziert.
Anfang der 90er Jahre verschwanden LPs dann größtenteils aus den ehemaligen "Schallplattenläden". Millionen von Käufern ersetzten ihre teilweise jahrzehntelang aufgebauten Schallplattensammlungen durch Audio-CDs und ermöglichten der Musikindustrie so Rekordumsätze nach Jahren der Rezession. Das Boomjahr der deutschen Musikindustrie war 1997, als die Branche rund 2,6 Milliarden Euro erwirtschaftete.
In Deutschland werden Audio-CDs ? zumindest steuerrechtlich ? nicht als wertvolle Kulturgüter betrachtet; für Audio-CDs gilt ein Mehrwertsteuersatz von 19 Prozent, während dieser für Bücher und Noten bei 7 Prozent liegt.
Etwa seit der Jahrtausendwende beklagen die Plattenfirmen jedoch wieder zurückgehende Umsätze. Die Umsatzeinbrüche liegen bei bis zu zehn Prozent; deutsche Plattenfirmen verloren 2003 sogar ein Fünftel ihres Umsatzes; im Jahr 2002 war der Umsatz bereits um mehr als elf Prozent auf weniger als zwei Milliarden Euro zurückgegangen.
Ursache für die aktuellen Probleme der Musikbranche sollen nach deren Aussage vor allem so genannte Raubkopien sein, die über Tauschbörsen verbreitet werden, sowie Kopien von Audio-CDs; nach Ansicht der Musikbranche übersteige die Zahl der mit Musik bespielten CD-Rohlinge (2002: 267 Millionen) die der verkauften Musik-CDs (2002: 166 Millionen) bei weitem; wie diese Zahlen ermittelt worden sein sollen, verraten die Vertreter der Musikindustrie indes nicht. Kritiker werfen der Musikbranche vor, die Konzerne hätten die Zeichen der Zeit ? zum Beispiel die Entwicklung eines konsequenten Vertriebs als Internet-Download ? verschlafen und würden sich nun in Schadensbegrenzung (konsumentenfeindliche Kopierschutzmaßnahmen, Strafverfahren gegen Internet-Musiktauschbörsen, Kampagnen mit der Parole "Raubkopierer sind Verbrecher") üben, was den Kunden letztlich nicht dazu verleitet, mehr Musik-CDs zu konsumieren.
Ein weiterer Grund könnte aber auch die Zurückhaltung von Verbrauchern sein, Musik von schlechter Qualität und sehr niedrigem Schöpfungswert zu kaufen.
Technologie und Standardisierung
Die Audio-CD ist eines der offiziellen CD-Formate, die in den sogenannten ?Bunten Büchern? (siehe Rainbow Books) beschrieben werden und das Compact-Disc-Logo tragen dürfen. Die Format-Spezifikationen der Audio-CD, korrekt als CD-DA bezeichnet, ist 1980 unter der Bezeichnung ?Red Book? durch die ANSI (IEC-908) standardisiert worden; diese Norm ermöglichte es, dass ursprünglich jeder CD-Player und jedes CD-ROM-Laufwerk jede Audio-CD abspielen konnte ? solange sich die Plattenfirmen an die Norm hielten.
Eine Audio-CD enthält in dieser ursprünglichen Form ausschließlich Audio-Daten und keine multimedialen oder textuellen Zusatzinformationen. Erweiterungen zur CD-DA wie Mixed-Mode-CD, Enhanced CD/CD-Plus, CD-Text, CD+G oder CD+MIDI können jedoch Zusatzinformationen enthalten.
Die Audio-Daten werden unkomprimiert gespeichert. Das Red-Book-Format unterstützt nur ein einfaches Verfahren zum Erkennen oder Korrigieren von Lesefehlern, das so genannte CIRC (Cross Interleaved Reed Solomon Code), und erlaubt bis zu 250 Fehler pro Sekunde. Gute CD-Player können auch etwas höhere Fehlerzahlen noch (fast) unhörbar »überdecken«.
Die CD selbst ist eine 1,2 mm dicke Scheibe mit einem Durchmesser von 12 cm bzw. 8 cm (CD-Single), die aus einem Polycarbonat-Träger besteht, auf den eine dünne Aluminium-Schicht aufgetragen wird.
Datenformat
Die Audiodaten werden mit einer Abtastrate von 44,1 kHz, 16-Bit-Samples (little endian) und 2 Kanälen (erst links, dann rechts) aufgezeichnet; die Datenrate einer Audio-CD liegt daher bei 1.411.200 bit/s.
Die Bandbreite einer Audio-CD liegt bei 5 Hz bis 20 kHz, der Dynamikumfang bei 96 dB.
Die Daten werden in Frames gespeichert (auch "Mini-Frame" genannt). Jeder Frame enthält 33 Bytes. Davon sind 24 Byte Audio-Daten (also genau 6 Stereo-Samples), 8 Byte enthalten Fehlerkorrekturdaten und ein so genanntes "Subcode"-Byte. Die Bits des Subcode-Bytes werden mit P bis W bezeichnet. Die jeweiligen Bits der aufeinanderfolgenden Subcode-Bytes bilden je einen so genannten Subchannel. Die einzelnen Subchannel werden ebenfalls mit P bis W bezeichnet.
Jeweils 98 Frames werden zu einem Block (auch Sektor oder Frame genannt) zusammengefasst. Jeder Block enthält somit 2352 Byte Audiodaten. Dieses entspricht 1/75 Sekunde. Die 98 Subcode-Bytes ergeben die acht Sub-Channels P bis W zu je 98 Bit. Die Audio-CD nach dem Red-Book-Standard benutzt nur die Subchannel P und Q. Subchannel P enthält ein einfaches Musik-Pause-Flag. Dieses kann von CD-Spielern genutzt werden, um Pausen zu überspringen. Dieses Feature wird jedoch von manchen Geräten nicht unterstützt.
Subchannel Q enthält dagegen zahlreiche Informationen. Die 98 Q-Channel-Bits eines Blocks haben folgenden Aufbau:
* 2 Bit Synchronisation
* 4 Bit ADR - Gibt an, welche Daten der Q-Channel in diesem Sektor enthält.
** 0 = keine Q-Channel-Daten
** 1 = Positionsinformationen (siehe unten)
** 2 = Medienkatalognummer (z.B. UPC oder EAN)
** 3 = ISRC
** 4..15 = reserviert
* 4 Bit Kontrollbits
** Bit 0: 1: Audiodaten mit Preemphasis, 0: ohne
** Bit 1: 1: Digitalkopie erlaubt, 0: Digitalkopie verboten
** Bit 2: 1: Datentrack, 0: Audiotrack
** Bit 3: 1: Vierkanal-Audio (Quadrophonie), 0: Zweikanal-Audio (Stereo).
Falls der Q-Channel Positionsinformationen enthält, werden diese wie folgt kodiert:
* 8 Bit Tracknummer
* 8 Bit Index Point
* 24 Bit Sektoradresse (relativ zum Track-Anfang)
* 8 Bit reserviert (0)
* 24 Bit Absolute Sektoradresse
* 16 Bit CRC-Prüfsumme
Da der Q-Channel verschiedene Daten enthalten kann, wie man an den 4 ADR-Bits sieht, kann nicht jeder Sektor seine Positionsinformationen enthalten. Falls ein Sektor keine Positionsinformationen enthält oder die Verifikation mit der CRC-Prüfsumme des Q-Subchannels einen Lesefehler erkennen lässt, zeigen die meisten CD-Spieler einen interpolierten Wert an. Laut Red-Book-Standard müssen jedoch 9 von 10 Sektoren Positionsinformationen enthalten, so dass beim Abspielen einer CD sehr rasch neue Positionsinformationen zur Verfügung stehen.
Die Subchannel R bis W sind bei reinen Audio-CDs ungenutzt und werden von den meisten Audio-CD-Spielern ignoriert.
Erweiterte Formate, wie CD-Text oder CD+G kodieren dort ihre Zusatzdaten.
Auf einer Audio-CD können bis zu 99 Tracks gespeichert werden. Ein Track entspricht dabei in der Regel einem Musikstück. Jeder Track kann außerdem durch Index Points weiter unterteilt werden (beispielsweise für die Sätze einer Sinfonie oder Arien innerhalb einer Oper), heutige Player unterstützen diese Funktion jedoch häufig nicht mehr, da sie nur auf wenigen CDs verwendet wurde.
Ein standardkonformer Track muss mindestens 4 Sekunden (300 Sektoren) lang sein, Index Points müssen ebenfalls mind. vier Sekunden Abstand voneinander haben. Zwischen den Tracks befindet sich der Track Pre-Gap, der bei standardkonformen Audio-CDs eine Länge von mindestens zwei Sekunden haben muss und den Audio-Ruhepegel haben muss. Viele Audio-CDs enthalten aber Tracks, die nahtlos ineinander übergehen, ohne dass eine hörbare Pause zwischen ihnen besteht.
Die Adressierung der Sektoren lehnt sich dabei an den Einsatzzweck als Tonträger an: Die Sektoren werden in dem Format Minute:Sekunde:Block adressiert. Zur Vereinfachung der Anzeige werden diese Daten BCD-kodiert auf der CD gespeichert. Der Wert für Sekunden ist auf 0-59, die Blocknummer auf 0-74. Es sind somit Blockadressen von 00:00.00 bis 99:59.74 möglich, was für die ursprünglich konzipierte Spielzeit von 74 Minuten ausreichend ist. Es ist festgelegt, dass der erste Track bei Sektor 00:00.00 beginnen soll. Bestimmte Bereiche der CD befinden sich jedoch vor dem ersten Track und benötigen daher negative Sektornummern. Diese werden mit einem Offset von 100 Minuten gespeichert, sodass sie in die nicht benötigten Adressbereiche von 80:00.00 bis 99:59.74 fallen. Viele CD-Diagnoseprogramme sind in der Lage, diese Sektoren auszulesen und deren Inhalt (z.B. die TOC) darzustellen.
Die Sektoren einer Audio-CD enthalten keinen Header. Es ist somit nicht möglich, gezielt einzelne Sektoren anzusteuern und auszulesen. Um zu erkennen, welcher Sektor gerade gelesen wird, muss das Laufwerk einen, bisweilen sogar mehrere Sektoren einlesen und die Daten des Q-Channels auswerten. Dieses erklärt die recht lange Zugriffszeit beim wahlfreien Ansteuern etwa eines anderen Tracks.
Low-level Format
Die Datenbits werden nicht direkt in Pits und Lands auf die CD gepresst. Stattdessen werden die Daten über eine 8-zu-14-Kodierung in sogenannte "Channel bits" gewandelt. Die Channelbits eines Datenbytes sind außerdem noch durch 3-bit-lange Pausen (engl. gap) voneinander getrennt, so dass pro Datenbyte der Platz von 17 Channelbits benötigt wird.
Die 33 Bytes eines Miniframes entsprechen 33*8 = 264 Datenbits. Auf der CD werden jedoch 33*17 = 561 Channelbits gespeichert. Zu diesen kommen dann noch 24 Channelbits zur Synchronisation und drei sogenannte "merge bits", also 588 Channelbits pro Miniframe.
Näheres dazu, wie die Daten auf der CD gespeichert werden, siehe im Artikel Compact_Disc.
Geschichte
Der für die Spieldauer entscheidende Durchmesser der CD wurde durch die Philips-Führung folgendermaßen begründet: Die Compact Cassette war ein großer Erfolg, die CD sollte nicht viel größer sein. Die Compact Cassette hatte eine Diagonale von 11,5 cm, die Ingenieure machten die CD 0,5 cm größer.
Moderne Legenden, wie dass die Länge der Aufzeichnung einer Audio-CD angeblich durch Sonys Vizepräsident Norio Ohga mit der Argumentation festgelegt worden sein soll, eine CD müsse bis zu 75 Minuten Musik fassen, da dieses etwa der Länge von Beethovens neunter Sinfonie entspreche, halten sich hartnäckig. Auch der Dirigent Herbert von Karajan soll angeblich auf eine Mindestlänge gedrängt haben, um wichtige Werke der Musik unterbrechungsfrei abspielen zu können. Ursprünglich sollte die CD sogar auf einem 1973 entwickelten Format, der Video Long Play Disc (VLP, LaserVision) basieren.
Die ?krumme? Abtastrate von 44,1 kHz kam durch einen interessanten Umstand zustande. Die digitalen Audiodaten benötigten ein Speichermedium, das zuverlässig und verfügbar sein musste. Hierfür wurde von Sony ein Videorekorder vom System U-Matic ? das zur damaligen Zeit im Studiobereich weit verbreitet war ? verwendet, da dieser in der Lage war, entsprechend hochfrequente digitale Signale dauerhaft auf Magnetband zu speichern. Es existierten spezielle Konverter (PCM-1610 und PCM-1630), die Audiodaten mit 16 Bit digitalisierten und ein ?Video"-Signal erzeugten, das von dem U-Matic-Videorekorder aufgezeichnet werden konnte. Pro Videobildzeile konnten 96 Bit kodiert werden. Bei 294 nutzbaren Zeilen und 50 Bildern pro Sekunde (die Halbbilder des PAL-Videosignals) konnten so 96 * 294 * 50 = 1.411.200 Bit pro Sekunde gespeichert werden. Bei 2x16 Bit pro Sample ergab sich so eine Abtastrate von 44.100 Werten pro Sekunde.
Philips besitzt auch das Recht der Lizenzierung des ?CD«-Logos?, das auf jeder CD erscheint; die dem zugrunde liegenden Patente liefen jedoch zwischen 2002 und 2003 aus.
Insbesondere auf älteren CDs ist angegeben, ob die einzelnen Aufnahmeschritte (Aufnahme, Mischung, Premaster) analog oder digital erstellt worden sind. Dazu werden die Abkürzungen AAD, ADD und DDD verwendet.
Überlange CDs
Da die Spezifikation gewisse Toleranzen des physischen Formates (etwa des Spurabstands) enthält, ist es möglich, durch Ausreizen dieser Toleranzen (engeres Schreiben der Spuren) mehr Daten auf einer CD unterzubringen, als ursprünglich vorgesehen war. Dieses wird von gepressten Audio-CDs aber nur selten genutzt. CD-Rohlinge zum Selberbeschreiben, die den gleichen grundlegenden Aufbau wie eine Audio-CD haben, werden jedoch oftmals so gefertigt, dass sie 80 Minuten Spielzeit aufweisen (bis Sektor 79:59.74). Von nahezu allen CD-Spielern werden solche CDs problemlos abgespielt.
Eine weitere Erhöhung der Spurdichte erlaubt eine noch längere Spielzeit (90 bzw. 99 Minuten). Dabei kommt es jedoch zu Problemen, da dafür Sektoradressen benutzt werden müssen, die vom Red-Book-Standard für negative Sektoradressen reserviert worden sind. Da viele CD-Laufwerke nur die Sektoren über 90:00.00 als negative Sektoradressen auffassen, sind sogenannte 90-Minuten-Rohlinge (die also Sektoren bis 89:59.74 enthalten) auf diesen Laufwerken noch abspielbar. Die sogenannten 99-Minuten-Rohlinge erfordern hingegen eine gewisse ?Intelligenz? von der Laufwerkselektronik, um zu erkennen, ob eine negative Sektoradresse oder eine am Ende der CD gemeint ist. In der Praxis wird meistens eine Heuristik eingesetzt, die wie folgt funktioniert: Ein gezieltes Auslesen von Adressen zw. 90 und 99 liefert die Daten am CD-Anfang (negative Adressen), ein kontinuierliches Auslesen der CD mit steigenden Adressen wird dagegen erkannt, und es werden beim Übergang von Minute 89 zu 90 die Sektoren am Ende der CD ausgelesen.
Aufgrund der Probleme, die 90- und 99-Minuten-Rohlinge verursachen, ist von diesen eher abzuraten, da man sich nicht sicher sein kann, ob sie später auf einem anderen Laufwerk wieder gelesen werden können.
Kopierschutz / Un-CD
Ursprünglicher Kopierschutzansatz
Ähnlich dem DAT-Standard enthält die Audio-CD nach dem Red-Book-Standard ein Kopierschutzverfahren, wobei lediglich in der Table_of_Contents_(TOC) ein Bit den Kopierschutz anzeigt. Zusätzlich befindet sich ein ähnliches Bit in jedem Q-Sub-Channel-Block, der drei Zustände anzeigen kann: Kopiergeschützt (immer gesetzt), Kopie (Bit alternierend über die Sub-Channel-Blöcke) und nicht kopiergeschützt (immer ungesetzt). Theoretisch sollten bei einem HiFi-CD-Spieler diese Flags korrekt auf dem Digitalen_Ausgang ausgegeben werden. Allerdings werden bei den meisten Computer-Komponenten diese Flags ignoriert.
Entstehung der Un-CD
Seit etwa 2001 werden in Deutschland auch Audio-CDs verkauft, die einen darüber hinausgehenden Kopierschutz enthalten. Sie werden zwar ebenfalls irreführend als Audio-CD bezeichnet, entsprechen aber nicht der Red-Book-Norm, sind daher keine echten Compact Discs und können nicht mehr in allen CD-Spielern abgespielt werden; damit wird der so genannte Kopierschutz zu einem ?Abspielschutz?, aus der CD eine ?Un-CD?.
Derartig modifizierte Audio-CDs müssen allerdings nach § 95 d UrhG seit dem 1. November 2003 durch den Hersteller deutlich gekennzeichnet werden. Die IFPI (International Federation of the Phonographic Industry) hat ein entsprechendes Logo für kopiergeschützte Audio-CDs eingeführt. Der Heise_Zeitschriftenverlag betreibt auch eine Datenbank, in der nach kopiergeschützten und potenziell nicht abspielbaren Musik-CDs gesucht werden kann. (siehe Weblinks)
Die Umgehung eines ?wirksamen Kopierschutzes? ist nach der Novellierung des Urheberrechtes (Neues Urheberrechtsgesetz (UrhG), in Kraft seit 13. September 2003) nicht mehr zulässig (§ 95 a UrhG). Dabei stellt sich allerdings die Frage, ob die für Audio-CDs eingesetzten Kopierschutzverfahren überhaupt die Forderung nach einem wirksamen Kopierschutz erfüllen, da viele CD-Laufwerke diese Fehler automatisch korrigieren können. Eine gerichtliche Entscheidung zu dem Kopierschutz der Audio-CDs steht noch aus. Im Rechtsalltag wird das Umgehen des Kopierschutzes zu rein privaten Zwecken zwar als gesetzwidrig erachtet, ist jedoch bis heute nicht strafbar (Bagatellklausel) [http://www.internetrecht-rostock.de/urheberrecht-faq.htm#15 1].
Nicht als Umgehung zählt dabei, den Kopierschutz lediglich nicht wirksam werden zu lassen. Beispielsweise lässt sich der Kopierschutz MediaMax CD3 von SunnComm unter dem Betriebssystem Microsoft Windows einfach durch das Drücken der Shift-Taste deaktivieren, da hiermit der CD-Autostart ausgeschaltet wird. Unter Mac OS X funktioniert dieser Kopierschutz ohnehin nicht.
Kopieverhinderungsmethoden
Es sind zahlreiche Kopierschutzverfahren mit unterschiedlichem Schutz- und Wirkungsgrad in Verwendung.
*Illegaler TOC (Table of Contents - Inhaltsverzeichnis): Bei diesem Verfahren werden (normalerweise in einer zusätzlichen Session) die Trackpositionen auf unzulässige (illegale) Positionen umgelenkt, wie zum Beispiel auf einen Block im Lead-In. HiFi-Spieler "sehen" normalerweise nur die erste Session, die laut Red-Book-Standard die Audiodaten enthält. Somit betrifft dieser Schutz nur Computer-Laufwerke. Jedoch wird in vielen neueren Spielern Computer-Hardware eingesetzt, vor allem in DVD-Spielern. Die Abspielbarkeit ist somit nicht mehr für alle Hifi-Spieler gewährleistet.
Eine andere Art dieses illegalen TOCs äußert sich mit einer bei jedem Einlegen der CD wechselnden Trackliste. Der TOC steht mehrmals hintereinander auf der CD, vor allem, um Lesefehlern vorzubeugen. Hier werden eine Vielzahl von unterschiedlichen (und falschen) TOC abgelegt.
*Absichtliche Lesefehler: Durch Manipulation des CIRC werden an Stellen des Musikstückes mit einem annähernd linearen Anstieg des Pegels wenige Samples verfälscht. Die Parität wird jedoch über den korrekten Block berechnet. Damit werden beim Auslesen des Blockes die jeweiligen Samples als defekt markiert. Computerlaufwerke, die keinen speziellen Audio-Modus haben, geben die fehlerhaften Daten zurück, während HiFi-Laufwerke speziell auf solche Fehler vorbereitet sind und die fehlerhaften Daten (oft linear) interpolieren. Da der Pegel an der Stelle linear ansteigt, soll dieser Fehler auf HiFi-Spielern nicht hörbar sein. Allerdings ist es zu bemerken, dass in vielen Blöcken die Fehlerkorrektur schon ausgereizt ist. Jeder kleine Kratzer auf der Oberfläche kann echte Lesefehler provozieren. Man kauft sozusagen eine Audio-CD, die schon von vorneherein defekt ist.
*Falsche Q-Subcodes: Dieser Kopierschutz wird eher selten verwendet, da auch HiFi-Spieler damit Probleme haben können. Er basiert darauf, dass CD-Spieler die CD ähnlich wie eine LP in einem Gang abspielen, indem diese der ?Rille? folgen. Nur bei der Trackanwahl oder beim Überspringen einzelner Stellen wird effektiv ein bestimmter Block gesucht. Bei Audio-CDs ist in jedem Q-Subcode zu einem Block die jeweilige Position vermerkt. Wenn man dort eine leicht abweichende Position einträgt (durcheinanderwürfelt), kann nicht mehr exakt gesucht werden, was aber HiFi-Spieler nicht stört (nur solche mit Erschütterungsschutz). Computerlaufwerke dagegen werden üblicherweise blockweise angesprochen und müssen sehr oft neu die Position auf der CD suchen. Dieses ist dann nicht mehr möglich, da die Positionen durcheinandergewürfelt sind und daher ein paar Blöcke vorher oder später gelesen wird. Dieses äußert sich in kurzen Wiederholungen oder fehlenden Stückchen (üblicherweise um 0,05 Sekunden lang).
Inhalte und Formate
Die von der Schallplatte bekannte Vermarktungs-Unterteilung in große LPs und kleinere Singles wurde auch bei der Audio-CD übernommen. Dabei entstanden folgende inhaltsabhängige Formate:
*CD (Alben, Kompilationen): Tonträger mit 12 cm Durchmesser und etwa 45-80 Minuten Musik/Tonmaterial
• (Musik)/'>Single]: Tonträger mit 8 cm Durchmesser und etwa 1-4 Tracks. Spielzeit in der Größenordnung von 12-15 Minuten (Musik).
*Maxi/DJs.
Die ersten Audio-CDs
Die ersten Audio-CDs stellte das Plattenlabel PolyGram am 17. August 1982 vor; es handelte sich dabei um
• von Frederic Chopin] für [[Klavier, gespielt von Claudio Arrau sowie
*das Album The Visitors der Musikgruppe ABBA.
Ökonomie der Audio-CD
Gegen den Kauf von Audio-CDs und für den Download über P2P-Netzwerke im Internet wird oft angeführt, Audio-CDs seien ein zu teures Konsumgut - denn die Hörgewohnheiten der Verbraucher hätten sich geändert: Habe man früher noch bewusst Musik gehört - zum Beispiel ließ man den Plattenspieler laufen und hörte vom Sessel aus eine Sinfonie - höre man heute, im Zeitalter von sehr kleinen Abspielgeräten wie MP3-Playern oder Discmen/'>Discman/'>Discmen, bei jeder Gelegenheit Musik, etwa auf dem Weg zur Arbeit, beim GEMA
/'> 6 %
|-
| Herstellung
| 4 %
|}
