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Audio-Grundlagen

Im folgenden sollen einige Begriffe aus der modernen Audio-Technik erklärt und ihre technischen Hintergründe erläutert werden. Da einige dieser Konzepte und Standards in dazu kompatiblen Varianten beim AudioCutter Cinema implementieret wurden, ist es sicher keinensfalls verkehrt, darüber informiert zu sein:




Dolby-Surround®

Das aktuelle Thema in der Unterhaltungselektronik lautet nach wie vor: Dolby-Surround Pro-Logic®. Was das ist, dürfte inzwischen allgemein bekannt sein: dieses System bringt den Raumklang in die Wohnstube. Beinahe alle Stereo-Quellen eignen sich hier als Quelle: Video- und Audio-Casetten, Stereo-Fernsehsendungen und jetzt auch ein ganz normaler Computer zusammen mit einer Soundkarte und dem AudioCutter Cinema.

Mehrkanaltonfilme gibt es bereits seit den 70er Jahren. Mit der Einführung von Stereo-Videorecordern brachte die Firma Dolby® 1982 auch ihren ersten Dolby-Surround®-Decoder, damals noch mit einfacher Matrix-Decodierung, heraus. Der eigentliche Durchbruch dieses Systems gelang allerdings erst 1987 mit der Einführung des Pro-Logic®-Chips, der eine bessere Kanaltrennung zu einem niedrigen Preis ermöglichte.

Das Dolby-Surround®-Funktionsprinzip beruht auf den Eigenschaften des menschlichen Ohrs und der Umsetzug von Gehörtem im Gehirn. Findet ein Schallereignis statt, z.B. in einem Konzertsaal, so dringt der Schall, abhängig von seiner Position, zuerst direkt an das eine Ohr und dann an das andere. Aus der Länge dieses Zeitunterschiedes berechnet das Gehirn die Position der Schallquelle, wir erkennen die Richtung und die Lage. Mit diesem Direktschall identifiziert das Gehirn weiterhin die Schallquelle z.B. als ein Musikinstrument. Als nächstes erreichen die ersten Reflexionen das Ohr. Diese kommen noch ungefähr aus bestimmten Richtungen, nur mit einem größeren zeitlichen Versatz zum ursprünglichen Schallereignis. Mit diesem Schall berechnet das Gehirn dann die Entfernung der Schallquelle und gewinnt noch einige Informationen über die Größe des Raumes. Anschließend wird der Schall durch die Wände mehrfach zurückgeworfen und gebrochen, ab diesem Zeitpunkt ist nur noch ein großes "Schallwirrwar" vorhanden. Dieser Hall oder auch Diffusschall besteht jetzt aus - zum Originalschall - phasenverschobenen Wellen. Da dieser Schall auch von den Wänden hinter dem Hörer reflektiert wird, ist das bereits ein echter Raumklang. Anhand der jetzt eintreffenden Schallwellen gewinnen wir auch einen Eindruck von dem Raum (z.B. "Wasserrohr", "Kerker" oder aber auch "Konzertsaal").

Der Dolby®-Decoder seinerseits macht nun nichts weiter, als das Schallgemisch eines Stereosignals zu trennen und auf verschiedenen, im Raum positionierten Lautsprechern wiederzugeben. Alle phasen- und amplitudengleichen Anteile des Stereosignals sind Direktschall und kommen aus der Stereomitte. Die Anteile, bei denen Links gleich Rechts ist, werden vom Centerlautsprecher dargestellt. Alle anderen gleichphasigen, aber in der Amplitude unterschiedlichen Anteile werden durch die Boxen Links (L) und Rechts (R) wiedergegeben. Bleibt nur noch der Surroundkanal: dieser setzt sich aus den ungleichphasigen Anteilen des Stereosignals zusammen. Der Dolby®-Decoder sortiert diese, im verwendeten Stereosignal zusammengewürfelten Schallbestandteile also nur wieder dahin, wo sie hingehören.

Das kuriose an diesem Verfahren ist, das es auch ohne eine explizite Surround-Encodierung funktioniert. Eine Stereoaufnahme wird in den meisten Fällen auch stark phasenverschobenen Diffusschall enthalten, der vom Decoder "entdeckt" und auf die hinteren Kanäle gelegt werden wird. Natürlich läßt sich dieser Diffusschall auch gezielt erzeugen und in ein Stereosignal integrieren.

Diese Wirkungsweise kann man sich nun mit Hilfe des AudioCutter Cinema zu Nutze machen, indem man einen Sound mittels des Positionseditors entweder fest im Raum positioniert oder den Sound sogar in seiner Position verändert, d.h. ihn bewegt. Das Programm selber berechnet nun - natürlich abhängig vom gewählten Ausgabe- und Encodemechanismus - die Hintergrund- und Vordergrundinformationen für die einzelnen Lautsprecher und encodiert diese. Falls 2.0 Surround selektiert wurde, geschieht das mit einem Verfahren, das zu Dolby-Surround® und Circle-Surround® kompatibel ist. Dieses Audiosignal kann anschließend mit jedem heute handelsüblichen Surround-Decoder wiedergegeben werden.

Im folgenden soll nun noch etwas zu den technischen Spezifikationen des doch recht begrenzten Dolby-Surround® Systems gesagt werden. Dieser Algorithmus decodiert ein Stereosignal auf dann vier getrennte Kanäle. Zu den Kanälen Links und Rechts kommt zum einen der Center-Kanal hinzu. Dieser kann - je nach Einstellung am Decoder - einmal das volle Frequenzspektrum darstellen (Betriebsart "WIDE") oder aber nur ein auf Frequenzen von >100Hz begrenztes (Betriebsart "NORMAL"). Das hängt in erster Linie von der Qualität des verwendeten Center-Lautsprechers ab. Der Surround-Kanal ist ebenfalls nur einkanalig, das heißt, es besteht kein Unterschied zwischen hinten links und hinten rechts. Die beiden hinteren Lautsprecher hängen am gleichen Kanal und sind - je nach Decoder / Verstärker - nur in Reihe oder parallel geschaltet oder allenfalls noch mit ein paar technischen Tricks so modifiziert, das die hinten wiedergegebenen Signale leicht unterschiedlich sind. Die Dolby-Surround®-Spezifikation gibt für diese Lautsprecher an, das hier nur ein Frequenzspektrum von ca. 100Hz bis 7kHz dargestellt wird. In der Praxis hat sich aber gezeigt, das der ProLogic®-Decoderchip - besonders wenn es auf allen Kanälen sehr heftig zugeht - mitunter doch mehr als nur dieses Frequenzband durchläßt. Es sollte also bei einer Neuinstallation eines Surroundsystems unbedingt darauf geachtet werden, das hinten auch vollwertige Lautsprecher installiert werden.


Dolby-Digital® (=Dolby-AC-3®)

Ausgehend von der Dolby-Surround®-Technik wurde für große Kinos ein weiteres, verbessertes Sytem entwickelt. Dieser Standard, Dolby-AC-3®, oftmals auch Dolby-Digital® genannt, besitzt insgesamt 6 Soundkanäle: die bekannten Kanäle Links, Rechts und Center sowie zwei in Surround-Links und Surround-Rechts aufgeteilte, diesmal separate hintere Kanäle. Weiterhin gibt es hier noch einen Subwoofer-Kanal, der nur für die tiefen Frequenzen zuständig ist (die Anzahl der Kanäle wird oftmals auch kurz mit 5.1 angegeben, wobei 5 für die herkömmlichen Kanäle und .1 für den LFE, den Subwoofer-Effektkanal steht).

Die entscheidenden Verbesserungen gegenüber dem einfachen Dolby-Surround® sind einmal der bessere Klang auf Grund des nicht mehr eingeschränkten Übertragungsbereiches, sowie die Möglichkeit, zwischen Surround-Links und -Rechts zu unterscheiden, was natürlich wesentlich mehr Möglichkeiten für Effekte bietet.

Logische Konsequenz aus dem Vorhandensein von jetzt 6 Kanälen ist natürlich, das diese nicht mehr alle auf ein Stereosignal aufcodiert und später wieder beliebig decodiert werden können. Bei Dolby-AC-3® müssen schon von vornherein alle Kanäle auf dem jeweiligen Datenträger vorhanden sein. AC-3®-Signale bzw. -Kanäle finden sich heute auf den original Kino-Filmen, auf der DVD und vereinzelt sogar schon im Fernsehen.

Aus technischer Sicht ist ein AC-3®-Datenstrom nichts weiter als ein 6-kanaliges Audiosignal, das mit einem verlustbehaftetem Kompressionsalgorithmus komprimiert wurde. Das Kompressionsverfahren beruht dabei auf einem ähnlichen Prinzip wie die MPEG-Audiokompression.


dts® - Digital Theater Surround®

Nun gibt es ein weiteres Audiosystem, das etwas später entwickelt wurde, und darum sowohl die Nachteile des ProLogic®-Systems (die kniffligen Phasenverhältnisse für nur einen einzigen Surroundkanal) und des AC-3®-Systems (bei dem die Daten für die hinteren Kanäle zuerst mit einem startk verlustbehafteten Algorithmus komprimiert und dann als Lichttonspur zwischen die Perforationslöcher (!!!) des Kinofilms gequetscht wurden) nicht kennt. Bei diesem System wurde konsequent auf die Qualität der CD gesetzt, die im Kino synchron zum Film läuft. Es ist dabei eindeutig der Leistung der dts-Ingenieure zu verdanken, das es heute möglich ist, eine Daten-CD perfekt synchron zum gezeigten Film laufen zu lassen.

Technisch gesehen ist dts® auch als DVD-Tonformat klar im Vorteil, da die Kompressionsrate wesentlich geringer ist als bei Dolby-Digital® obwohl auch dts® noch einen verlustbehafteten Algorithmus für die Kompression verwendet.

Einen ersten spektakulären Einsatz hatte dts® im Film "Jurassic Park®", der nicht nur für seine damals genialen Special-Effects soundern auch für den bombastischen Sound bekannt geworden ist. Wie bei sehr vielen Filmen aus den Universal®-Studios kam hier das dts®-Soundsystem zum Einsatz.


Dolby Surround EX®

Dieses Verfahren ist eine Weiterentwicklung von Dolby Digital. Das "EX" steht hier für "Extended Surround". Dabei wurden die Surround-Kanäle ebenfalls um einen Center erweitert. Der Grund ist der gleiche wie für den Front-Center: Die Positionierbarkeit von Einzelsounds wird wesentlich erleichtert und es wird auch für Hörer, die sich abseits der Mitte befinden, ein besserer Surround-Klang möglich.


dts ES®

"Digital Theater Surround Extended Surround" ist ebenfalls ein 6.1 Audioformat, das einen zusätzlichen Centerkanal im Rear-Bereich benutzt. Auch hier gilt im Vergleich zu Dolby Surround EX wieder: Aus technischer Sicht ist das dts-Verfahren deutlich hochwertiger, da die Kompressionsrate geringer und die Qualität des dekomprimierten Audiosignals deswegen besser ist.


THX®

THX® steht für "Tomlinson Holemans Experience" und ist nicht etwa noch ein weiterer Standard für Raumklangsysteme, sondern ein Gütesiegel der Firma Lucasfilm® für Beschallungssysteme, das hier der Vollständigkeit halber mit vorgestellt werden soll. Kurz gesagt bedeuten sie für ein Kino: tolles Bild und bombastischer Klang. Der THX®-Standard stellt unter anderem folgende (akustische) Anforderungen an ein Soundsystem: Wer sich mit dem THX®-Label schmücken will, muß seine Anlage einmal jährlich checken lassen und bekommt dann - gegen Bezahlung natürlich - die Erlaubnis, sich das THX®-Logo an die Tür oder sonstwo hin zu kleben.

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