Musik und Surround

Surround und Musik

Von Mono, Quadro und Dolby Surround bis SACD und DVD-Audio

Historisches
Schon bald nach Erfindung der Tonaufzeichnung wurde deutlich, dass für wirklich realistische Reproduktion mehr als ein Ton-Kanal und mehr als ein Lautsprecher vonnöten ist. Das Vorbild des menschlichen Gehörs mit zwei Ohren lieferte den naheliegenden Anstoß für die 2-Kanal-Stereofonie. Einschlägige Experimente wurden bereits in den 30er Jahren durchgeführt, genauso wie Versuche mit drei Lautsprechern oder halbkreisförmige Anordnungen von gleich einem Dutzend Lautsprechern. Doch erst in den 50er Jahren war die Technik für Aufnahme und Wiedergabe soweit, dass wenigstens die 2-Kanal-Stereofonie einem breiten Publikum zugänglich gemacht werden konnte. Als Medium nutzte die Stereo-Technik damals die noch junge Vinyl-Langspielplatte (als Nachfolgerin der Schellack-Platte) sowie Tonbänder. In den sechziger Jahren schließlich avancierte die Stereofonie dank Compact-Cassette, immer zahlreicher erscheinender Stereo-Schallplatten und UKW-Stereo-Rundfunk zum technischen Standard.

Parallel zur Entwicklung neuer Tonträger, die anstelle einer Mono-Tonspur zwei für die Stereofonie aufzeichnen konnten, musste auch die Aufnahmetechnik grundlegend überdacht werden. Bislang war entweder ein Mikrofon so im Raum zu positionieren, dass alle Schallereignisse in der richtigen Klangfarbe und mit dem gewünschten Anteil vom Raumhall aufgezeichnet werden. Oder mehrere Mikrofone nahmen einzelne Schallquellen auf und am Mischpult wurde die gewünschte Klangbalance zwischen den verschiedenen Instrumenten, Sängern etc. eingestellt. Bei der Stereofonie kommt nun mit dem Abstand der Mikrofone untereinander noch ein weiterer Freiheitsgrad hinzu, der entscheidend das akustische Abbild prägt.

Aufnahmebedingungen
Beschränkt man sich auf zwei Mikrofone, kommen zwei grundlegende Anordnungen in Frage: das XY-Verfahren und das AB-Verfahren, auch als Intensitätsstereofonie und Laufzeitstereofonie bekannt. Im ersten Fall sind zwei Richtmikrofone auf einem Punkt montiert, eins nach links und das andere nach rechts ausgerichtet (häufig z.B. bei Camcordern anzutreffen). Der Winkel zwischen beiden Mikrofonen bestimmt dabei den räumlichen Eindruck der Aufnahme. Da zwischen beiden Mikrofonen wegen ihres gemeinsamen Montagepunktes praktisch keine Laufzeitunterschiede auftreten, können beide Signale ohne weiteres zu einem Kanal summiert werden, XY-Aufnahmen sind also mono-kompatibel. Etwas anders sieht dies beim AB-Verfahren aus. Hier entsteht der Stereoeindruck durch den Abstand beider Mikrofone zueinander. Die unterschiedliche Laufzeit einzelner Schallereignisse zu beiden Mikrofonen schafft ähnliche Bedingungen wie beim menschlichen Hörsinn, führt jedoch zu unerwünschten Auslöschungen beim Mono-Mix. Im Gegensatz zur Intensitätsstereofonie erlaubt die Laufzeitstereofonie die Verwendung von Mikrofonen mit Kugelcharakteristik, die insbesondere in früheren Jahren als tonal ausgeglichener galten.

Stereo-Wiedergabe
Die Bedingungen für die Wiedergabe sehen bei beiden Verfahren identisch aus: Jeweils ein Lautsprecher gibt den rechten und den linken Kanal wieder, wobei der Hörer genau auf der Mittelachse zu beiden sitzen sollte. Als Abstand hat sich das Stereo-Dreieck allgemein eingebürgert, wobei je nach Abstrahlverhalten der Lautsprecher und je nach vorherrschender Akustik der Hörplatz durchaus nach vorne oder hinten verschoben werden kann. Selbst das grundlegende Abstrahlverhalten der Lautsprecher ist nicht näher definiert: Am weitesten verbreitet sind Direktstrahler, die im Wesentlichen den Schall nach vorne richten. Daneben haben sowohl Bipole als auch Dipole ihren festen Freundeskreis. Erstere strahlen den Schall gleichphasig nach vorne und hinten, wie zwei Rücken an Rücken spielende Boxen. Zweitere treten meistens als Flächenstrahler wie Elektrostaten oder Bändchen-Lautsprecher auf, bei denen riesige Membranflächen lediglich in einem Rahmen anstelle eines Gehäuses schwingen und den Schall gleichermassen nach vorne und hinten abstrahlen. Beide Prinzipien beziehen sehr stark den Raum in die Wiedergabe ein, während Direktstrahler tendenziell eher ein Fenster zum Aufnahmeraum oder Konzertsaal öffnen.

Künstliche Räume
Mit der heute üblichen Multi-Mikrofon-Technik treten die grundsätzlichen Überlegungen zur Stereo-Aufnahmetechnik jedoch mehr und mehr in den Hintergrund. Anstelle der Akustik im Studio oder im Konzertsaal wird häufig erst am Mischpult eine künstliche Räumlichkeit erzeugt, deren Klangeindruck nicht unbedingt einem natürlichen Vorbild folgen muss. Bestes Beispiel ist elektronische Musik, die direkt aus dem Computer auf eine CD wandert, ohne Räume und Mikrofone. Nicht mehr die natürliche Akustik bei der Aufnahme wird zum Vorbild für die Wiedergabe, sondern die vom Produzenten gewünschte Klangästhetik. Bei der Wiedergabe fehlt daher der Maßstab der Realität, statt dessen werden die Bedingungen im Tonstudio zum Maßstab, um ähnliche Eindrücke wie die Produzenten zu erhalten. In der Praxis läuft dies auf sogenannte Nahfeld-Bedingungen hinaus, mit auf den Hörer angewinkelten und nah beieinander aufgestellten Boxen und mit kaum mehr als zwei Metern Distanz zu den Lautsprechern. Die häufig gewünschte Weiträumigkeit bei der Wiedergabe ist so allerdings nicht zu erreichen.

Quadro und Surround
Um mehr Rauminformationen möglichst unabhängig von den akustischen Bedingungen bei der Wiedergabe übertragen zu können, kommt man an zusätzlichen Tonkanälen nicht vorbei. Praktisch genauso alt wie die Zweikanal-Stereofonie ist die Idee eines zusätzlichen mittleren Lautsprechers vorne. Dieser macht die Abbildung einer Bühne weniger abhängig von der Hörposition und ist heute beispielsweise aus Kinos nicht mehr wegzudenken. Allerdings sind erst in den 70er Jahren preisgünstige und großserientaugliche Verfahren entwickelt worden, mehr als zwei Tonkanäle zu speichern. Für das Kino etablierte sich schnell ein zu Stereo-Abspielgeräten kompatibles 4-Kanal-Format der Dolby Laboratories, bekannt als Dolby Stereo und später für häusliche Anwendungen Dolby Surround. Es verwendet drei Kanäle für die stabile akustische Darstellung des Geschehens auf der Leinwand und einen zur Reproduktion der räumlichen Tiefe. Von wenigen Effekten abgesehen, wird dieser Kanal in erster Linie mit Hintergrundgeräuschen und Raumhall beaufschlagt. Bereits einige Jahre zuvor kamen verschiedene Verfahren für Musikwiedergabe mit vier Lautsprechern für sogenanntes Quadro auf. Hier verteilen sich die vier Kanäle gleichberechtigt auf die Raumecken, die Dreidimensionalität entstand also durch doppeltes Stereo. Teure Technik, mangelnde Kompatibilität untereinander und zu konventionellen HiFi-Geräten sowie die Bedingung, vier ausgewachsene HiFi-Lautsprecher ins Wohnzimmer zu stellen, vereitelten den Erfolg von Quadro.

Vorbild Filmton
Erst mit dem Einzug der Digitaltechnik wendet sich nun das Blatt zu Gunsten von mehr Tonkanälen. Nach der Vorarbeit von Dolby Surround hat der Kino-gleiche Filmton mit der DVD in digitaler Form Einzug in viele Wohnzimmer gefunden. Dabei setzten sich zwei Speicherformate, Dolby Digital und DTS, durch, während MPEG Multichannel als drittes Format derzeit keine Rolle spielt. Die Wiedergabe-Technik orientiert sich an den Produktions- und Reproduktionsbedingungen im Original: Die Studios mischen die Soundtracks für Kinos ab, wo vorne drei Lautsprecher das Geschehen auf der Leinwand begleiten, während die Seitenwände und immer häufiger auch die Rückwand eine ganze Reihe Lautsprecher beherbergen. Im Wohnzimmer lässt sich dieses Szenario hervorragend durch drei vordere Lautsprecher und zwei oder vier Lautsprecher mit Dipol-Charakteristik an den Seiten und ggf. hinten nachbilden. Die seitlichen und rückwärtigen Boxen dienen jeweils zur Erzeugung diffuser Schallfelder, die mehr Raumatmosphäre als gezielt ortbare Schallereignisse verbreiten. Lautsprecher Teufel empfiehlt daher für die Effektkanäle unbedingt den Einsatz von Dipollautsprechern.

Diese Technik ist nicht nur für Filmton, sondern genauso gut auch für Musik einsetzbar. Besonders naheliegend erscheint dies bei Konzert-Mitschnitten, wo die Bühne an die Stelle der Leinwand tritt und von den Surround-Kanälen in erster Linie die Akustik des Konzertsaals und die Geräuschkulisse des Publikums als diffuses Schallfeld wiedergegeben wird. Genauso können über die seitlichen bzw. hinteren Lautsprecher einzelne Instrumente übertragen und besondere klangliche Effekte erzielt werden. In solchen Fällen erscheint für die Wiedergabe die Verwendung fünf identischer Lautsprecher sinnvoll. Da jedoch das menschliche Gehör bei rückwärtigen Geräuschen deutlich weniger präzise die Richtung lokalisiert, verursacht eine diffuse Schallabstrahlung in diesen Fällen kaum Abstriche in der Qualität, solange sämtliche Lautsprecher tonal und dynamisch auf gleichem Niveau spielen - daher rührt auch die Teufel-Philosophie, für alle Kanäle möglichst absolut identische oder zumindest akustisch identische Lautsprecher einzusetzen. Nur konnte bislang keine verlässliche Wiedergabenorm reproduzierbare Bedingungen für die Musikwiedergabe schaffen, während Lucasfilm genau dies mit THX für die Filmwiedergabe gelungen ist.

SACD und DVD-Audio
Die jüngsten Entwicklungen führen zu eigenständigen Medien für Musik in Mehrkanal-Technik mit einer der CD weit überlegenen Klangqualität: zur DVD-Audio und Super-Audio-CD (SACD). Beide ähneln mechanisch der DVD und zeichnen den Ton in deutlich höherer digitaler Auflösung als CD und DVD auf. Bei der DVD-Audio sind maximal 192 kHz Abtastfrequenz und 24 Bit möglich, was theoretisch einem Frequenzgang bis 96 kHz und einer Dynamik von 144 dB entspricht. Diese Werte gelten für 2 Stereo-Kanäle, während die Aufnahme von 6 Audiokanälen "nur" mit 96 kHz Abtastrate vorgesehen ist und daher der Frequenzgang bei 48 kHz endet. Der Vergleich zur SACD ist nur schwer möglich, da diese mit einem neuartigen 1-Bit-Verfahren arbeitet. Anstatt im Rythmus der Abtastfrequenz eine Probe (engl. sample) des Tonsignals zu erfassen, wobei mit steigender Anzahl möglicher Bits die Genauigkeit dieser Erfassung und damit die Dynamik ansteigt, registriert das DSD-Verfahren lediglich, ob das Tonsignal aktuell ansteigt oder abfällt. Für diese Entscheidung zwischen zwei Zuständen genügt einerseits ein einziges Bit, andererseits muss sie extrem häufig getroffen werden. Bei der SACD geschieht dies 2,8 Millionen mal pro Sekunde, um auf analoger Seite eine Übertragungsbandbreite bis 100 kHz und eine Dynamik bis 120 dB zu erreichen. Auch hier sind 6 unkomprimierte Tonkanäle möglich, wobei der sechste jeweils für Subwoofer vorgesehen ist. Großer Vorteil des DSD-Verfahrens ist der direkte Signalweg mit denkbar einfacher Wandlung in die analoge Welt. Gegenüber den PCM- (Pulse Code Modulation) Verfahren von CD und DVD verringert DSD die möglichen Fehlerquellen in der Wiedergabekette.

Was wird benötigt?
Daraus erwachsen an die Wiedergabekette eine ganze Reihe Anforderungen: Vom Abspielgerät über Verstärker bis hin zum Lautsprecher ist ein entsprechend weiter Übertragungsbereich wünschenswert. Während dies z.B. bei Verstärkern kein sehr großes Problem darstellt, ist diese Anforderung bei Lautsprechern weniger leicht zu erreichen. Grundsätzlich sind Hochtöner mit sehr leichter Membran von Vorteil, z.B. Magnetostaten, Bändchen oder - wie auch bei Lautsprecher Teufel - kleine konventionelle Kalotten. Um die Multikanal-Option von DVD-Audio und SACD nutzen zu können, ist ein Verstärker mit 6-Kanal-Eingang zwingend erforderlich, da beide Formate ausschließlich analog am Player-Ausgang bereit stehen. Solchermaßen ausgestattet sind zahlreiche moderne Surround-Receiver, -Verstärker und -Vorverstärker.

Für Multichannel Audio gelten die gleichen Aufstellungs-Kriterien wie für hochwertige Stereo-Boxen, nur müssen sie jetzt gleich auf fünf Lautsprecher angewendet werden. Das bedeutet hinreichende Abstände zu den Wänden und möglichst symmetrische Positionierung im Raum. Der sechste Kanal mit seiner tieffrequenten Tonspur wird in solchen Fällen auf alle fünf Standboxen verteilt. Etwas einfacher sieht die Aufstellung bei Verwendung eines Subwoofers aus, dann genügen fünf kompakte Lautsprecher, und der Subwoofer ist in der Regel leichter an die Raumakustik anzupassen als fünf ausgewachsene Lautsprecher (siehe Teufel System 4 oder System 5). Hinsichtlich optimaler Schallausbreitung insbesondere sehr tiefer Frequenzen gelten unter anderem nach den Untersuchungen von David Griesinger (Lexicon) zwei Subwoofer an den Seitenwänden als raumakustisch bester Ansatz. Bei Musikwiedergabe kommt diesem Punkt größere Bedeutung zu, da hier mehr als Effekt-Gedonner in den untersten Oktaven gefragt ist. Unter Verzicht auf die Freiheitsgrade bei der Auswahl der Hörposition, die bei allen Wiedergabetechniken der Center-Speaker vorne in der Mitte eröffnet, kann insbesondere in kleinen Räumen auch ein Setup mit vier Lautsprechern ausreichen. Und auch hier ist wegen der oben bereits geschilderten Schwäche des menschlichen Hörsinns, Geräusche von hinten genauso präzise wie solche von vorne zu erkennen, die Verwendung von sehr hochwertigen Heimkino-Lautsprechern mit Dipol-Charakteristik denkbar. Auf der andern Seite zeigen erste Beispiele (s. unten), wie Produzenten die Mehrkanal-Technik zur Erzeugung neuartiger Klangeindrücke nutzen und dabei auf ortbare Schallquellen aus allen Richtungen setzen. Inwiefern sich solche musikalischen Ausdrucksformen und Produktionstechniken durchsetzen, wird die nahe Zukunft mit kommenden DVD-Audio- und SACD-Neuerscheinungen zeigen.

Resümee
Die Mehrkanaltechnik ist auch bei Musikkonserven nicht mehr aufzuhalten. Allein die soziale Komponente - das berüchtigte Stereo-Dreieck wird aufgehoben, guten Klang gibt es in weiten Teilen des Raumes - macht die Vorteile gegenüber der bald 50 Jahre alten 2-Kanal-Technik überdeutlich. Die Frage nach optimalem Wiedergabe-Equipment lässt sich allerdings nicht so leicht beantworten. Während sich die Kette Filmproduktion, Kino und Home-Cinema am THX-Standard als Wiedergabenorm orientieren kann oder ihn zumindest als Orientierung verwendet, differerieren die Techniken bei Musikproduktionen stark. Grundsätzlich gilt jedoch, dass sehr gute Lautsprecher jedes Material überzeugend wiedergeben, ob Film, Musik oder Nachrichten. Und wie bereits im Home-Cinema macht auch bei mehrkanaliger Musikwiedergabe die Aufteilung auf Subwoofer und Satelliten im Hinblick auf einfache Unterbringung Sinn. Ob schließlich die hinteren Lautsprecher grundsätzlich direkt abstrahlen müssen (im Gegensatz zu den Dipolen im Heimkino), hängt vom Geschmack wie auch von den Aufnahmen ab. Fest steht, dass sämtliche Lautsprecher nach wie vor tonal gleich spielen und den gleichen Dynamikbereich abdecken müssen und dass auch klassische Tugenden wie gerader Verlauf des Frequenzgangs und weiter Übertragungsbereich nach wie vor gültig sind. Solange jedoch weder definierte Bedingungen für Aufnahme, noch für die Abmischung im Tonstudio existieren, bleibt die endgültige Antwort auf die Frage nach den optimalen Lautsprechern weiter ungeklärt bzw. dem individuellen Ermessen überlassen.

Software-Beispiele:

Fleetwood Mac - The Dance (Warner DVD)
Live-Mitschnitt in Dolby Digital 5.1, wobei ausser Applaus in den hinteren Ton-Kanälen z.B. eine Blaskapelle zu hören ist, die quer durch den Saal auf die Bühne marschiert

Guano Apes - Don‘t give me Names (BMG)
Sowohl als DVD mit Dolby Digital 5.1 und Stereo Mix erhältlich, als auch im neuen DSD-Format auf SACD mit PCM Stereo (CD-Standard) und Stereo-DSD

Herbert Grönemeyer - Stand der Dinge (EMI)
Hybrid-DVD, d.h. gleichzeitig CD und DVD. CD-Player geben den Stereo-Mix des Live-Konzerts wieder, DVD-Player wahlweise Stereo oder Surround in Dolby Digital und DTS. Aufgenommen wurde das Konzert während der Expo in Hannover.