Android-Smartphones & Hi-Res Audio: der aktuelle Stand – aptX Lossless als Heilsbringer?
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Die Hersteller von Smartphones stecken viel Mühe und Liebe in ihre Displays. OLED ist mittlerweile zum Standard in der Mittelklasse geworden, die Auflösungen steigen im High-End Bereich weiter an und zuletzt sind schnelle Bildwiederholraten zum Trend geworden. Smartphones wie das Sony Xperia 1 III geben den Ton an – ein OLED-Bildschirm mit 4K-Auflösung und 120 Hertz, viel mehr kann aktuell eigentlich nicht geboten werden. Deutlich behutsamer sind hingegen die Bemühungen, Audioliebhabern ein möglichst ideales Erlebnis zu bescheren. Irgendwelche Dolby Atmos Zertifizierungen oder Tuning von Harman Kardon konnte uns bislang kaum überzeugen.
Das beginnt schon damit, dass viele Smartphones mittlerweile auf den Klinkenanschluss verzichten. Hier ist z.B. Sony das Positivbeispiel – alle großen Hersteller wie Samsung, Xiaomi und Apple verbauen den über 100 Jahre alten Anschluss nicht mehr. Das mag aufgrund des Alters dieses Standards erst einmal sinnvoll erscheinen. Leider hat es die Industrie verpasst, uns gleichwertige oder gar bessere Alternativen vorzusetzen. Bluetooth beschränkt die Qualität der Musik teils deutlich, während Audio über USB-C mittlerweile zu einer unfreiwilligen Lachnummer verkommen ist. Wie sieht die Zukunft für Liebhaber von Hi-Res-Audio aus?
Taxonomie: Was bestimmt die Wiedergabequalität von Musik?
Digital gespeicherte Audiodateien lassen sich mit einigen Begriffen umschreiben und definieren, die aber kaum jemand wirklich auseinanderhalten kann. Deswegen beginnen wir mit einer kleinen Begriffserklärung.
Abtastrate
Ein entscheidender Begriff ist die Abtastrate, die in Hertz angegeben wird. Wenn ein analoges Audiosignal digitalisiert oder aufgenommen wird, werden von diesem Signal in definierten zeitlichen Abständen Stichproben – sogenannte Samples – entnommen. Wenn etwa ein Lied mit 44.100 solcher Abtastvorgängen pro Sekunde digitalisiert wurde, spricht man von einer Abtastrate von 44,1 kHz.
Eine höhere Abtastrate bedeutet dementsprechend mehr Stichproben im analogen Signal und ein genaueres Abbild des ursprünglichen Materials. Zwar reichen 44,1 kHz theoretisch aus, um das gesamte Spektrum der von Menschen hörbaren Frequenzen abzubilden – auf technischer Seite haben hohe Abtastraten aber weitere Vorteile.
Bittiefe
Eng mit der Abtastrate verwoben, ist die Bittiefe. Hat ein digitales Audiosignal eine Bittiefe von 16 Bit, können 65.538 (2^16) verschiedene Werte angenommen werden, welche die eben erklärte Stichprobe abbilden. Allein eine hohe Abtastrate ist also wenig sinnvoll, wenn eine niedrige Bittiefe anliegt und nur wenige Informationen aus jeder Stichprobe gespeichert werden.
Bitrate
Die Bitrate wird zumeist in Kilobit pro Sekunde (kbit/s) angegeben und bezeichnet die Ausgabemenge an Bits innerhalb eines Zeitraums – hier also innerhalb einer Sekunde. Bei unkomprimierten Audiodateien ist das ein rein rechnerischer Wert aus den eben erklärten Begriffen und der Anzahl der Audiokanäle. Bei einer normalen CD habt ihr zwei Spuren (Stereo) mit einer Abtastrate von 44,1 kHz und einer Bittiefe von 16 Bit – 16 Bit x 44,1 kHz x 2 Tonspuren entspricht also 1.411,2 kbit/s. Eine unkomprimierte oder verlustfrei komprimierte Audiodatei mit einer hohen Bitrate ist also besser als eine solche Datei mit einer niedrigen Bitrate.
Bei verlustbehaftet komprimierten Audiodateien bedeutet eine hohe Bitrate hingegen, dass eine große Datenmenge innerhalb einer Sekunde enkodiert werden kann. Das allein sorgt allerdings nicht zwingend für eine bessere Audioqualität, da das Dateiformat (oder besser: der verwendete Codec) entscheidend ist. AAC ist beispielsweise sehr gut darin, die wichtigen Daten innerhalb einer Stichprobe zu erkennen und dementsprechend unwichtige Daten zu reduzieren. Dadurch kann eine per AAC komprimierte Audiodatei mit 256 kbit/s besser klingen, als eine mp3-Datei mit 320 kbit/s.
Analog & Digital – Was genau ist eigentlich ein DAC?
Musik ist letztendlich nichts anderes als Schallwellen, die von einer Membran erzeugt werden. Digitale Schallwellen sind bisher allerdings noch nicht erfunden worden – die Dateien von eurem Smartphone oder Computer müssen also irgendwie zurück ins Analoge umgewandelt werden. Dafür sorgt ein sogenannter DAC – ein Digital-Analog-Wandler. Ein solcher Konverter ist in jedes Smartphone, jeden Computer und sogar in jeden Bluetooth-Kopfhörer integriert.
Not every DAC is created equal – einige sind besser, andere sind schlechter. Sony wirbt bei seinen Smartphones mit einer besonders guten Signalverarbeitung. Andere Hersteller verzichten hingegen komplett auf den Klinkenanschluss und verbauen teilweise keinen DAC in ihren Smartphones. Wenn die Musik nämlich sowieso per Bluetooth übertragen wird, muss das Empfangsgerät die digitalen Funksignale in analoge Signale umwandeln. Bei sehr hochwertigen Kopfhörern kann das unter Umständen sogar dazu führen, dass die Musik bei Wiedergabe per Bluetooth besser klingt, als wenn ihr sie per Kabel an euer Handy (mit einem schlechten, integrierten DAC) anschließt.
Wir fassen also nochmal zusammen. Ein analoges Audiosignal wird digitalisiert und dann auf eurem Smartphone gespeichert. Dann muss das digitale Signal wieder analog gemacht werden, wofür der DAC zuständig ist. Da der Klinkenstecker ein analoger Standard ist, muss das bei kabelgebundenen Kopfhörern euer Handy übernehmen. USB-C und Bluetooth sind hingegen digitale Standards, weswegen das Endgerät (meistens) für die Umwandlung zuständig ist. Es scheint so, als wäre die letztgenannte Methode sinnvoller, oder? Dann müsste nicht in jedem Handy ein besonders hochwertiger DAC verbaut sein, sondern die Umwandlung wird von einem dafür vorgesehenen Audiogerät – einem hochwertigen Kopfhörer beispielsweise – durchgeführt.
Musik via USB-C oder Bluetooth – Ist das echtes Hi-Res-Audio?
Leider nicht. Wenn ihr auf eurem Smartphone Musik mit besonders hoher Bittiefe und Abtastrate abspielt, wird genau dieses Signal an den internen DAC weitergegeben, der es dann an eure per Klinkenstecker angeschlossenen Kopfhörer weitergibt. Die Bandbreite ist hierbei nicht entscheidend, da die Umwandlung ja bereits innerhalb des Geräts vonstattengeht. Es würde also keinen Sinn ergeben, das Signal zu komprimieren oder anderweitig zu beschneiden.
Das Bluetooth-Problem
Per Bluetooth sieht das schon ganz anders aus. Die Bandbreite des Funkstandards ist begrenzt – ziemlich begrenzt, sogar. Die liegt beim aktuellen Bluetooth 5.0 dank Enhanced Data Rate (EDR) immerhin bei 3 Mbit/s. Ursprünglich hat Bluetooth hingegen maximal 1 Mbit/s unterstützt. Erinnert ihr euch an unsere Rechnung von eben? CD-Qualität erfordert 1.411,2 kbit/s, also 1,4 Mbit/s. Das ist mit den ursprünglich in Bluetooth integrierten Standards gar nicht möglich gewesen. Noch schlimmer sieht es aus, wenn wir eine solche Beispielrechnung für eine Hi-Res-Datei vom Streamingdienst Tidal durchführen. 24 Bit, 192 kHz – das ergibt 9,2 Mbit/s – das wäre selbst aktuell via Bluetooth nicht zu realisieren.
Die vermeintliche Lösung des Problems sind verlustbehaftet komprimierte Codecs, die dennoch eine relativ hohe Bittiefe und Abtastrate bieten. Aktuell sind das vor allem aptX HD und LDAC. Leider halten sich (fast) alle dieser Codecs für eine möglichst gute Abwärtskompatibilität an die 1 Mbit/s-Beschränkung der ersten Bluetooth-Versionen.
Bluetooth-Codecs in der Übersicht
| maximale Bitrate | maximale Bittiefe | maximale Abtastrate | |
| SBC | 328 kbit/s* | 16 Bit | 48 kHz |
| AAC | 264 kbit/s* | 16 Bit | 44,1 kHz (selten auch 96 kHz) |
| aptX | 384 kbit/s | 16 Bit | 48 kHz |
| aptX LL | 352 kbit/s | 16 Bit | 44,1 kHz |
| aptX HD | 576 kbit/s | 24 Bit | 48 kHz |
| aptX Adaptive | 420 kbit/s* | 24 Bit | 48 kHz |
| aptX Lossless | 1.000 kbit/s* | 16 Bit | 44,1 kHz |
| LDAC | 990 kbit/s* | 24 Bit | 96 kHz |
| LHDC | 900 kbit/s* | 24 Bit | 96 kHz |
Wenn ihr unsere Rechnung – Bittiefe x Abtastrate x Anzahl der Kanäle – auf die Codecs in der Tabelle anwendet, dann fällt auf: Die sind alle nicht verlustfrei komprimiert oder gar unkomprimiert, sondern verlustbehaftet komprimiert. Die maximal 96 kHz bei 24 Bit von LDAC sehen auf den ersten Blick toll aus, haben aber dennoch nichts mit der unkomprimierten Übertragung via Klinkenanschluss – Hi-Res-Audio also -zutun. Dem am nächsten kommt das brandneue aptX Lossless, das die für CD-Qualität nötigen 1,4 Mbit/s ausreizt und die Musik ohne weitere Komprimierung überträgt.
Das Sternchen hinter der maximalen Bitrate bedeutet übrigens, dass der jeweilige Codec diesen Wert dynamisch anpasst. Bei nicht idealer Empfangssituation sind also auch deutlich niedrigere Bitraten möglich. Zusammengefasst ist aptX Lossless ein Schritt in die richtige Richtung, aber bis wir Hi-Res-Audio über Bluetooth übertragen können, ist es leider noch ein langer Weg. Entweder sind Einbußen bei der Bittiefe und Abtastrate zu machen oder das Signal wird zusätzlich verlustbehaftet komprimiert, um die Bandbreite zu schonen.
Hi-Res-Audio via USB-C
Per USB-C besteht das Problem mit der Bandbreite nicht, immerhin handelt es sich um einen sehr aktuellen Standard. Selbst per USB 2.0 angebundene USB-C-Anschlüsse schaffen unter idealen Voraussetzungen bis zu 480 Mbit/s – mehr als genug für jedes Audiosignal also. Via USB 3.1 sind sogar 5 Gbit/s (Gen. 1) bis 10 Gbit/s (Gen. 2) möglich. Seltsamerweise hat sich trotzdem irgendein schlauer Kopf im Entwicklerteam von Android gedacht, dass man die Abtastrate von via USB-C wiedergegebener Musik doch lieber einmal begrenzen sollte.
Klingt dumm, ist aber so. Android ändert die Abtastrate von allen Audiostreams, die über den USB-Anschluss laufen, auf 48 kHz. Dabei ist es egal, ob die ursprüngliche Datei nur 44,1 kHz oder sogar 192 kHz bietet – sogar die Abtastrate von Dateien, die bereits 48 kHz haben, wird erneut auf 48 kHz geändert. Damit geht sogar bei Audiostreams mit der passenden Abtastrate unter Umständen die Bitgenauigkeit verloren. Dieses Problem könnte vermutlich von einem Entwickler innerhalb weniger Minuten gelöst werden – scheinbar interessiert sich einfach keiner für USB-C-Audio. Eine Ausnahme ist hier Tidal, denn der Streamingdienst umgeht die Beschränkung, wenn ein externer DAC erkannt wird – dann sind 192 kHz und 24 Bit, also echtes Hi-Res-Audio per USB-C plötzlich doch kein Problem mehr.
Ein weiterer Fallstrick ist die zuvor erklärte Umwandlung des digitalen Audiostreams in ein analoges Signal. Per USB-C angeschlossene Kopfhörer können entweder aktiv oder passiv auftreten. Bei aktiven Kopfhörern erfolgt die Umwandlung im Kopfhörer, bei passiven Kopfhörern im Smartphone. Welche der beiden Methoden gerade Anwendung findet, lässt sich leider nur schwer herausfinden. USB-C hat also definitiv das Potenzial, den Klinkenanschluss endlich abzulösen und hochauflösende Audioübertragung zu ermöglichen. Dafür müsste Google nur das Resampling auf 48 kHz entfernen und die Audiohersteller müssten gute Kopfhörer und Lautsprecher präsentieren, die sich mit dem Standard verstehen.
Fazit: Hi-Res-Audio mit Android-Smartphones
Aktuell lässt sich echtes Hi-Res-Audio mit Android-Smartphones nur per Klinkenanschluss realisieren. Dann ist jedoch die Frage, wie gut der integrierte DAC tatsächlich ist. Dazu machen die meisten Hersteller keine Angaben. Eine Alternative ist USB-C in Kombination mit einem externen DAC, der MQA unterstützt und an den ihr eure Kopfhörer oder ein Hifi-Setup anschließen könnt. Bluetooth oder USB-C-Kopfhörer sind aktuell leider immer mit einer schlechteren Audioqualität verbunden.
Mich würde interessieren, ob euch eine hohe Audioqualität überhaupt wichtig ist oder ob euch die Bordmittel von Android vollkommen ausreichen. Schreibt es uns gerne in die Kommentare!
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Habs vorher über Spotify gezogen (gut) und jetzt über Amazon Music (viiiiiiell besser)
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MfG,
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