Quelltext der Seite Pre-Emphasis

Die '''Präemphase''' (Akzentuierung), ''engl. preemphasis and deemphasis'', bezeichnet die Anhebung der hohen bzw. die Absenkung der tiefen [[Frequenz]]en während des Aufzeichnens oder Sendens von Daten ([[Verzerrung (Akustik)|lineare Vorverzerrung]]). Sie wird anschließend bei der Wiedergabe der Aufzeichnung rückgängig gemacht ([[Entzerrung (Tontechnik)|Entzerrung]], '''Deemphase''', Deakzentuierung, ''engl. deemphasis''), so dass insgesamt eine originalgetreuere Wiedergabe erfolgt. Beim Empfang der Datenübertragung geschieht die Deemphase durch die Beeinflussung des Übertragungswegs von außen, weswegen die Präemphase als eine Form der Fehlerkorrektur oder Signalverstärkung überhaupt zur Anwendung kommt, so dass die [[Datenübertragung|Übertragung]] fehlerfrei erfolgen kann. Das Verfahren wird in der analogen [[Rundfunk]]- und [[Tonband]]technik sowie bei vielen digitalen Übertragungsverfahren angewendet.

[[Datei:RIAA-EQ-Curve rec play.svg|300px|mini|Die [[Schneidkennlinie]]&nbsp;(blau) und ihr Gegenstück, die [[RIAA]]-Wiedergabekennlinie&nbsp;(rot) als De-Emphase für Vinyl-Schallplatten]]

== Analogtechnik ==
Das Emphase-Verfahren wird beispielsweise bei der [[Tonband]]<nowiki/>aufnahme, dem [[Schallplatte]]n<nowiki/>schneiden, dem [[UKW-Rundfunk]] und optional beim [[CD]]-Mastering angewendet. Dieses Vorgehen reduziert letztlich das [[Rauschen (Physik)|Rauschen]], das bei hohen Frequenzen verstärkt auftritt. In entsprechenden [[Normung|Normen]] sind [[Zeitkonstante]]n <math>\tau</math> definiert, die für die entsprechenden [[Übergangsfrequenz|Übergangs-]] oder Grenzfrequenzen <math> f_c</math> der für die Vorverzerrung bzw. die entsprechende (Rück-)Entzerrung notwendigen Filter stehen; die Zeitkonstante ergibt sich aus der jeweiligen Grenzfrequenz entsprechend der folgenden Formel:

:<math>\tau = \frac 1{2 \pi \cdot f_c}</math>

Der Vorteil dieser Verfahren ist der geringe [[Schaltungstechnik|schaltungstechnische]] Aufwand. Dabei wird inkaufgenommen, dass die bei der Vorverzerrung angehobenen Frequenzen nicht mehr mit maximalem [[Schalldruckpegel|Pegel]] aufgenommen bzw. gesendet werden können. Bei der Standardisierung berücksichtigt wurde dabei, dass sich ein Großteil des für den Menschen relevanten akustischen Geschehens im Frequenzbereich bis etwa 6&nbsp;k[[Hertz (Einheit)|Hz]] abspielt und darüber fast nur noch [[Oberton|Obertöne]] mit geringer [[Amplitude]] auftreten. Daher ist das Verfahren bei Audiosignalen weitgehend ohne Einschränkungen anzuwenden. Die oben genannte analoge Aufzeichnung auf Magnetband bzw. auf Schallplatte unterliegt ohnehin frequenzabhängigen Einschränkungen, die durch die Pre-Emphasis umgangen werden.

Teilweise gibt es unterschiedliche Normierungen, beim Rundfunk beispielsweise je nach Region, beim Kassettenrekorder je nach Bandsorte und bei den Spulentonbandgeräten darüber hinaus auch je nach Zielgruppe und Bandgeschwindigkeit (z.&nbsp;B. ''NAB-, DIN-, CCIR-Entzerrung''). Die folgenden Tabellen dienen der Übersicht und sind nicht erschöpfend.

'''Verwendete Parameter:'''
{| class="wikitable"
 |-
 ! rowspan =2 colspan =2 |
 ! colspan =2 | Absenkung<br />der Bässe
 ! colspan =2 | Anhebung <br />der Höhen
 |-
 ! Zeitkonstante
 ! Übergangsfrequenz
 ! Zeitkonstante
 ! Übergangsfrequenz
 |-
 | colspan = 2 | '''[[UKW]]-Hörfunk'''<sup>1</sup>
 |
 |
 | Europa: τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;50&nbsp;µs<ref>{{Literatur |Autor=Brechmann, Dzieia, Hörnemann, Hübscher, Jagla, Petersen |Titel=Elektrotechnik Tabellen Kommunikationstechnik |Auflage=3. |Verlag=Westermann |Ort=Braunschweig |Datum=2001 |ISBN=3-14-225037-9}}</ref><br />Nordamerika: τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;75&nbsp;µs
 | Europa: 3,18&nbsp;kHz<br />Nordamerika: 2,12&nbsp;kHz
 |-
 | colspan =2 | '''Schallplatten'''
 | τ<sub>2</sub>&nbsp;=&nbsp;318&nbsp;µs<br />τ<sub>3</sub>&nbsp;=&nbsp;3180&nbsp;µs (''Anhebung'' der tiefen Bässe)
 | 500&nbsp;Hz<br />50&nbsp;Hz
 | τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;75&nbsp;µs
 | 2,12&nbsp;kHz
 |-
 | colspan =2 | '''CDs'''<sup>2</sup>
 | 
 | 
 | τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;50&nbsp;µs<br />τ<sub>2</sub>&nbsp;=&nbsp;15&nbsp;µs (''Absenkung'' der obersten Höhen)
 | 3,18&nbsp;kHz<br />10,61&nbsp;kHz
 |-
 | colspan =2 | '''Kassettenrecorder'''
 | τ<sub>2</sub>&nbsp;=&nbsp;3180&nbsp;µs (''Anhebung'' der tiefen Bässe)
 | 50&nbsp;Hz
 | ''Absenkung'':<br />IEC&nbsp;I-Bänder: τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;120&nbsp;µs<br /> IEC&nbsp;II/III/IV-Bänder: τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;70&nbsp;µs
 | 1,33&nbsp;kHz<br />2,27&nbsp;kHz
 |-
 | rowspan = 3 | '''Spulentonbandgeräte'''
 | [[Bandgeschwindigkeit]]&nbsp;4,76&nbsp;cm/s
 | τ<sub>2</sub>&nbsp;=&nbsp;3180&nbsp;µs (''Anhebung'' der tiefen Bässe; [[Heimstudio]]<nowiki/>geräte)
 | 50&nbsp;Hz
 | ''Absenkung'':<br />IEC&nbsp;I-Bänder: τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;120&nbsp;µs
 | 1,33&nbsp;kHz
 |-
 | Bandgeschwindigkeit&nbsp;9,5&nbsp;cm/s
 | τ<sub>2</sub>&nbsp;=&nbsp;3180&nbsp;µs (''Anhebung'' der tiefen Bässe; Heimstudiogeräte)
 | 50&nbsp;Hz
 | ''Absenkung'':<br />IEC&nbsp;I-Bänder: τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;90&nbsp;µs<br /> IEC&nbsp;II-Bänder: τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;50&nbsp;µs
 | 1,77&nbsp;kHz<br />3,18&nbsp;kHz
 |-
 | Bandgeschwindigkeit&nbsp;19 cm/s
 | τ<sub>2</sub>&nbsp;=&nbsp;3180&nbsp;µs (Heimstudiogeräte; ''Anhebung'' der tiefen Bässe);<br />ohne Anhebung ([[Tonstudio|Studio]]<nowiki/>geräte)
 | 50&nbsp;Hz
 | ''Absenkung'':<br />IEC&nbsp;I-Bänder: τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;50 oder 70&nbsp;µs<br />IEC&nbsp;II-Bänder: τ<sub>1</sub>&nbsp;=&nbsp;35&nbsp;µs
 | 3,18 oder 2,27&nbsp;kHz<br />4,55&nbsp;kHz
 |}
Anmerkungen:<br />
1) Die im europäischen UKW-Rundfunk verwendete Zeitkonstante bewirkt eine Verbesserung des [[Signal-Rausch-Verhältnis]]ses um etwa 13&nbsp;[[Dezibel|dB]].

Die abweichende Zeitkonstante im UKW-Rundfunk des nordamerikanischen Raumes bewirkt, dass UKW-Radiogeräte, die für den europäischen Raum produziert wurden, bei einem Betrieb in Nordamerika ein etwas schlechteres Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen und höhere Töne zu laut wiedergeben, da die Vorverzerrung im Sender nicht mit der Entzerrung im Empfänger zusammenpasst. Umgekehrt weisen amerikanische UKW-Radiogeräte in Europa einen etwas ''dumpferen'' Klang auf, mit einem ebenfalls schlechteren Signal-Rausch-Verhältnis.

Diese Unterschiede in den Emphase-Parametern wirken sich deutlich nur bei qualitativ hochwertigen Empfangsgeräten aus. Bei einfachen UKW-Radios wie [[Kofferradio]]s fallen diese Unterschiede alleine schon wegen schlechter Lautsprechersysteme praktisch kaum auf.

2) Pre-/De-Emphase sind zwar im [[Rainbow Books #Red Book: Audio-CD|CD-Standard]] vorgesehen, wurden in der Praxis aber nur auf wenigen CDs genutzt. Ein entsprechendes Statusbit zeigt dem CD-Spieler in diesem Fall an, dass er die De-Emphase aktivieren muss.

== Genormte Zeitkonstanten und Übergangsfrequenzen von Filtern ==
{| class="wikitable" style="text-align:center"
|- style="background:#EFEFEF;"
! Zeitkonstante τ<br />in µs
! Übergangsfrequenz ''f''<sub>c</sub><br /> in Hz
! Entzerrungsnorm
|-
|7958 || 20 || style="text-align:left" | RIAA (Schallplatte)
|-
| 3183 || 50 || style="text-align:left" | RIAA (Schallplatte), NAB (Spulentonband)
|-
| 1592 || 100 || style="text-align:left" | —
|-
| 318 || 500 || style="text-align:left" | RIAA (Schallplatte)
|-
| 200 || 796 || style="text-align:left" | —
|-
| 140 || 1137 || style="text-align:left" | —
|-
| 120 || 1326 || style="text-align:left" | MC<ref>{{Internetquelle |url=https://www.sengpielaudio.com/Rechner-zeitkonstante.htm |titel=Umrechnung Zeitkonstante und Uebergangsfrequenz |abruf=2023-12-13}}</ref> (Kompaktkassette)
|-
| 100 || 1592 || style="text-align:left" | —
|-
| 90 || 1768 || style="text-align:left" | —
|-
| 75 || 2122 || style="text-align:left" | RIAA (Schallplatte), FM USA (Radio)
|-
| 70 || 2274 || style="text-align:left" | MC (Kompaktkassette)
|-
| 50 || 3183 || style="text-align:left" | NAB (Spulentonband), PCM (CDs), FM Europa (Radio)
|-
| 35 || 4547 || style="text-align:left" | DIN (Spulentonband)
|-
| 25 || 6366 || style="text-align:left" | —
|-
| 17,5 || 9095 || style="text-align:left" | AES (Spulentonband)
|-
| 15 || 10610 || style="text-align:left" | PCM (CDs)
|}

== Digitaltechnik ==
[[Datei:Soft pre emphasis in digital communications systems.png|mini|Weiche Betonung der hohen Frequenzen zur Signalverbesserung beim Senden]]
Bei der digitalen (Hochgeschwindigkeits)übertragung wird die Pre-Emphasis verwendet, um die Signalqualität am Ende einer Übertragungskette zu verbessern. Bei der Übertragung von Signalen mit hohen Datenraten kann das Übertragungsmedium relevante Verzerrungen verursachen. Die Pre-Emphasis dient hierbei dazu, das zu übertragende Signal so vorzuverzerren, dass diese Einflüsse kompensiert werden. Wenn dies geeignet geschieht, entsteht ein empfangenes Signal, das dem ursprünglichen oder gewünschten Signal ähnlicher ist und die Verwendung höherer [[Datenübertragungsrate|Übertragungsraten]] ermöglicht bzw. weniger [[Bitfehler]] produziert.

Beim seriellen Senden von Daten bezeichnet De-Emphasis die Verringerung des Pegels aller Bits mit Ausnahme des ersten Bits, falls ein Übergang stattgefunden hat. Dies führt dazu, dass der hochfrequente Anteil des Signalsprungs im Vergleich zu dem niederfrequenten Inhalt hervorgehoben wird. Dies ist eine Form der Sendeentzerrung; sie vorkompensiert die zu erwartenden Verluste über den Kanal, die bei höheren Frequenzen größer sind. Bekannte serielle Datenstandards wie [[PCI Express]], [[Serial ATA|SATA]] und SAS verlangen die Verwendung von De-Emphasis.

== Literatur ==
* Thomas Görne: ''Tontechnik.'' 2. Auflage, Hanser, München 2008, ISBN 978-3-446-41591-1.
* Hubert Henle: ''das Tonstudio Handbuch.'' 5. Auflage, GC Carstensen Verlag, München 2001, ISBN 3-910098-19-3.
* Andreas Friesecke: ''Die Audio-Enzyklopädie.'' Ein Nachschlagewerk für Tontechniker, K. G. Saur Verlag, München 2007, ISBN 978-3-598-11774-9.
* [[Stefan Weinzierl (Akustiker)|Stefan Weinzierl]] (Hrsg.): ''Handbuch der Audiotechnik.'' Springer Verlag, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-34300-4.
* Li Deng, Douglas O’Shaughnessy: ''Speech Processing''. A Dynamic and Optimization-Oriented Approach, Marcel Dekker Inc, New York 2003, ISBN 0-8247-4040-8.

== Weblinks ==
* [https://www.sengpielaudio.com/ZeitkonstanteUndUebergangsfrequenz.pdf Emphase und die Zeitkonstante mit Übergangsfrequenz (Grenzfrequenz)] (PDF-Datei; 228 kB)
* [https://www.sengpielaudio.com/Rechner-zeitkonstante.htm Frequenzgang und Entzerrung - Berechnung von Zeitkonstante und Grenzfrequenz zur Emphase]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Nachrichtentechnik]]
[[Kategorie:Übertragungstechnik]]
[[Kategorie:Tontechnik]]