Jitter – Ursachen und Lösungen

Wer zum ersten mal mit dem „Jitter“ konfrontiert wird, denkt vermutlich eher an eine Geschlechtskrankheit oder altersbedingte Muskelstörung, als an ein audiophiles Problem, dessen tatsächliche Auswirkungen immer wieder heiß diskutiert werden.

Aus nüchterner technischer Sicht bezeichnet Jitter geringe zeitliche Abweichungen der Taktflanke entgegen dem idealen Bittakt. Diese gut messbaren, aber in der Regel unhörbaren Fehlströme im Bereich weniger Nanosekunden, sind trotz moderner Technik unvermeidbare Begleiterscheinungen einer jeden Wandlung und digitalen Datenübertragung.

Dennoch gibt es Stimmen die Jitter als Ursache für deutliche Klangfärbungen verantwortlich machen und entsprechende Beweisführungen und Hörvergleiche heranziehen. Unzählige Hersteller unterstützen diese Aussagen in dem die Werbetrommeln fleißig für Extrem-Low-Jitter Wandler, Ultra Mega Wordclocks und manch esoterische Jitter Terminatoren gerührt werden.

Was ist also richtig und darf man ohne High End Soundkarte und externe Wordclock überhaupt Musik machen?

Wie sieht Jitter aus?

In einer perfekten Welt entspricht ein Digitalsignal einer Rechteckspannung mit unendlich steilen Flanken, der Verlauf ist sauber ohne Überlagerungen und der zeitliche Abstand zwischen den Flankenwechseln stets konstant.

Jitter Signal Takt Theorie
In der Theorie würde ein perfektes Signal so aussehen

In der Praxis finden wir ein solches Ideal nicht einmal annähernd unter Laborbedingungen:

  • die Flanken verlaufen schräg
  • hochfrequente Störungen können das Signal überlagern
  • und die Zeitabstände zwischen den Flankenwechseln variieren minimal

All diese Punkte ergeben in Summe den Jitter und führen ab einer gewissen Intensität zu Klangverschlechterungen oder gar Datenverlust in Form von Dropouts.

Jitter Signal Takt Real
Jitter Signal Takt Real

Woher kommt’s?

Schräge Flanken sind eine natürliche Nebenwirkung der „trägen“ elektronischen Bauteile und lassen sich nie vermeiden. Auch der Strom selbst bewegt sich lediglich mit endlicher Geschwindigkeit und benötigt Zeit, bis er das gewünschte Amplituden-Maximum erreicht. Doch obwohl die Flanke immer vom Optimum abweicht, ist dies allein kein Grund für Jitter.

Gravierender sind hingegen hochfrequente Störungen. In der Nähe eines Digitalwandlers befindet sich meist noch jede Menge andere Elektronik, die in den Takt hineinstrahlt und sich ähnlich einem Dither über das Signal legt. Um den Computer selbst als Strahlungsquelle auszuschließen, werden Wandler gerne in ein externes Interface verlagert.

Der Hauptgrund für Jitter liegt jedoch in der Wordclock, unserem Generator für Samplerate und Bittakt. Weist dieses Signal auch nur geringe Abweichungen auf, kann es zu negativen Klangeigenschaften kommen. Aus diesem Grund sind die verwendeten Quarze hoch präzise und besitzen Abweichungen von weniger als einer Nanosekunde (0,0000000001 Sekunden).

Welche Probleme bereitet Jitter?

Ein bisschen Jitter gehört zu den natürlichen Eigenschaften einer jeden digitaler Übertragungen und wirkt sich innerhalb gewisser Grenzen nicht auf die Qualität aus. Nimmer er zu, beginnt es mit leichtem Rauschen, Verzerrungen, eine gefühlte Einschränkung der Transparenz, Tiefenstaffelung und anderen subtilen Dingen, die jedoch nur in einem direkten A/B Vergleich auffallen. Wirklich problematisch sind lediglich Drop Outs, die in sehr langen Sigalketten oder unter sehr unglücklichen Umständen auftreten.

In der Praxis

Im Wandler

Mit das wichtigste Bauteil eines jeden Digitalwandlers ist die Word Clock. Je präziser die Steuerungselemente und der Schwingquarz, desto genauer liegen die Signalflanken im zeitlichen Raster und der Anteil an Jitter sinkt. Abweichungen um 5 Nanosekunden gelten dabei als Standard, sehr gute Clocks drücken den Jitter gar auf 2 Nanosekunden herunter und halten ihn so weit entfernt von bedenklichen Bereichen.

Obwohl einschlägige Praxistests kaum relevante Klangunterschiede zwischen modernen Wandlern offenbaren, liegt die Investitionsmöglichkeit für einen zweikanaliges Gerät grob zwischen 200 und 2.000 Euro. Aber auch deutlich günstigere Ausführungen wie On-Board Soundkarten, deren Platinen wenige Euro kosten müssen sich nicht verstecken. Besondere Schaltungen die Jitter weiter verringern, sind ein nettes aber selten notwendiges Feature.

Jitter Rme Soundkarte
Soundkarten von RME sind bekannt für äußerst geringen Jitter. Bild: RME

Im CD Player

Ein und dieselbe Audio CD kann sich auf unterschiedlichen Playern unterschiedlich anhören. Schuld ist unter anderem Jitter, der sich hier auf drei Ursachen zurückführen lässt:

  • eine billige, ungenaue Clock
  • Gleichlaufschwankungen der Mechanik beim Auslesen
  • eine schlechte Stromversorgung

Die Probleme mit der Clock kennen wir bereits, neu ist somit Jitter der direkt beim Auslesen entsteht. Um an den Pulsecode auf der CD zu gelangen muss zum einen die Scheibe rotieren, der Laser in der exakten Position stehen und die Fokussierung korrekt arbeiten. Alle drei Vorgänge bergen ein Fehlerpotential und damit eine Verstärkung des Jitters.

Das zweite Problem ist die Stromversorgung. Die vielen Komponenten benötigen viele unterschiedliche Spannungen, die jedoch aus der selben Quelle gespeist werden. Günstige Netzteile weisen erhöhte Spannungstoleranzen auf und unterstützen den Aufbau von Jitter.

Zusammenfassend können wir sagen: Viele CD-Player erzeugen hörbaren Jitter, weil am Innenleben gespart wurde. Bei Preisen ab 30 Euro für ein Gerät ist dies nicht weiter verwunderlich, Highend-Player können hingegen schon einmal das Hundertfache kosten. Dafür gibt es dann auch hochpräzise Wordclocks, getrennte Spannungsversorgungen und extrem präzise Abspielmechaniken, oder anders formuliert, sie klingen besser.

Bei der Übertragung

Werden zwei Geräte über eine digitale Schnittstelle wie S/P-DIF verbunden, wandern die eigentlichen Informationen und der Bittakt kodiert als Bi Phase Mark von A nach B. Auf dem Weg dahin ist das Kabel teils unerwünschten Einstreuungen ausgesetzt und mit zunehmender Länge verschlechtert sich ebenfalls die Kabeldämpfung und damit die Signalqualität. Beides zusammen ergibt eine geringere Wahrscheinlichkeit den exakten Taktzeitpunkt zu bestimmen und erhöht dadurch Jitter.

Jitter Signal Übertragung Störungen

Damit der Empfänger das Signal ordnungsgemäß auswerten kann, synchronisiert er seine interne Clock per PLL auf den eintreffenden Bittakt. Diese Schaltung eliminiert effektiv vorhandenen Jitter und erneuert den Takt für nachfolgende Geräte. Kumulierter Jitter wie er ohne PLL oder ähnliche Maßnahmen in einer langen Reihenschaltung auftreten kann gehört damit der Vergangenheit an.

Jitter Signalkette
Ohne PLL ist das Digitalsignal in einer langen Reihenschaltung tatsächlich oft unbrauchbar

Um dennoch nichts dem Zufall zu überlassen können wir folgende Vorsorgemaßnahmen treffen:

  • optische Verbindungen sind weniger störanfällig als strombasierte
  • AES3 XLR Kabel eignen sich besser als typische koaxiale Chinchkabel von S/P-DIF
  • Kaufe nicht das billigste Kabel aus der Ramschkiste, achte auf eine ordentliche Schirmung
  • ein Digitalkabel sollte nur so lange wie nötig sein
  • alle beteiligten Geräte sollten über eine Jitterunterdrückung verfügen

Als Latenz

Eine weitere, eher unbekannte Form von Jitter ist der „Latenz-Jitter“. Denn auch die Latenzzeit in einer DAW muss nicht zwingend konstant sein. Zwar zeigt die Steuersoftware der Soundkarte oder der Sequenzer abhängig von Buffer und Samplerate eine bestimmte feste Input- und Outputlatenz an, dass dem aber nicht immer so ist, haben die Jungs von RME herausgefunden. Bevor ich mir jedoch die Finger fusslig tippe, klickt doch einfach einmal hier bei RME vorbei …

Keine Angst

Alles in allem ist Jitter zwar immer vorhanden, bewegt sich aber in 99.99 % der täglichen Anwendung innerhalb sicherer Bereiche. Solange ein Wandler noch deutlich zwischen den Bitwerten 0 und 1 unterscheiden kann, bleibt der Datenstrom unverfälscht und durch PLLs und ähnliche Schaltung wird im Anschluss ein nahezu jitterfreies Signal erzeugt. Erst wenn die Abweichung einen Bittakt überschreiten wird es gefährlich. In diesem Fall sind die Folgen in Form von Aussetzern und kurzen Klicks deutlich hörbar.

Besitzt du bereits ein modernes, durchaus auch günstiges Audio Interface und arbeitest hauptsächlich in der DAW, sind weitere Optimierungen unnötig. Verbesserungsvorschläge wie externe Word Clocks als Ersatz für die interne Schaltung der Soundkarte, führen hingegen sogar zu messbar stärkeren Jitterwerten.

Wo Angst vor schlechter Qualität herrscht und Highendanwender und audiophile Freaks bereit sind, viel Geld für Gegenmittelchen auszugeben, sind natürlich auch findige Unternehmer nicht weit. So gibt es spezielle jitterunterdrückende USB Kabel, Chinchkabel der Meter ab 40 Euro oder stromreinigende Filter. Natürlich bewirken sie „nachweislich“ eine Verbesserung der Datenübertragung, nur warum man solche Geräte dann nie in einem Tonstudio?