Ein Mittelstift für das Signal, ein zylindrischer Außenkontakt für Masse und Schirm, keine Verriegelung, ein Kanal pro Stecker: Das ist der Cinch-Anschluss, im englischen Sprachraum RCA oder phono genannt. Entworfen wurde er als billige Verbindung im Geräteinneren. Heute laufen über dieselbe Bauform ganz verschiedene Signale — Line-Pegel, das sehr leise Signal eines Tonabnehmers, der Weg zum Subwoofer und ein digitaler Datenstrom.

Ausführliche Erklärung

Die Bauform stammt von der Radio Corporation of America und taucht 1937 im Radio-Phonographen RCA U-109 auf — als Verbindung innerhalb des Geräts, zwischen Laufwerk und Chassis. Erst danach wanderte sie auf die Geräterückseite, damit Kunden einen externen Plattenspieler anschließen konnten. Daher kommt der englische Name phono connector. Die im deutschsprachigen Raum übliche Bezeichnung Cinch ist keine Norm und keine Abkürzung, sondern der Name eines US-amerikanischen Steckverbinderherstellers, der auf die Bauart übergegangen ist.

Diese Herkunft erklärt mehr, als sie zunächst vermuten lässt. Ein Bauteil, das für zwanzig Zentimeter im Gehäuseinneren gedacht war, überträgt heute Digitalsignale durch ganze Wohnungen — und die Grenzen, an die man dabei stößt, sind die Grenzen dieses Entwurfs.

Die genormte Belegung

Festgelegt ist die Bauform in IEC 60603-14; für die koaxiale S/PDIF-Nutzung derselben Buchse kommt IEC 60958-3 dazu. Die Tabelle zeigt die Bauform und kein Gerät: Welches Signal an einer bestimmten Buchse anliegt — Line, Phono, LFE, S/PDIF oder Video —, sagt allein die Beschriftung daneben.

Was alles auf derselben Buchse liegt

• Line-Signale, der Normalfall zwischen Quellgerät und Verstärker.
• Phono, das Signal direkt vom Tonabnehmer: um Größenordnungen leiser und ohne die Entzerrung, die erst der Phono-Vorverstärker vornimmt. Ein Phono-Signal in einen Line-Eingang ergibt fast nichts; ein Line-Signal in einen Phono-Eingang ergibt Übersteuerung.
• Der LFE-Weg zum Subwoofer — ein einzelner Kanal, oft über viele Meter geführt, unsymmetrisch und damit der klassische Kandidat für Brummschleifen.
• Koaxiales S/PDIF, also digitales Zweikanal-Audio.
• Composite- und Component-Video, heute historisch, in Bestandsanlagen aber noch anzutreffen.

Farben helfen dabei nur bedingt weiter. Weiß oder Schwarz für links, Rot für rechts, Gelb für Composite, Grün-Blau-Rot für Component, Orange für S/PDIF — das ist die Konvention, und sie beschreibt die Buchse am Gerät, nicht das Kabel. Ein rotes Kabel führt, was am anderen Ende eingesteckt wurde.

Der 75-Ohm-Punkt

Hier wird es planungsrelevant. Digitales S/PDIF über Koaxialkabel ist in IEC 60958-3 beschrieben, und die Norm verlangt eine Leitung mit 75 Ω Wellenwiderstand; die Signalamplitude liegt nominal bei 0,5 V Spitze-Spitze, die vorgesehene Streckenlänge in der Größenordnung von zehn Metern.

Zwei Dinge daran werden regelmäßig übersehen.

Erstens gilt die Anforderung dem Kabel. Ein gewöhnliches Audio-Cinch-Kabel ist ein geschirmtes Kabel ohne spezifizierten Wellenwiderstand — dass es einen hat, ist unvermeidlich; dass es 75 Ω sind, ist Zufall. Auf kurzen Wegen spielt das keine Rolle, weil das Signal die Fehlanpassung nicht bemerkt, solange die Laufzeit klein gegen die Flankensteilheit bleibt. Auf längeren Wegen entstehen Reflexionen an beiden Enden, die dem Empfänger die Taktrückgewinnung erschweren.

Zweitens ist der Steckverbinder selbst kein 75-Ω-Bauteil. Für den Cinch-Stecker ist gar keine Impedanz festgelegt, und eine echte Anpassung an 75 Ω lässt sich mit seinen Abmessungen konstruktiv nicht erreichen. Ein als „75 Ω" verkauftes Cinch-Kabel hat also ein spezifiziertes Kabel und zwei unspezifizierte Enden. Das ist kein Etikettenschwindel — es ist der beste erreichbare Kompromiss innerhalb dieser Bauform, und genau deshalb gibt es für dieselbe Aufgabe den BNC, bei dem die Impedanz durch die Steckergeometrie hindurch definiert ist.

Häufiges Missverständnis

„Digital ist digital — entweder es funktioniert oder gar nicht." Der Satz beschreibt Datenübertragung mit Fehlerkorrektur und Wiederholanforderung, und genau die hat S/PDIF nicht. Der Datenstrom läuft in eine Richtung, ohne Rückkanal; der Empfänger gewinnt seinen Takt aus dem Signal selbst. Wird das Signal durch Fehlanpassung verschliffen, verschlechtert sich zuerst diese Taktrückgewinnung. Was man dann bekommt, ist kein „etwas schlechterer Klang", sondern Aussetzer, Knacken oder ein Eingang, der nicht einrastet — und zwar längenabhängig, was die Fehlersuche verlängert. Die Konsequenz für die Praxis ist unspektakulär: Bei kurzen Wegen ist die Kabelfrage unerheblich, bei langen wird sie zur Streckenfrage.

Der zweite Irrtum sitzt am Subwoofer. „Rot ist rechts, Weiß ist links" gilt für Stereo-Line-Signale und nicht für den LFE-Weg: Der ist ein einzelner Kanal, und wo an einem Subwoofer trotzdem zwei Buchsen sitzen, sind sie oft schlicht parallel geschaltet oder erwarten ein Stereo-Summensignal. Welche der beiden Situationen vorliegt, steht in der Anleitung und lässt sich an den Buchsen nicht ablesen.

Der dritte betrifft die Verwechslung von Anschluss und Qualität. Dass ein Gerät nur Cinch-Ausgänge hat, sagt über seine Wandlung, seine Ausgangsstufe und seinen Störabstand nichts. Es sagt etwas über die Strecke: unsymmetrisch, unverriegelt, ein Schirm für alles. Wo diese Strecke kurz ist, ist das folgenlos.

Nicht zu verwechseln mit

• BNC: Verriegelt und mit definierter Impedanz — allerdings in zwei Ausführungen, 50 Ω und 75 Ω, die gleich aussehen und elektrisch nicht dasselbe sind. Für koaxiales Digitalaudio ist er die saubere Lösung; im Konsumbereich findet er sich fast nie.
• S/PDIF: Eine Schnittstelle, kein Steckverbinder. Sie läuft koaxial über Cinch oder optisch über TOSLINK — dieselben Daten, ganz andere elektrische Eigenschaften.
• Phono- gegenüber Line-Eingang: Gleiche Buchse, verschiedene Empfindlichkeit und verschiedene Entzerrung. Verwechseln ist mechanisch möglich und akustisch sofort hörbar.
• Klinke: Führt mehrere Kontakte in einem Stecker und ist im AV-Umfeld noch mehrdeutiger belegt als Cinch — von Stereoaudio über Infrarot bis zu Triggersignalen.
• Cinch-artige Lautsprecheranschlüsse: An manchen Kompaktanlagen sitzen Buchsen dieser Bauform am Lautsprecherausgang. Dort liegt ein Leistungssignal an, kein Line-Pegel.

Typischer Fehler

Ein Wohnzimmer bekommt Streaming, einen Plattenspieler und einen Subwoofer, der aus optischen Gründen in die gegenüberliegende Zimmerecke soll — rund zwölf Meter Kabelweg. Zusätzlich soll der Ton digital in einen Nebenraum gehen.

Bevor irgendein Kabel bestellt wird, gehört die Konzeptfrage geklärt: Welches Signal läuft über welche Strecke, und in welchem Zustand liegt es dort vor — analog oder digital, ein Kanal oder zwei? Erst diese Zuordnung macht aus zwei ähnlich aussehenden Verbindungen zwei verschiedene Aufgaben.

Für die beiden langen Wege fällt die Wahl unterschiedlich aus. Der Subwoofer-Weg ist analog, unsymmetrisch und lang — die eigentliche Gefahr ist hier nicht die Bandbreite, sondern die Brummschleife zwischen zwei Geräten an verschiedenen Steckdosen. Bietet der Subwoofer einen symmetrischen Eingang, ist das die bessere Strecke; bietet er ihn nicht, wird der Schirmweg zur Planungsfrage. Der digitale Weg in den Nebenraum wiederum ist der Fall, in dem koaxiales Cinch an seine Grenze kommt: Entweder es wird ein spezifiziertes 75-Ω-Kabel verwendet und die Steckstellen bleiben der bekannte Schwachpunkt, oder man geht optisch, oder man verlegt die Wandlung so, dass die lange Strecke gar kein S/PDIF mehr führt, sondern Netzwerk.

Die Gerätewahl kommt zuletzt und wird durch diese beiden Entscheidungen bereits stark eingeschränkt — was der übliche und der richtige Weg herum ist.

Verknüpfte Inhalte

Was S/PDIF als Schnittstelle ausmacht und wie sich die koaxiale von der optischen Variante unterscheidet, steht bei S/PDIF und TOSLINK; warum der Wellenwiderstand einer Leitung über ihre nutzbare Länge entscheidet, im Eintrag zum Wellenwiderstand. Der verriegelte Gegenentwurf mit definierter Impedanz ist der BNC. Wo die Wandlung im System sinnvoll liegt, behandelt DAC (Digital-Analog-Wandler); was der LFE-Kanal überhaupt ist, der eigene Eintrag dazu. Den professionellen Gegenpol — verriegelt, symmetrisch, ebenfalls mehrdeutig belegt — beschreibt XLR.

Quellen

Die Anforderungen an die koaxiale S/PDIF-Strecke folgen IEC 60958-3. Herkunft, Farbcodierung und die Feststellung, dass für den Cinch-Steckverbinder keine Impedanz festgelegt ist, stammen aus enzyklopädischen Zusammenstellungen und sind damit die schwächste Belegstelle dieser Seite.

TOSLINK ist kein eigenes Tonformat, sondern eine Bauweise: die optische Ausführung von S/PDIF. Übertragen werden dieselben Daten wie über die koaxiale Variante, nur nicht als Spannung durch Kupfer, sondern als rotes Licht durch einen Kunststoff-Lichtleiter. Der Name geht auf Toshiba zurück, das Verfahren ist als JEITA-Norm festgeschrieben.

Ausführliche Erklärung

Im Sendemodul sitzt eine rote Leuchtdiode mit einer Spitzenwellenlänge von 650 nm, im Empfänger eine Fotodiode. Dazwischen liegt ein Kunststoff-Lichtleiter, üblicherweise mit rund 1 mm Kerndurchmesser. Der Steckverbinder ist die quadratische Bauform nach EIAJ RC-5720B, die elektrische und optische Schnittstelle folgt der JEITA-Norm CP-1212 für Digitalaudio in Consumer-Geräten. Ein rein optisches Bauteil ist das nicht: Es sind zwei Wandlungen, elektrisch nach optisch und wieder zurück, und die Grenzen der Strecke stehen im Datenblatt dieser Module, nicht in einer Audio-Norm.

Drei dieser Grenzen sind planungsrelevant, und alle drei lassen sich am verbreiteten Toshiba-Modul TOTX147 nachlesen.

Erstens die Länge. Toshiba gibt für dieses Modul mit passendem Empfänger und einfacher Kunststofffaser eine Übertragungsdistanz von 0,2 bis 5 m an. Fünf Meter sind damit keine Schätzung, sondern der spezifizierte Wert einer üblichen Bauteilpaarung. Längere Konfektionen sind zu kaufen und funktionieren oft — aber sie funktionieren außerhalb dessen, was der Hersteller zusichert, und ob sie es tun, hängt an den Modulen beider Geräte.

Zweitens die Datenrate. Dasselbe Datenblatt nennt maximal 7,5 Mbit/s für ein Biphase-Signal. Aus dem Rahmenaufbau von S/PDIF ergibt sich, was das bedeutet: Ein Abtastframe belegt 64 Zeitschlitze, macht 3,072 Mbit/s bei 48 kHz, 6,144 Mbit/s bei 96 kHz — und 12,288 Mbit/s bei 192 kHz. Die letzte Zahl liegt über der Angabe des Moduls. Dass viele Geräte über TOSLINK bei 96 kHz aufhören, ist deshalb keine Willkür der Hersteller, sondern eine Eigenschaft der verbauten Optik.

Drittens die Mechanik. Kunststofffaser überträgt Licht durch Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel. Wird die Faser zu eng gebogen, trifft ein Teil des Lichts diese Grenzfläche zu steil und tritt aus — der Pegel am Empfänger sinkt. Ein scharfer Knick kann die Faser dauerhaft schädigen, ohne dass man es von außen sieht. Ein Lichtleiter ist deshalb nichts, was man in einer Wanddose eng zurücklegt oder mit Zug durch ein enges Leerrohr zieht.

Was diese drei Einschränkungen aufwiegt, ist eine einzige Eigenschaft: Zwischen Sender und Empfänger besteht keine elektrische Verbindung. Über diesen Signalweg kann sich keine Masseschleife schließen, und eingestreute elektromagnetische Störungen erreichen die Faser gar nicht erst. In Anlagen, in denen Geräte an verschiedenen Stromkreisen hängen oder in denen eine Antennen- oder Netzwerkzuleitung eine Verbindung nach außen herstellt, ist das der Grund, warum TOSLINK überhaupt gewählt wird.

Häufiges Missverständnis

„Optisch löst Brummprobleme." Das gilt genau dann, wenn die Schleife tatsächlich über diesen Signalweg läuft — und das ist häufig nicht der Fall. Eine Masseschleife braucht zwei leitende Verbindungen zwischen denselben Geräten. Trennt man die eine auf und lässt die andere stehen, etwa den Antennenanschluss des Fernsehers oder den Schirm einer Netzwerkleitung, bleibt das Brummen. Der optische Weg ist ein Werkzeug gegen ein bestimmtes Problem, kein allgemeines Entstörmittel; die Frage davor lautet immer, über welche zwei Pfade sich die Schleife schließt.

Dazu kommt eine Nebenannahme, die selten stimmt: dass die koaxiale Variante zwangsläufig elektrisch durchverbunden ist. S/PDIF über Kupfer war von vornherein mit einem Übertrager am Ausgang gedacht und wäre damit ebenfalls getrennt — nur bauen längst nicht alle Geräte ihn ein. Optisch ist also der sichere Weg, nicht der einzige.

Der zweite verbreitete Satz lautet: „Optisch klingt schlechter, wegen Jitter." Richtig daran ist, dass jede Wandlung von elektrisch nach optisch und zurück Unsicherheit in die Flankenlage einträgt. Die Daten selbst sind davon nicht betroffen — sie kommen an oder gar nicht. Ob die verbleibende Taktunsicherheit hörbar wird, hängt daran, wie der Empfänger seinen Takt zurückgewinnt. Geräte, die den Datenstrom puffern und mit einem asynchronen Sample-Rate-Converter (ASRC) wandeln, entkoppeln sich davon weitgehend: Am Ausgang eines solchen Wandlers läuft ein freilaufender Quarzoszillator, der mit dem ankommenden Takt nichts mehr zu tun hat — der Eingangsjitter der optischen Strecke erreicht das Ausgangssignal dadurch praktisch nicht mehr.

Eine perfekte Lösung ist das trotzdem nicht. Die Wandlung selbst — ob D/A-Wandlung oder Resampling im ASRC — bringt eigene Unsicherheit und eigenen Jitter mit, unabhängig davon, was auf der Zuleitung ankam. Die Entkopplung verschiebt das Problem vom Kabel ins Gerät, sie löst es nicht auf.

Nicht zu verwechseln mit

• S/PDIF koaxial: dieselben Daten über 75-Ohm-Kupfer, mit größerer Reichweite und ohne die Längenbegrenzung der Kunststofffaser.
• Glasfaser im Datennetz: andere Fasertypen, andere Wellenlängen, andere Steckverbinder — mit TOSLINK nur das Wort „optisch" gemeinsam.
• Optische HDMI-Kabel (AOC): HDMI-Stecker mit Faser im Inneren, für lange Bild- und Tonstrecken. Kein S/PDIF.
• ADAT Lightpipe: benutzt denselben Steckverbinder, überträgt aber ein anderes Format mit acht Kanälen. Der Stecker sagt auch hier nichts über das Signal.

Typischer Fehler

Ein Wohnzimmer brummt. Fernseher, Streamer und ein aktiver Subwoofer hängen an derselben Anlage, der Ton kommt über den koaxialen Digitalausgang des Fernsehers, und im Netz steht, optisch löse das Problem. Der Kunde kauft ein optisches Kabel, steckt um — und das Brummen bleibt.

Bevor irgendwo umgesteckt wird: Über welche zwei Wege ist der Ring geschlossen? Meist läuft der zweite Weg gar nicht über das Tonkabel, sondern über den Antennen- oder Kabelanschluss des Fernsehers oder über die Cinch-Leitung zum aktiven Subwoofer, deren Schirm zwei Schutzleiter miteinander verbindet. Solange dieser zweite Pfad steht, ändert der optische Ersatz für den ersten nichts.

Die Abhilfe ist damit festgelegt: den Ring an genau einer Stelle auftrennen, und zwar an der, über die er tatsächlich läuft — Mantelstromfilter im Antennenweg, galvanische Trennung im Subwoofer-Signalweg, oder eben der optische Digitalausgang, wenn die Schleife dort verläuft. Erst danach kommt die Gerätefrage, und die ist dann klein: ein Bauteil für unter fünfzig Euro statt eines neuen Verstärkers.

Zwei Dinge sollte man bei dieser Gelegenheit gleich mit klären, weil sie sonst als Folgeproblem wiederkommen: ob die gewünschten Tonformate über S/PDIF überhaupt ankommen — bei objektbasiertem Ton tun sie das nicht — und wie lang die optische Strecke werden soll. Fünf Meter sind die spezifizierte Grenze, und ein Leerrohr mit engen Bögen ist für Kunststofffaser der falsche Weg.

Verknüpfte Inhalte

Was über diese Schnittstelle überhaupt übertragen wird und wo ihre Formatgrenze liegt, steht bei S/PDIF; die professionelle Ausprägung derselben Datenstruktur bei AES3. Warum Fasern nicht beliebig eng gebogen werden dürfen, behandelt der Eintrag zum Mindestbiegeradius, die Unterschiede zu den Fasern in Datennetzen der Eintrag zum Lichtwellenleiter.

Quellen

Wellenlänge, Fasertyp, Steckverbindernorm, Übertragungsdistanz und Datenrate stammen aus dem Toshiba-Datenblatt zum Sendemodul TOTX147, das für diese Seite am Objekt gelesen wurde. Die Zuordnung der optischen Variante zu S/PDIF und zur Normreihe IEC 60958 folgt RaneNote 149; die Rechnung von der Abtastrate zur Datenrate dem Rahmenaufbau aus dem AES3-Normtext. Der Entkopplungsmechanismus eines asynchronen Sample-Rate-Converters gegen Eingangsjitter und die Einschränkung durch die eigene Unsicherheit der Wandlung folgen Dunn (Audio Precision / Nanophon, TN-23 Jitter Theory).

S/PDIF ist die für Consumer-Geräte gedachte Ausprägung der Digitalaudio-Schnittstelle nach IEC 60958. Sie transportiert zwei Kanäle linear codiertes Audio — oder, in denselben Rahmen verpackt, einen komprimierten Mehrkanal-Bitstream. Die Abkürzung steht für Sony/Philips Digital Interface; als Norm heißt sie IEC 60958-3.

Ausführliche Erklärung

Unter der Oberfläche ist S/PDIF kein eigenes Datenformat, sondern dieselbe serielle Struktur, die auch die professionelle Schnittstelle AES3 benutzt. Ein Subframe umfasst 32 Zeitschlitze und enthält einen Abtastwert eines Kanals, zwei Subframes bilden einen Frame, 192 Frames einen Block. Codiert wird im Biphase-Mark-Verfahren, das den Takt in den Datenstrom hineinlegt — der Empfänger braucht deshalb keine zweite Leitung für die Uhr. Bei 48 kHz Abtastrate ergibt das 3,072 Mbit/s.

Getrennt sind die beiden Welten nicht am Ton, sondern am Beipack. In den Zeitschlitzen für den Channel Status stehen bei S/PDIF andere Angaben als bei AES3 — unter anderem das Kopierschutz-Flag SCMS. Dennis Bohn hat das in der Anwendungsschrift RaneNote 149 auf die knappste Form gebracht: Die Audiodaten sind dieselben, die Subcode-Formate sind es nicht. Wer beide Welten koppelt, ändert das Übertragungsmedium, nicht das Format.

S/PDIF hat zwei physische Ausführungen, und beide übertragen exakt dieselben Daten:

Die zweite Spalte ist der eigene Eintrag TOSLINK; dort stehen auch die Gründe, warum sie in der Praxis oft die bessere und manchmal die schlechtere Wahl ist.

Interessanter für die Planung ist die Obergrenze. In den Zwei-Kanal-Rahmen lassen sich nach der Normreihe IEC 61937 auch komprimierte Mehrkanalspuren hineinpacken — Dolby Digital und DTS in ihren klassischen Fassungen laufen so über eine Leitung, die formal nur zwei Kanäle kennt. Was nicht mehr hineinpasst, sind die verlustfreien und objektbasierten Tonspuren aktueller Discs und Streamingdienste: Dolby TrueHD, DTS-HD Master Audio und alles, was darauf aufbaut. Dafür gibt es HDMI und eARC. Ein Gerät, das an S/PDIF hängt, fällt entweder auf die komprimierte Fassung zurück oder gibt nur Stereo aus — und beides ist kein Fehler, sondern die Schnittstelle.

Klar, damit klingt S/PDIF nach Auslaufmodell. Ist es aber nicht: Wo ohnehin nur Stereo läuft — Streamer zum Wandler, CD-Laufwerk zum Verstärker, Fernseher zur Soundbar mit Zweikanalton —, überträgt die Schnittstelle genau das, was gebraucht wird, ohne Handshake, ohne HDCP, ohne EDID-Verhandlung. Sie ist unspektakulär zuverlässig, solange man ihr nicht mehr abverlangt, als sie kann.

Häufiges Missverständnis

„Digital ist digital, das Kabel ist also egal." Der erste Teil stimmt: Ein Bit kommt an oder nicht, und ein teures Kabel macht den Ton nicht wärmer. Der zweite Teil stimmt nicht, weil die elektrische Variante eine Hochfrequenzleitung mit 75 Ω Wellenwiderstand ist. Ein gewöhnliches Analog-Cinchkabel hat diesen Wert nicht — es ist für Audiofrequenzen gebaut, nicht für Signalflanken im Megahertzbereich. Auf einem Meter merkt man davon nichts. Auf zehn Metern durch ein Leerrohr merkt man es sehr wohl, und zwar nicht als schleichende Verschlechterung, sondern als Aussetzer oder als Verbindung, die gar nicht erst zustande kommt. Warum das so ist, steht ausführlich beim Wellenwiderstand und, an einem härteren Beispiel durchgerechnet, bei AES3.

Als Nächstes das Format. Viele gehen davon aus, HDMI übertrage denselben Ton wie der Digitalausgang und zusätzlich nur das Bild. Tatsächlich unterscheiden sich beide Wege im Ton erheblich: S/PDIF überträgt zwei PCM-Kanäle oder einen komprimierten Bitstream, HDMI zusätzlich verlustfreie und objektbasierte Formate. Wer den Digitalausgang benutzt, weil er „unabhängiger vom Fernseher" ist, kauft diese Unabhängigkeit mit dem Tonformat.

Nicht zu verwechseln mit

• AES3: dieselbe Datenstruktur in der professionellen Ausprägung — symmetrisch, 110 Ω, andere Pegel, anderer Channel Status.
• TOSLINK: der optische Steckverbinder samt Lichtleiter. Er überträgt S/PDIF, ist aber kein eigenes Format.
• HDMI und eARC: der breitere Weg, über den auch verlustfreie und objektbasierte Tonspuren laufen.
• USB Audio: eine Rechnerschnittstelle mit eigenem Protokoll und eigener Taktführung, kein IEC-60958-Rahmen.

In der Planung

Ein Wohnzimmer wird umgebaut, der Fernseher hängt künftig an der Wand, der Verstärker steht im Sideboard fünf Meter daneben. Der Kunde nennt als Ziel „Atmos aus den Streaming-Apps des Fernsehers" und fragt, ob ein Koaxkabel im Leerrohr reicht.

Welches Tonformat soll am Prozessor ankommen? Danach richtet sich das Kabel: Welches Tonformat soll am Prozessor ankommen? Sobald objektbasierter Ton dabei ist, ist S/PDIF raus — unabhängig davon, wie gut die Leitung ist. Damit steht das Verfahren fest: Rückkanal über HDMI mit eARC, also eine HDMI-Strecke zwischen Fernseher und Verstärker, und die will im Leerrohr anders behandelt werden als ein dünnes Koaxkabel. Die Gerätewahl zuletzt — sie fällt enger aus als gedacht, weil beide Seiten eARC beherrschen müssen.

Der Digitalausgang bleibt trotzdem sinnvoll — als zweiter, formatarmer Weg für den Fall, dass die HDMI-Verhandlung nach einem Firmware-Update klemmt. Genau dafür ist er gut: Er kann wenig, aber das ohne Voraussetzungen.

Verknüpfte Inhalte

Die professionelle Ausprägung derselben Schnittstelle behandelt AES3, die optische Ausführung TOSLINK. Warum die 75-Ohm-Angabe eine Anforderung und kein Etikett ist, steht beim Wellenwiderstand. Wohin die Formate wandern, die hier nicht mehr durchpassen, klärt der Eintrag zu eARC und ARC.

Quellen

Normzuordnung, elektrische Parameter und die maximale Distanz von zehn Metern stammen aus RaneNote 149; der Rahmenaufbau aus 32 Zeitschlitzen, zwei Subframes und 192 Frames sowie die Biphase-Mark-Codierung aus dem AES3-Normtext, den S/PDIF unverändert übernimmt. Beide wurden für diese Seite im Volltext eingesehen.

ARC und eARC sind zwei Ausbaustufen desselben Gedankens: Ton, der über das HDMI-Kabel rückwärts läuft — vom Fernseher zurück zum Verstärker, statt wie sonst vom Zuspieler zum Fernseher. Welche der beiden Stufen eine Verbindung beherrscht, ist keine Feinheit für Datenblätter, sondern entscheidet darüber, welches Tonformat am Ende überhaupt ankommt.

Ausführliche Erklärung

Der Rückkanal ist eine Antwort auf eine Verschiebung, die niemand geplant hat. HDMI war als Einbahnstraße gedacht — Zuspieler links, Bildschirm rechts. Dann bekamen Fernseher Empfangsteile und Apps und wurden selbst zur Quelle, und der Ton musste plötzlich zurück. Mit HDMI 1.4 kam 2009 der Audio Return Channel. Die Funktionsbeschreibung des Lizenzgebers nennt den Zweck damals unverblümt: den Ton aufwärts schicken und die separate S/PDIF-Verbindung überflüssig machen.

In diesem Satz steckt bereits die Fähigkeitsgrenze. ARC wurde als Ersatz für eine S/PDIF-Strippe entworfen und kann deshalb auch nur, was eine solche kann: zwei Kanäle unkomprimiert oder einen komprimierten Mehrkanal-Bitstrom, also Dolby Digital und DTS. Die verlustfreien Container von der Blu-ray — Dolby TrueHD und DTS-HD Master Audio — passen dort nicht hindurch, und zwar nicht wegen einer Geräteschwäche, sondern weil der Kanal für diese Datenmenge nie ausgelegt war.

eARC kam mit HDMI 2.1, das das HDMI Forum am 28. November 2017 veröffentlicht hat. Es benutzt dieselben beiden Adern im Stecker, die schon ARC belegt (Utility und Hot Plug Detect), darauf aber ein anderes Verfahren: eine differenzielle Übertragung für den Ton und ein Gleichtaktsignal für die Steuerung — ohne den Umweg über CEC, auf den ARC angewiesen ist. Der Lizenzgeber gibt als Grenzen 192 kHz Abtastrate, 24 Bit, bis zu 32 unkomprimierte Kanäle und eine maximale Audiobandbreite von 37 Mbit/s an. Damit passen DTS-HD Master Audio, DTS:X, Dolby TrueHD und Dolby Atmos hindurch.

Der Atmos-Fall, an dem sich alles entscheidet

Dolby Atmos ist kein eigener Datenstrom, sondern eine Zusatzinformation, die in zwei verschiedenen Trägern reisen kann: in Dolby Digital Plus, verlustbehaftet und typisch für Streaming, und in Dolby TrueHD, verlustfrei und typisch für die Blu-ray. Genau hier trennen sich die beiden Rückkanäle.

Dolby beschreibt die Lage ohne Umschweife: ARC hat nicht genug Datenkapazität für Atmos im TrueHD-Träger. Damit Atmos von einer Blu-ray über ARC beim Verstärker ankommt, muss der Fernseher TrueHD selbst dekodieren und vor der Ausgabe nach Dolby Digital Plus umkodieren — und das macht aus einer verlustfreien Tonspur eine verlustbehaftete. Über eARC entfällt der Umweg, weil TrueHD unverändert durchläuft.

Wie viele Fernseher diesen Umweg überhaupt gehen, ist eine Frage des Gerätestands und keine der Schnittstelle. Dolby hielt im April 2018 fest, dass nur Fernseher mit eigener Atmos-Dekodierung umkodieren, und schilderte für Dolby Digital Plus über ARC eine Entwicklung: Vor 2016 gaben Fernseher über den Rückkanal nur Dolby Digital weiter, die meisten jüngeren Geräte reichen auch Dolby Digital Plus durch. Wo der Gerätemarkt heute steht, sagt der Beitrag nicht. Beantworten lässt sich das nur am Datenblatt des konkreten Fernsehers.

Praktisch heißt das für die Beratung: „Der Fernseher gibt Atmos aus" ist keine Antwort. Die Frage lautet, in welchem Träger — und die Antwort hängt an der Rückkanalstufe, nicht am Preis des Fernsehers.

Für DTS:X gilt dieselbe Mechanik, die Beleglage ist allerdings dünner. Die Formatliste des Lizenzgebers führt DTS:X ausdrücklich bei eARC auf; bei ARC fehlt es dort. Wie ein Rückfall aussieht, hat DTS für den Digitalausgang selbst beschrieben: Über S/PDIF läuft DTS Digital Surround mit vollen 1,509 Mbit/s bis 5.1 Kanäle, und im Schaubild dazu sitzt im Zuspieler ein Trans-Coder, der den DTS-HD-Datenstrom auf genau diesen Kern zurückführt (DTS-HD-Whitepaper, November 2006, Abschnitt 5.5.5). Weil ARC formatseitig auf dem Niveau von S/PDIF liegt, endet der ältere Rückkanal bei demselben Kern: 5.1 statt Objektmaterial, ohne Fehlermeldung am Gerät. Eine Aussage von DTS zum Tonrückkanal selbst gibt es dazu nicht — der Schluss stammt von AVITECT und stützt sich auf die beiden genannten Fundstellen.

Was das Kabel beisteuert

eARC belegt Adern, die nicht jedes Kabel als geführtes Paar ausführt. Der Lizenzgeber verweist deshalb auf Kabel mit Ethernet-Kanal — praktisch ein Premium High Speed HDMI Cable with Ethernet für Anlagen bis 18 Gbit/s Videodatenrate oder ein Ultra High Speed HDMI Cable darüber. Ein altes Kabel, das ein sauberes Bild liefert, kann eARC trotzdem verweigern; die Bildübertragung sagt über diese beiden Adern nichts aus.

Häufiges Missverständnis

„Auf beiden Geräten steht HDMI 2.1, also haben wir eARC." HDMI 2.1 ist ein Katalog von Funktionen, aus dem Hersteller einzeln auswählen — höhere Auflösungen, variable Bildwiederholrate, eARC und weitere. Ein Gerät darf die Versionsnummer führen und eARC weglassen, und umgekehrt gibt es eARC an Geräten, die von den Videofunktionen der 2.1-Generation nichts umsetzen. Verlässlich ist allein die Beschriftung der konkreten Buchse und die Angabe im Datenblatt, nie die Versionsnummer auf dem Karton.

„Der Fernseher kann Atmos, also kommt Atmos an." Zwischen der Quelle und dem Rückkanal sitzt der Fernseher als Verarbeiter, und er gibt nur weiter, was seine eigene App oder sein eigener Dekoder liefert. Streaming-Apps im Fernseher liefern Atmos üblicherweise in Dolby Digital Plus; die verlustfreie Fassung entsteht dort gar nicht erst. Der Weg über eARC lohnt sich deshalb vor allem für Zuspieler, die am Fernseher hängen und deren Ton über den Rückkanal zurückmuss — für die Blu-ray gilt weiterhin, dass der direkte Weg in den Prozessor der bessere ist.

Nicht zu verwechseln mit

• Die normale HDMI-Verbindung: Sie überträgt Bild und Ton in Hinrichtung und kennt die Formatgrenzen des Rückkanals nicht. Ein Zuspieler direkt am AV-Prozessor ist von ARC und eARC unberührt.
• CEC: Steuerbefehle über dieselbe Leitung — Einschalten, Lautstärke, Quellenwahl. ARC hängt daran, eARC nicht mehr; verwechselt wird beides trotzdem regelmäßig, weil beide über dieselbe Buchse laufen.
• HDMI Ethernet Channel: ein Datenkanal zwischen Geräten. eARC benutzt Kabel, die für diesen Kanal gebaut sind, überträgt darüber aber kein Netzwerk.
• Optischer Ausgang: die separate S/PDIF-Verbindung, die ARC ersetzen sollte. Sie liegt formatseitig auf demselben Niveau wie ARC und ist bis heute der Rückfallweg, wenn ARC an CEC scheitert.

In der Planung

Ein Wohnzimmer, Fernseher an der Wand, AV-Receiver im Sideboard, dazu eine Blu-ray-Maschine und zwei Streaming-Zuspieler. Die Konzeptfrage kommt vor jeder Buchse: Wo wird umgeschaltet? Zwei Antworten sind möglich, und sie führen zu völlig verschiedenen Anforderungen.

Läuft alles zuerst in den AV-Receiver und von dort ein Kabel zum Fernseher, überträgt der Rückkanal nur noch den Ton der Fernseher-Apps und des Empfangsteils. Diese Apps liefern ohnehin verlustbehaftet — ARC genügt, und die Entscheidung fällt an anderer Stelle. Ist dagegen der Fernseher die Drehscheibe, weil alle Zuspieler dort stecken und nur ein Kabel nach unten geht, muss jeder Ton den Rückweg nehmen. Dann ist eARC keine Ausstattungsfrage mehr, sondern Voraussetzung — auf beiden Seiten und im Kabel.

Die Wahl des Geräts fällt in dieser Reihenfolge anders aus: Im zweiten Fall scheidet ein günstiger Receiver ohne eARC aus, obwohl er klanglich genügen würde. Im ersten Fall ist derselbe Receiver eine saubere Lösung.

Ein zweites Argument spricht für dieselbe Weiche, und es hat mit dem Format nichts zu tun: die Lippensynchronität. Läuft das Bild aus dem Fernseher und der Ton über den Rückkanal aus einem anderen Gerät, muss die Kette die Laufzeiten beider Wege gegeneinander ausgleichen. Die HDMI-Spezifikation sieht dafür einen Parameter vor, über den jedes Gerät seine Verzögerung meldet und das erste Gerät der Kette alle gemeldeten Werte ausgleicht. Dolby beschreibt jedoch, dass die empfangenden Geräte diesen Parameter meist gar nicht führen und die Quellgeräte ihn auch dann nicht auswerten, wenn er vorliegt; die Empfehlung des Herstellers ist deshalb, das Heimkino zwischen Quelle und Fernseher zu setzen. Das ist derselbe Aufbau, zu dem schon die Trägerfrage rät — hier aus einem zweiten Grund. Der Befund stammt vom April 2018, und ob er heute noch so gilt, ist an keiner neueren Fundstelle geprüft.

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Warum ARC formatseitig auf dem Niveau einer S/PDIF-Verbindung liegt, steht bei S/PDIF und TOSLINK — und woran die Formatgrenze dieser Schnittstelle rechnerisch hängt, auf der Seite zu Was über S/PDIF und TOSLINK passt. Welcher Träger Dolby Atmos über welchen Weg bringt und was das für die Gerätekette bedeutet, führt Dolby Atmos übertragen aus. Das Gegenstück für DTS:X — welcher Träger die Objektinformation mitbringt und wo sie unterwegs liegen bleibt — steht bei DTS:X übertragen. Welche Kanäle die Zahlen einer Formatangabe abzählen, klärt die Kanal-Notation. Dass eine HDMI-Verbindung neben Ton auch Fähigkeitsdaten und einen Kopierschutz aushandelt — und dass „kein Ton" häufig dort seine Ursache hat — behandeln EDID und HDCP.

Quellen

Die Formatgrenzen von eARC (192 kHz, 24 Bit, bis 32 unkomprimierte Kanäle, DTS-HD Master Audio, DTS:X, Dolby TrueHD, Dolby Atmos) und die maximale Audiobandbreite von 37 Mbit/s stammen vom HDMI Licensing Administrator; das Veröffentlichungsdatum von HDMI 2.1 und die Zuordnung von eARC zu diesem Katalog aus der Pressemitteilung des HDMI Forum vom 28. November 2017. Dass ARC ausdrücklich als Ersatz für die separate S/PDIF-Verbindung entworfen wurde, steht in den HDMI-1.4-Funktionsbeschreibungen. Die Aussage zum Atmos-Träger, zur Umkodierung im Fernseher und zur Lippensynchronität stammt aus dem Dolby-Blogbeitrag „Dolby Audio over HDMI Part 3: Reality" vom 10. April 2018, der als Archivfassung vom 16. Januar 2021 im Volltext gelesen wurde; sein Datenstand begrenzt alles, was er über den Gerätemarkt sagt. Der Rückfall auf den 5.1-Kern mit 1,509 Mbit/s und der Trans-Coder im Zuspieler stehen im DTS-HD-Whitepaper von November 2006, das diesen Weg für den S/PDIF-Ausgang beschreibt.