HDMI Audioformate
Die Einführung von HDMI eröffnete tolle Möglichkeiten für den Ton. HDMI überträgt viele Audioformate über dieselbe Schnittstelle – aber nicht zugleich. Die Geräte müssen sich auf ein Format einigen, beispielsweise Dolby Digital. Der HDMI-Handshake stellt sicher, dass ein Endgerät den besten und kompatibelsten Ton erhält. So ist es zumindest geplant. Das funktioniert gut, wenn eine HDMI-Quelle und eine HDMI-Senke verbunden sind. Die Schwierigkeiten fangen aber an, wenn eine weitere HDMI-Senke (Fernseher oder Soundsystem) dazu kommt und diese Geräte unterschiedliche Audio- und Videoformate beherrschen. Weiteres dazu hier.
Das Besondere bei HDMI ist, dass es sehr unterschiedliche Audioformate zusammen mit dem Videosignal transportieren kann. Es können mehrere Formate im Medium (als Blu-Ray Disc oder Datenstrom) enthalten sein. Aber HDMI gibt nur ein Format davon aus. Blu-Ray Discs bieten häufig 3 oder mehr Formate, von Stereo bis zu 3D High-Definition Sound. Auch Computerspiele, Streamingdienste und Fernsehen bieten eine Auswahl an.
Dolby Digital
Der Codec Dolby Digital (AC-3) ist weitverbreitet als Audiostandard für DVDs und für digitales Fernsehen. Dolby Digital unterstützt verschiedene Audiokanal-Konfigurationen, aber die gebräuchlichsten sind 5.1-Kanal und Stereo. Die Schreibweise „5.1“ bezieht sich übrigens auf die Anzahl der Audiokanäle. Das entspricht also der Anzahl der möglichen Lautsprecher, die gezielte Sounddaten bekommen. Bei 5.1 sind es 5 Lautsprecher (Links, Rechts, Mitte, hinten Links, hinten Rechts) sowie ein Subwoofer für den Bass. Dolby Digital-Audio mit 5.1 Kanälen kodiert normalerweise mit Bitraten zwischen 384 und 640 kbps, während Stereo-Dolby Digital-Audio (2.0) mit 192 kbps kodiert.
Dolby Digital Plus
Dolby Digital Plus (E-AC-3) bietet eine bis zu doppelt so hohe Effizienz wie Dolby Digital und bietet neue Funktionen wie 7.1-Kanal-Audio und Unterstützung für Dolby Atmos (dazu später mehr). Streaming- und Broadcast-Services verwenden häufig Dolby Digital Plus, um Surround-Sound-Audio mit niedrigeren Bitraten zu liefern. 5.1-Kanal-Audio in Dolby Digital Plus kodiert typischerweise mit Bitraten zwischen 192 und 256 kbps, während Stereo-Audio in Dolby Digital Plus eine Bitrate zwischen 96 und 128 kbps benutzt. Dolby Digital Plus-Bitströme sind nicht abwärtskompatibel mit Dolby Digital-Decoder. Aber Dolby Digital Plus-Decoder können Dolby Digital-Bitströme decodieren.
Das theoretische Maximum beträgt 6144 kbps. Bei Netflix werden für 5.1 Ton bis zu 640 kbps und für Dolby Atmos bis 768 kbps benutzt. Die Datenrate ist dynamisch bzw. adaptiv. Daher verringert sie sich bei leisen Szenen.
Dolby TrueHD
Viele HD- und UHD-Blu-Ray-Discs verwenden den Dolby TrueHD Audio-Codec, auch bekannt als MLP. Dolby TrueHD unterstützt bis zu 24 Bit Audio und Abtastraten von 44,1 kHz bis 192 kHz. Dolby TrueHD benutzt bis zu 7.1 Audiokanäle sowie Dolby Atmos. Da Dolby TrueHD ein verlustfreier Audio-Codec ist, ist die Datenrate variabel. Zum Beispiel betragen die Dolby TrueHD-Bitraten bei Dolby Atmos bei 48 kHz durchschnittlich etwa 6.000 kbps, mit Spitzen-Datenraten von bis zu 18.000 kbps für Inhalte mit hoher Abtastrate.
Was ist mit Dolby Atmos?
In letzter Zeit gibt es mehr Inhalte und Geräte, die Dolby Atmos unterstützen. Dolby Atmos ist aber kein Codec! Es ist ein immersives Audioformat, das über mehrere Audiocodecs einschließlich Dolby Digital Plus und Dolby TrueHD (aber nicht Dolby Digital) bereitgestellt werden kann. Blu-Ray Discs liefern Dolby Atmos mit Dolby TrueHD (mit Dolby Digital Plus als verfügbare Alternative), und Rundfunk- und Streaming-Dienste liefern Dolby Atmos mit Dolby Digital Plus. Um die Kompatibilität mit vorhandenen Geräten zu gewährleisten, ist Dolby Atmos in diesen Codecs als abwärtskompatible Erweiterung implementiert. Dolby Atmos-Daten sind im Bitstream verborgen und können mit einem Dolby Atmos-kompatiblen A/V-Receiver, Soundbar oder Fernseher decodiert werden. Erst dieses Endgerät erzeugt daraus die separaten Kanäle für alle Lautsprecher. Nicht Dolby Atmos-kompatible Geräte decodieren eine 5.1-Kanal- oder 7.1-Kanal-Version aus den Dolby Digital Plus- oder Dolby TrueHD-Bitströmen. Es gibt eine neue HDMI-Signalisierung, wodurch eine HDMI-Senke die Unterstützung von Dolby Atmos anzeigt.
Dolby MAT
Mediaplayer wie Apple TV 4K und Xbox One S/X decodieren eine Dolby Digital Plus oder Dolby TrueHD Audiospur, reichern diese evtl. mit eigenen Sounds an und encodieren diese wieder. Das Soundsystem erhält dann bis zu 8 PCM-Kanäle.
Vorteil: Die Audiospur kann mit Systemsounds des Zuspielers überlagert werden („Siri“). Und die Verarbeitung im Soundsystem kann schneller sein, was beim Gaming wichtig ist.
Nachteil: Das Audiosignal benötigt sehr viel Bandbreite, ohne dass die Qualität besser wird. Eine Ausgabe per HDMI-ARC ist nicht möglich. Es ist eARC am Fernseher oder eine direkte HDMI-Verbindung zum Soundsystem erforderlich. Manche AV-Receiver zeigen auf ihrem Display dann nur „Multichannel-PCM“ an, nicht mehr den ursprünglichen Codec. Die Umwandlung kann zwar sehr schnell, aber dennoch spürbar sein. So berichten viele Nutzer einer Xbox von einer Verzögerung bei der Audioausgabe, wenn auf der Xbox Atmos aktiviert wurde.
Diese PCM-Kanäle können Metadaten für Dolby Atmos enthalten. Daher nennt sich diese Übertragungsform „Dolby Metadata-enhanced Audio Transmission“ – kurz Dolby MAT.
DTS
Digital Theater Systems (DTS) ist ein Mehrkanal-Tonsystems, welches für den Einsatz bei Kino, Laserdisc und DVD konzipiert wurde. Es überträgt wie Dolby Digital bis zu 5.1 Kanäle in einem komprimierten Format. Die Datenrate beträgt typisch 754 kbps. Es ist nicht streambar und findet sich auf Blu-ray discs und "Sicherungskopien" davon.
DTS-HD
DTS High Definition (kurz DTS-HD) ist eine Weiterentwicklung des DTS-Tonsystems und wird vielfach bei Blu-Ray Discs eingesetzt. Es besteht aus dem verlustfreien DTS-HD Master Audio (maximal 24.500 kbps) und dem verlustbehafteten DTS-HD High Resolution Audio (maximal 6.000 kbps).
DTS:X
Unter dem Namen DTS:X bietet DTS eine Technologie, bei der Audio-Objekte in Echtzeit auf die Lautsprecher verteilt werden. Wie bei Dolby Atmos werden aus den 7.1 Tonkanälen vom Soundsystem unzählige Objekte errechnet. DTS:X wird über die beiden DTS-HD Audioformate transportiert.
Weitere 3D Audioformate
Auro 3D ein kanalbasiertes Audiosystem. Das bedeutet, die optimale Lautsprecher-Aufstellung ist vorgegeben. Es kann 9.1, 10.1, oder 13.1 Lautsprecher umfassen. Auro 3D befindet sich als zusätzliche Tonspur auf einigen Blu-Rays und in Kinofilmen.
Tempest ist das 3D Audioformat der Playstation 5 und möchte in Konkurrenz zu Dolby Atmos treten. Mithilfe von Psycho-akustischen Verfahren gibt Tempest einen 3D-Sound über Stereo-Kopfhörer und Gaming-Fernseher aus.
HDMI und HDMI-ARC
Alle diese Formate werden heute bei der Vorwärts-HDMI-Verbindung zwischen einem Quellgerät und einem Senkengerät unterstützt. Also vom HDMI-Ausgang zum HDMI-Eingang, genau wie das Videosignal. Ein Fernseher liefert aber auch ohne externe Quelle Ton, z.B. vom Empfangsteil für Kabelfernsehen oder SAT oder Smart-TV Apps. Um solche Audiodaten zu übertragen, gibt es den HDMI-Rückkanal HDMI-ARC. Dabei überträgt der Fernseher von einem HDMI-Eingang den Ton zu dem HDMI-Ausgang des Soundsystems. Bei einer Rückweg-HDMI-Verbindung, z.B. vom Fernseher zur Soundbar, gibt es 2 Protokolle: ARC (Audio Return Channel) und eARC (enhanced Audio Return Channel). Nur der neue eARC-Anschluss unterstützt alle Audioformate.
S/PDIF
Fernseher oder HDMI-Quelle können den Ton auch digital über S/PDIF ausgeben. S/PDIF (Sony/Philips Digital Interconnect Format) ermöglicht es, digitale Audiosignale über eine optische oder koaxiale Verbindung zu senden. Die optische Verbindung über Lichtwellenleiter mit Toslink-Steckern ist am häufigsten. Es ist seit jeher eine beliebte Verbindungsart, um digitale Audiosignale sowohl an Soundbars als auch an A/V-Empfänger zu übertragen. S/PDIF unterstützt zwei Kanäle von unkomprimiertem PCM-Audio oder komprimiertes Audio in Dolby Digital 2.0 und 5.1 (AC3) sowie DTS. S/PDIF unterstützt nicht Dolby Digital Plus, Dolby TrueHD oder DTS-HD. S/PDIF verfügt nicht über genügend Bandbreite, um die hohen Bitraten zu transportieren. Der Leiter besteht aus Plastik, nicht aus Glasfaser.