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Dolby und die Folgen ...

Ein kurzer Überblick in moderne Heimkino-Tonsysteme.
Historie des Filmtons

Am Anfang des Tonfilms war man froh, überhaupt irgendwelche Töne mit dem dargestellten Bild synchron zu bekommen. Einige der Verfahren waren hoffnungslos, andere fanden Verbreitung, zum Beispiel das Lichtton-Verfahren, das den Ton auf dem eigentlichen Film auf einer extra Spur mitführte. Ein entscheidender Nachteil war jedoch der recht harte Klang aufgrund des eingeschränkten Frequenzgangs. Schon bald kamen die ersten Perfoläufer, also Magnetband mit der gleichen Stanzung am Laufrand wie das Filmmaterial. Der Ton wurde am Schneidetisch synchron "gezogen" und mit Synchron-Startmarken versehen. Jetzt war man zwar nicht mehr den Einschränkungen des Frequenzgangs unterworfen, hatte aber relativ starke Probleme mit Brummen und Rauschen. Mit der Weiterentwicklung kamen bessere Bandmaterialien auf den Markt, die höhere Aussteuerung und schmälere Spuren erlaubten. Dadurch wurde es möglich, dem aufkommenden Stereotrend Rechnung zu tragen. Perfos existieren bis auf den heutigen Tag, ergänzt durch aufwendige Systeme zur Rauschminderung.

Was ist Stereophonie?

Ganz einfach, zweiohriges Hören! Wieso, ein Mono-Signal wird doch auch mit zwei Ohren gehört? Ja, schon, aber... Monaurale Signale haben einen einzigen Ort und daher keine Phasenunterschiede und keine Laufzeit-Differenzen. Phasenunterschiede bei Mono-Signalen rühren von der Zusammenführung nicht kompatibler Stereosignale her. Das Ergebnis ist ein sogenanntes Phasing(Düsenjäger-Sound). Stereosignale enstehen zur selben Zeit, werden aber, abhängig vom Standort des Zuhörers, zu unterschiedlichen Zeiten wahrgenommen. Im Ergebnis heißt das, daß ein Ereignis im stereophonen Klangfeld aufgrund von solchen Laufzeitunterschieden und damit verbunden Phasenlagen sowie unterschiedlicher Pegelverhältnisse geortet werden kann.

Umgekehrt kann man durch künstliches Hinzufügen solcher Laufzeitunterschiede und durch Manipulation der Phasen- und Pegelverhältnisse für eine beliebige Schallquelle virtuelle Orte erzeugen. Schon früh begann man mit Überlegungen, wie man den Filmton noch plastischer darstellen könne. Berühmte Ansätze waren die Holophonie, eine halbkreisförmige Anordnung von Lautsprechern mit entsprechender Verzögerung, sodaß die Signale in den Schall-Zwischenräumen gehörrichtig wiedergegeben werden konnten.

Quadrophonie

Für die Wiedergabe von normaler Musik war das Ergebnis jedoch unbefriedigend. Daher dauerte es nicht lange, bis man ein 4-Kanal-Matrix-System entwickelte, das unter Beibehaltung der zwei Tonkanäle eine Übertragung von 4 verschiedenen Tonsignalen erlaubte. Die Hi-Fi-Puristen lehnten diese "Spielerei" jedoch ab, zumal die Ergebnisse wegen der Übersprech-Effekte und der Klangbeeinflussung gewisse Nachteile in sich bargen. So verschwand diese sogenannte "Quadrophonie" wieder sang- und klanglos inder Versenkung.

Surround "Sound"

Neuen Wind brachte die Ghetto-Blaster-Ära in das Geschehen. Das willkürlich gewählte Wort "Space-Sound" wurde sehr bald in "Surround-Sound" umgewandelt, als man merkte, daß man die Unwissenheit der Leute markttechnisch ausbeuten konnte. Dieser "Space-Sound" schaltete lediglich die Hochtöner von Zwei-Weg-Systemen "außer Phase", zu Deutsch: einer der Hochtöner wurde verpolt. Daurch entstand ein plastisch wirkender Klang, der zumindest den Ort einer Schallquelle virtuell "verbog".

Dolby NR

Der Welt der Audio-Kassette und deren schlechter Klangeigenschaften haben wir einen entscheidenden Baustein zu verdanken, den Dolby NR "B" Baustein, wie er offiziell heißt. Dieser Noise-Reduction (NR) Baustein war eine leicht minderwertigere Form des professionellen Dolby A der Ton-und Filmstudios, nicht in mehrere Fequenzbänder aufgeteilt, simpel, aber dadurch auch unkritisch in der Handhabung. Der qualitativ eigentlich bessere Nachfolger Dolby C konnte sich aufgrund seiner hohen Sensibilität in Bezug auf kleine Einmeßtoleranzen nicht recht durchsetzen.

Sehr zu meinem eigenen Entsetzen mußte ich feststellen, daß ausgerechnet dieser inkompatible Wahnsinn in die professionellen Betacam SP Maschinen eingebaut wurde!

Jetzt haben wir im Prinzip schon fast alles kennengelernt, was zu Dolby Surround gehört, sehen wir uns also an, wie alle diese Komponenten zusammenwirken, um diese unglaublichen Klänge in unsere Wohnzimmer zu zaubern. Bei der Wiedergabe von Spielfilmen hat es sich als störend erwiesen, wenn die Sprecher sich akustisch zuweit von der Bildmitte entfernten. Man hat also als erste Forderung gestellt, daß diesen Signalen die höchste Priorität gilt und daß der Ort dieser Signale der Akustische Mittelpunkt, das "Center" ist. Außerdem werden Musik und Bewegungs-Geräusche in Links-/Rechts-Orte umgesetzt. Man hat also ein Stereosignal mit Betonung auf Mitte (Center-Signale haben eine Erhöhung des Pegels um 3 dB).

Damit hat man aber auch die ersten Probleme:

a) wie kriegt man aus zwei Kanälen die Stereokanäle und den Mittenkanal?

b) wie vermeidet man eine Vermischung der Signale?

c) wie routet man die Signale, damit sie richtig ankommen?

zu b) Die Zuordnung (Richtungsmischung) erfolgt zum Teil bereits bei der Aufnahme, zum andern bei der Tonmischung im Studio.

zu c) Das geschieht mit sogenannten Panorama-Stellern, die ein Signal an den linken, bzw. den rechten Mischpultausgang leiten. Dabei entstehen auch kleine Phasendifferenzen. Wird ein Signal beiden Mischpultausgängen gleichberechtigt zugeleitet, erscheint das resultierende Signal in der Mitte abgebildet.

Wie kommen jetzt denn noch die "hinteren" Raumanteile ins Signal?

Hier kommt unser Wissen über die Phasenlage von Signalen und deren Wahrnehmung ins Spiel. Betrachten wir unser Ohr, verstehen wir leicht, daß "vorn" liegende Signale und "hinten" liegende Signale 180° unterschiedliche Schallrichtung haben. Daraus kann man schon erahnen, daß sie auch eine 180 Grad Phasendifferenz haben bei direkter Gegenüberlage. Was bedeutet diese Phasendifferenz? Mischt man zwei identische Signale gleicher Intensität aber umgekehrter Phasenlage (180°) zusammen, ist das Ergebnis ziemlich genau 0, das heißt, der Ton wird so leise, daß er nicht mehr wahrgenommen wird.

Wenn die Bedingung "identisch" eingehalten wird, gilt unsere Annahme auch für komplexe Signale. Ferner weiß man aus der Elektrotechnik, daß eine Anordnung aus einem Kondensator und einem Widerstand im Signalweg nicht nur einen Tonfilter darstellt, sondern gleichzeitig eine zeitliche Verschiebung bewirkt, nämlich genau um 90°. Diesen Effekt macht man sich bei der Codierung/Decodierung von Dolby Surround zunutze.

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Die zusätzliche Surroundinformation wird über solche Netzwerke und ein paar elektronische Hilfsmittel zum bestehenden L/R/C-Signal (Left/Right/Center) hinzugefügt. Dazu muß man wissen, daß hier auch bereits die Grenzen dieses "Dolby ProLogic Surround" Verfahrens liegen, nämlich darin, daß das Surroundsignal selbst mono ist! Das hat zur Folge, daß eine seitliche Bewegung (Lateral Movement) im hinteren Bereich nicht darstellbar ist und damit natürlich auch keine vollständigen Diagonalverläufe von Schallereignissen. Interessant dürfte für die meisten sein, daß das Surround-Signal nur wenig mehr als Telefon-Bandbreite aufweist, nämlich 100 Hz bis etwa 7 kHz. Damit dieses "miese" Signal nicht einen hoffnunglosen Klangbrei verursacht, wird die Dynamik des Signals über eine modifizierte Variante des bereits erwähnten Dolby B Bausteins manipuliert.

Wie beim Tonband werden also leise Passagen noch leiser und laute Passagen noch lauter, wobei konstante Störgeräusche unterdrückt werden. Es wurde also fieberhaft nach Lösungsmöglichkeiten gesucht, die noch mehr Tonkanäle ermöglichten, ohne das Ziel der Stereo-Kompatibilität aus den Augen zu verlieren. Diese Kompatibilitätsforderung stellt ein hohes Maß an Pegelverhältnissen dar. Laut Definition gilt: L* = L + 0,7071xC +yxLS R* = R + 0,7101xC +yxRS (L, R, C, LS, RS:Left, Right, Center, Left Surround, Right Surround)

Da wir bereits wissen,daß wir nur von einem Surround-Signal sprechen, ahnt man schon, daß nicht alle Daten mit dem Dolby Surround Verfahren übertragen werden können. Damit schließt sich übrigens der Kreis zum Filmton, denn das Dolby Stereo Verfahren des Kinos ist nahezu vollständig identisch.

Was ist denn nun

?

THX selbst ist in erster Linie ein eingetragenes Warenzeichen der Firma LukasFilm. Hier werden vorhandene Komponenten (oder auch neue) optimal an einen Saal angepaßt, für Kinos werden Höchstwerte für das Ruhegeräusch bei tiefen Tönen und bei mittleren Tonhöhen gefordert (58 dB bei 63 Hz und 29 dB bei 2 kHz) Wenn ich hier von dB spreche (dezi-Bel), dann ist immer dB(A) gemeint, was gemeinhin noch unter dem Begriff "Phon" in diversen Gehirnen rumspukt. Diese Forderungen sind für ältere Kinos fast nicht zu erfüllen. Die 29 dB bei 2 kHz entsprechen nämlich einem sanften Blätterrascheln! 58 dB ist hingegen ein leises, weit entferntes Murmeln im Bahnhof, wenn der Vergleich gestattet ist. Sind die Forderungen erfüllt, wird das Kino akustisch eingemessen und eine individuelle Schallwand wird gebaut, deren Komponenten eine gleichmäßige Schallabstrahlung über die gesamte Leinwand gewährleisten und eine Frequenzkompensation der Hochtonwiedergabe, da die Kinoleinwand die hohen Töne stark absorbiert. Sind alle diese Ein- und Umbauten erfolgt und die elektroakustische Prüfung erfolgreich verlaufen, erhält das Kino das Gütesiegel "meets specification of THX by LukasFilm". Zudem werden beim THX Verfahren dem Signal unkorrelierte Anteile von Oberwellen hinzugefügt, also phasengegensätzliche Teilsignale. Dabei werden leider oft unnatürliche Klangereignisse "versehentlich" erzeugt, sogannte Klang-Artefakte.

Was bezeichnet der Begriff Circle Surround?

Circle Surround beruht auf Dolby Surround, also einem monauralen Surround-Signal, regelt aber separat die Intensität der linken, bzw. rechten Surroundanteile frequenzabhängig durch die Lautstärke der L/R Signale. Nachteilig dabei ist, daß direkt im Mittelpunkt der L/R Achse befindliche Töne keine Auswirkung auf die Surroundanteile haben (In einem natürlichen Raum gibt es immer eine Hall-Entsprechung des von vorn kommenden Signals).

Wohin geht die Entwicklung?

Der Trend wird eindeutig von einem der Marktführer gezeigt, der Firma Lexicon aus Boston, die ich bei meinem Besuch bei Jay Sage besichtigen durfte: Eine Rückbesinnung auf die Entstehung der Töne und daraus resultierend eine ausschließliche Gewinnung der Raumanteile aus den L/R Signalen über ein Netzwerk aus Verzögerungsgeräten (Delays) und Tiefpässen, ein Verfahren, das auch auf 7 Kanäle erweiterbar ist und trotzdem zum herkömmlichen Dolby Surround Verfahren kompatibel ist. Die Signale werden hier stets in einem konstanten Winkelbezug als Cosinus bzw. Sinus des Öffnungswinkels betrachtet und als deren Produkte. Hiermit ist endlich (immer noch Analog) eine seitliche Bewegung des Tons direkt seitlich vom Zuhörer und im hinteren Teil des Raums möglich, wodurch nahezu alle Klangorte dargestellt werden können.

Was ist AC-3?

AC-3 ist ein digitales Verfahren, mehrere Tonkanäle (komprimiert) simultan zu übertragen. Daraus wird ersichtlich, daß für die Speicherung von AC-3 digitale Medien erforderlich sind, in der Regel DVD. Blöd dabei ist nur, daß bisher nur die USA mit ihrem NTSC System DVDs mit AC-3 ausrüsten, demzufolge gibt es bei uns kaum passende Decoder für AC-3. In Europa wird auf das Gegenstück MPEG-2 gesetzt, das durch die reduzierte Datenmenge einfacher zu handhaben ist. Die Hi-Fi-Branche geht davon aus, daß sich AC-3 bei uns nicht durchsetzen kann und wird. Bis auf weiteres werden wir also unser Dolby Surround weiter benutzen können, da alle analogen Verfahren zu Dolby ProLogic Surround kompatibel sind. In diesem Sinne, viel Spaß mit Power!

Helmut Jungkunz

P.S.: eine gute Adresse für praktische, fachlich korrekte Beratung ist Toni Übler Tel. 08444/91252, jetzt auch auf seiner Homepage zu erreichen unter:

Quellen: IRT Institut für Rundfunktechnik,
Theile: Surround Sound Konzepte Lexicon,
David Griesinger: Surround Sound for two-Eared Listeners