Mit der rasanten Entwicklung in der Computerbranche brach auch in der Unhaltungselektronikbranche eine neue Ära an. Mit Einzug von VHS-Video und DVD mutierte das Wohnzimmer plötzlich zum Multimedialen Home Theater. Manch einer fühlt sich mit der Fülle an Begriffen wie DTS, Pro Logic oder Subwoofer einfach überfordert.
Um zumindest im Bereich der Tonsysteme und Audioformate Klarheit zu schaffen ist Zweck dieses Seminars. Desweiteren soll ein allgemeiner Einblick in die Entwicklung des "Surround Klangs" aufgezeigt werden.
Im Gegensatz zum klassischen Heim-Stereoton, d.h. Zweikanalton, bot der Film-Stereoton damals bereits mindestens 4 Tonkanäle. Es wurden dabei mehrere Kanäle für die Frontseite und mindestens einen Effektkanal für den hinteren Teil des Kinos eingesetzt. Der Effektkanal bot jedoch nur ein eingeschränktes Tonspektrum und wurde deshalb meist nur für gelegentliche dramaturgische Effekte benutzt. Das bekannte 35mm Cinamscope Format brachte es so auf 4 Kanäle, die in Magnetstreifen direkt auf dem Filmmaterial untergebracht waren.
In den sechziger und siebziger Jahren experimentierte man weiter mit dem Effektkanal. Formate wie der 70mm Film mit sechs Magnetspuren boten gleich hohe Signal-Rauschabstände auf allen sechs Kanälen. Damit war es für die Toningenieure erstmals möglich den Effektkanal sinnvoll zu nutzen. Man begann damit den Zuhörer ständig mit leisem Raumklang zu umgeben. Durch zusätzliche Lautsprecher an den Rück- und Seitenwänden wurde der sogenannte Surroung-Kland weiter verbessert. Man sprach fortan nicht mehr vom Effekt-Kanal sondern vom Surround-Kanal.
1958 erhielt erstmals Stereoton Einzug ins heimische Wohnzimmer. Dieser bot jedoch im Gegensatz zum Kino-Stereo-Ton nur 2 Kanäle. Er war dennoch im Vergleich zu Mono ein so dramatischer Fortschritt dass er sich sehr schnell als Standard durchsetzte. Zunächst bei Langspielplatten (LPs) eingeführt, setzte der Stereoton rasch seinen Siegeszug beim UKW-Radio fort, wodurch sich die Gleichsetzung von Stereo und Zweikanalton noch intensiver festsetzte.
Mit der weiteren Verbreitung von Heimstereoanlagen, versuchten Gerätehersteller in den frühen 70er Jahren mit der Vierkanal-Technik neue Märkte zu erschliessen. Die auch Quadrophonie genannte Technik benötigte 2 zusätzliche Lautsprecher um speziell codierten Stereoton wiederzugeben. Encoder/Decoder Einheiten bedienten sich verschiedenster Matrixverfahren um in den beiden Hauptkanälen zusätzliche Toninformationenen für das zweite Lautsprecherpaar zu verstecken. Diese Technik blieb allerdings recht erfolglos, was sich hauptsächlich auf die verschiedenen inkompatiblen Systeme am Markt zurückführen lässt. Ausserdem fehlte die Akzeptanz bei den Konsumenten, die nichts mit "Raumklang" zum damaligen Zeitpunkt anzufangen wussten. Unteranderem auch deswegen weil das Fernsehen, also einziges Audiovisuelles Medium, damals nur mit Mono-Ton in minderer Qualität übertragen wurde. Die Quadrophonie verschwand deshalb wieder recht schnell vom Markt.
1976 führten die Dolby Laboratories ein neues Tonsystem namens Dolby Stereo ein. Dieses System war vornehmlich für den 35mm Kinofilm gedacht. Im Gegensatz zu den teuren Magnetstreifenaufzeichnungen der vorhergehenden Tonsysteme wurde der Dolby Stereo Ton optisch auf das Filmmaterial aufgebracht.
Desweiteren benötigt Dolby Stereo nur zwei optische Tonspuren in denen 4 Kanäle (Links, Center, Rechts, Surround) codiert sind. Magnetstreifenaufzeichnungen benutzen im Gegensatz dazu jeweils eine Tonspur pro Kanal. Die Tonspuren sind ähnlich wie bei der Quadrophonie durch Matrixtechniken encodiert worden ( -> Funktionsweise des Dolby ProLogic Decoders ). Das optische Dolby-Stereo-System erwies sich als so praxistauglich, daß heute zehntausende Kinos auf der ganzen Welt mit Dolby-Prozessoren ausgerüstet sind, und fast jeder größere Filmtitel wird in diesem Tonformat veröffentlicht. Darüber hinaus erlebte die Filmindustrie in den 80er Jahren eine Art Renaissance, durch ein neues Bekenntnis zu höherer Qualität, wofür auch die Akzeptanz von Dolby Stereo steht. Diese Neubelebung wurde zusätzlich durch die Videorevolution unterstützt.
1972 erscheinen die ersten Videorecorder auf dem Markt. Zum ersten Mal war es nun möglich Kinofilme im eigenen Wohnzimmer zu geniessen. Der Videorecorder revolutionierte damit den kompletten Heimunterhaltungssektor und immer neuere bessere System drängten auf den Markt. Die Geräte fanden reissenden Absatz. Im Jahr 1978 wurde dann der Stereo-Ton (2 Kanal) bei Videorecordern eingeführt. Damit stand dem Kinofilmgenuss im heimischen Umfeld nichts mehr im Wege. Im Streben nach immer höherer Qualität brachte man 1980 die ersten Laserdisc Geräte auf den Markt. Sie boten für damalige Verhältnisse das Optimum an Bild und Ton Qualität im Heimkinobereich. Die LaserDisc war technisch gesehen eine Revolution, konnte doch hierbei das Medium erstmals auf optischem Wegen, d.h. berührungslos abgetastet werden. Sie bot zudem Mitte der 80er Jahre erstmals 2 kanaligen Digitalton. Im gleichen Zeitraum bekam auch endlich der Fernseher Stereo-Ton.
Die LaserDisc war speziell auf die NTSC-TV-Norm hin entwickelt worden, weshalb so speziell in den USA und Japan äusserst erfolgreich war. In Europa konnte sie sich aufgrund der hier verbreiteten PAL-TV-Norm und den daraus resultierenden Probleme bei der Konvertierung und Laufzeit nie richtig durchsetzen. Auch die horrenden Preise für LaserDisc Titel um die 100DM wirkten auf viele potentiellen Kunden abschreckend. In den USA hingegen wurde die Entwicklung weiter getrieben und gegen Ende der LaserDisc Technologie wurde auch Dolby Digital Ton unterstützt.
Zunächst erlaubten die Heim-Dolby-Surround-Decoder nur die Decodierung des Surround-Kanals, zusätzlich zu den Standard Stereo Kanälen. Dieser liefert ein kombiniertes Signal Hinten links und rechts. Das bedeutet, das hintere Lautsprecherpaar kann nur ein Mono-Signal liefern. Der Nachteil analogen Dolby Surround besteht darin, dass sich die codierte Toninformation nicht wieder vollständig rekonstruieren lässt. Um dieses Problem zu umgehen, wurde der Surround-Kanal in seinem Frequenzbereich eingeschränkt und hauptsächlich in den Höhen gedämpft ( 100Hz - 7kHz im Gegensatz zu 20Hz-20kHz bei den restlichen Kanälen). . Damit wird die Schwäche der menschliches Gehörs, Geräusche mit abnehmender Frequenz schlechter orten zu können "missbraucht". Demzufolge werden die Schwächen des Surroundkanals weniger stark wahrgenommen. Weiterhin arbeiten die Dolby-Surround-Decoder mit einer verzögerten Wiedergabe (Delay) des rückwärtigen Signals um den Raumeindruck zusätzlich zu verstärken.
Reine Dolby-Surround-System werden heutzutage nicht mehr angeboten.
Mit der zunehmenden Akzeptanz des Dolby-Surround-Sounds kamen 1987 die ersten Dolby-Pro-Logic-Decoder. Diese waren deutlich komplexer, ähnlich den Kino-Dolby-Decodern, aufgebaut und boten zusätzlich zu Dolby-Surround die Möglichkeit den Centerkanal zu decodieren. Der Centerkanal gibt alle Signale wieder, die im linken sowie im rechten Kanal zu gleichen Teilen vorhanden sind ( -> Funktionsweise des Dolby ProLogic Decoders ). Damit wird gerade bei Dialogen die Positionierbarkeit der Sprecher deutlich verbessert.
Dolby-Pro-Logic Decoder konnten mit einigen weiteren Besonderheiten aufwarten. Zu einen bot es die Möglichkeit einer dynamische Lautstärkeanpassung. D.h. wenn ein Kanal lauter ist als die anderen, werden die leiseren Kanäle noch etwas in der Lautstärke abgesenkt, um die Kanaltrennung scheinbar zu verbessern. Diese Pegelanpassung hat jedoch nichts mit dem ursprünglichen Lautstärkeverhältnis zu tun. Sie ist aber auch abschaltbar. Desweiteren bieten die meisten Pro-Logic einige DSP-Effekte wie z.B. "Phantom Center" bei nicht vorhandenem Center-Speaker oder andere synthetische Effekte wie "Concert Hall","Theatre", etc., die jedoch nur indirekt den Raumklang verbessern. Desweiteren lassen sich Lage des Ton (weiter vorne od. hinten) im Raum anpassen oder auch das Delay auf den Surround-Kanal verändern.
Dolby Pro Logic war und ist weltweit sehr erfolgreich, da es sich mit recht wenig Aufwand in bestenhende Stereotechnik integrieren lässt. Allerdings ist durch die analoge Codierung aller vier Kanäle in die zwei Stereospuren der Raumeindruck nicht optimal.
Ganz neue Möglichkeiten bot Ende der 80er Jahre die Digitaltechnik zur Speicherung und Kompression von Bild und Ton Daten. Damit war endgültig Schluss mit der Codierung mehrerer Kanäle in nur zwei analoge Stereospuren. Mit Dolby Digital kam 1992 ein völlig neuer Standard auf den Markt. Dieser bot erstmals 6 völlig von einander unabhängige (diskrete) Tonkanäle: Vorne rechts - Center - Vorne links - Hinten rechts - Hinten links - Bass (LFE). Es wird meist auch Dolby Digital 5.1 genannt, wobei die 5 für die Haupttonkanäle und 1 für den Basskanal steht. Alle Haupttonkanäle bieten den kompletten Frequenzumfang (20Hz - 20kHz), wohin der Basskanal nur zur Wiedergabe tieffrequenter Signale dient (20Hz - 120Hz). Im professionellen Kinobereich heißt das Verfahren Dolby Surround Digital, welches auf eine größere Anzahl von Surround-Lautsprechern zugreift, aber nicht mehr Kanalinformationen bietet.
Oftmals taucht die Bezeichnung AC3 in Verbindung mit Dolby Digital auf. AC3 ist das Verfahren mit dem die Toninformationen komprimiert sind. AC3 arbeitet ähnlich dem Format MP3 mit psychoakustischer Analysen, verlustbehaftet. Hierbei werden üblicherweise Abtastfrequenzen von bis zu 48 kHz und Datenraten von 384kbps verwendet. Die Abtastrate entspricht 20Bit. Ist also deutlich höher als bei der Audio-CD, die nur 16Bit bietet. AC3 nutzt eine psychoakustische Datenreduktion, durch welche solche Frequenzen aus dem Klangbild entfernt werden, die das menschliche Gehör sowieso nicht wahrnehmen könnte, seien es Geräusche, die von anderen, lauteren Geräuschen übertönt werden oder Frequenzen, die außerhalb des menschlichen Wahrnehmungsbereichs liegen. Dolby Digital Decoder bieten weiterhin die Möglichkeit eines "Downsampling" oder "Downmix". D.h. die Möglichkeit jedes analogen Tonsignal von Dolby Pro Logic Ton bis hinunter zu Mono (auch bezeichnet als 1.0) zu erzeugen.
Um den Dynamikbereich des Dolby Digital Signals "einzuschränken" bieten DD Decoder das sogenannte Dynamic Range Control, manchmal auch als "Midnight Mode" bezeichnet. Sinn und Zweck davon ist es extrem laute Signale zu dämpfen und extrem leise anzuheben. Dialoge bleiben von dieser Regelung unbeeinflusst. Der Dynamikbereich wird dabei jedoch nicht eingeschränkt sondern komprimiert.
Seit 1995 wird Dolby Digital auch auf Laserdisc und DVD angeboten. Mittlerweile befindet sich mindestens ein Dolby Digital Soundtrack auf einer DVD. Aufgrund der grossen Popularität der DVD in den letzten Jahren hat sich Dolby Digital zu dem am weitest verbreitesten Digital Tonsystem entwickelt.
Auf Grund der getrennten Kanäle für alle Rauminformationen hat Dolby Digital gegenüber dem analogen Surround einen deutlichen Vorsprung. Es lassen sich wesentlich präzisere Effekte realisieren und ein größerer Frequenzumfang ausschöpfen. Durch den höheren Signalrauschabstand fällt das Grundrauschen bei Zimmerlautstärke auch nicht mehr ins Gewicht.
Der Anbieter Digital Theatre System brachte 1993 mit DTS ein weiteres digitales 5.1 Tonsystem auf den Markt. Dieses arbeitet jedoch mit einem anderen Kompressionsverfahren als Dolby Digital, namens Coherent Acoustics Codec(CAC). CAC arbeitet im Gegensatz zu AC3 mit wesentlich höheren Datenraten, basiert aber auf ähnlichen psychoakustischen Analysen wie AC3. Auf DVD-Video werden so alleine 1509kBps für den DTS-Ton verbraucht. Die Abtastrate liegt bei ebenfalls bei 20Bit und einer Abtastfrequenz von 48kHz. Bei DVD-Audio unterstützt DTS jedoch sogar Raten bis 24Bit und >=96kHz. Der Frequenzbereich der 5 Hauptkanäle beträgt 20Hz bis 20kHz, wobei der Basskanal nur 20Hz - 80Hz bietet.
Während Dolby Digital im DVD-Video Standard intergriert ist und somit auf jeder DVD wenigstens ein Dolby Digital Soundtrack sein muss (NTSC DVD, bei PAL DVD entweder: DD 5.1, PCM oder MPEG), ist DTS nur zusätzlichlich dazu verfügbar. D.h. er ist nicht zwingend erforderlich. Das ist natürlich ein Vorteil für Dolby. DTS sollte von den Eckdaten her ein deutlich besseres Klangerlebnis bieten, was jedoch in der Realität kaum spürbar ist.
In der Kinowelt ist DTS recht erfolgreich da der DTS Ton, im Gegesatz zu Dolby Digital welches optisch direkt auf dem Filmstreifen untergebracht ist, auf CD-Roms geliefert wird. Der Vorteil besteht darin das einfach nur die Ton CD-Rom ausgewechselt werden muss und schon hat man z.B. den Originalton des Film.
Durch die DVD wurden die 5.1-Kanal-Tonformate Dolby Digital und DTS schlagartig zum Standard für hochwertige Heimkinowiedergabe. Dabei geriet ein wenig in Vergessenheit, dass die meisten Filmsoundtracks noch mit Stereoton oder Dolby Surround produziert wurden. Und auch die überwiegende Mehrzahl der Abspielgeräte in den deutschen Haushalten verarbeiten nur diese zweikanaligen Analoginformationen. Um die "alte" Analogtechnik dem neuen "digitalen" Heimkinotrend anzupassen, entschlossen sich die Dolby Laboratories im Jahr 2000 zu einer Überarbeitung des bekannten Dolby Surround Pro Logic-Systems.
Der wesentliche Unterschied: Stereo Surround-Ton. Statt einem Mono Signal aus zwei kleinen Surround-Lautsprechern gibt es nun zwei Rückkänale (rechts und links), die zudem den vollen Frequenzbereich abdecken. Daher macht es die Dolby Pro Logic II-Technik möglich, Dolby Surround-codierte Filme sowie alle Stereoquellen jetzt ebenfalls über 5.1. Kanäle wiederzugeben, wobei sich vor allem die Surroundeffekte spektakulär verbessern.
Dolby Pro Logic II nutzt dabei eine überarbeitete Steuerlogik sowei ein wesentlich verbessertes Matrixcodiersystem, das auf den gleichen Prinzipien beruht wie die ursprüngliche Dolby Pro Logic-Decodierung. Damit erreicht Pro Logic II eine hohe Kanaltrennung, was bei Pro Logic nur durch zusätzliche technische Tricks (dynamische Lautstärkenanpassung) und der damit verlorenen Authentizität des Klangs erreicht wurde. Die hohe Kanaltrennung führt zu einem außergewöhnlich stabilen Klangbild ähnlich dem von Dolby Digital.
Im Gegensatz zu Pro Logic Decodern sind Pro Logic II Decodern wesentlich einfacher aufgebaut. Komplexe Schaltungen in Pro Logic Decodern verursachen meistens unnatürliche Effekte, und außerdem können sie den Klang verschlechtern, weil sie die Tonsignale in zusätzlichen Elektronikstufen bearbeiten. Pro Logic II kommt weit gehend ohne zusätzliche Signalverarbeitung aus. Statt dessen leitet das System die Ausgangssignale mit einfachen, aber hocheffizienten Servoschaltungen aus den Zweikanal-Tonspuren ab. Damit soll ein, dem Zweikanal-Stereo-Ton ebenbürtiges Klangspektrum erzeugt werden, nur eben in vollem Surround.
Synthetische DSP Klangeffekte wie bei Pro Logic, die den Raumklang nur scheinbar verbessern, kommen bei Pro Logic II nicht zum Einsatz. Es fügt keinen Nachhall, keine tonale Färbung und keine durch Signalverzögerung erzeugten Echos hinzu. Statt dessen soll Pro Logic II ein völlig unverfälschtes Klangbild der ursprünglichen Räumlichkeit erzeugen. Um jedoch den Unterschieden zwischen Musik- und Filmaufnahmen gerecht zu werden bietet Pro Logic II spezielle Ton-Modi an:
Manchmal gibt es noch einen zusätzlichen Matrix-Modus, der Surround-Sound aus Mono-Tonquellen erzeugt.
Bei der Musikwiedergabe soll der Ton von allen Lautsprechern gleichzeitig den Hörer erreichen, der Fachausdruck heißt koinzidierende Ankunft. Sollten die Surround- oder der Center-Lautsprecher näher beim Hörer stehen als die Frontlautsprecher links und rechts, so bietet der Decoder zur Kompensation eine Zeitverzögerung an. So kann man vermeiden, dass der Klang verschmiert oder an Präzision verliert.
Sony Dynamic Digital Sound (SDDS) ist ein eigenständiger Standard, der nur in entsprechend ausgerüsteten Kinos verwendet werden kann und nicht für den Heimunterhaltungsmarkt gedacht ist. Ich erwähne diesen nur der Vollständigkeit halber. SDDS setzt auf acht getrennte Kanäle für Toninformationen (Links, Links-Center, Center, Rechts-Center, Rechts, Subwoofer, Surround Links, Surround Rechts). Jeder Kanal bietet einen Frequenzbereich von 20Hz - 20kHz. Die Datenrate liegt bei etwa 1400kbps, ähnlich der von DTS. Als Kompressionsverfahren kommt hier das von der MiniDisc bekannte ATRAC (Audio Transform Acoustic Coding) zum Einsatz.
Dieses System ist weniger verbeitet als Dolby Digital oder DTS. Nur etwa 5000 Kinos weltweit bieten SDDS.
Dolby Digital EX (im Kino heißt das System Dolby Digital Surround EX) ergänzt das 5.1-Kanal-Format um einen separaten Surround-Kanal für die Rückwand (Surround-Center), der zum Beispiel „Überflug"-Effekte, also etwa Flugzeuge, die von vorn nach hinten oder von hinten nach vorn über die Köpfe der Zuschauer hinweg zu fliegen scheinen, noch realistischer wirken lässt. Dazu wurde jedoch kein weiterer Tonkanal benutzt, sondern ähnlich dem Verfahren von Dolby Pro Logic der Surround-Center in den Surround-Links und Surround-Rechts codiert. Damit ist Dolby Digital EX vollkommen kompatibel zu Dolby Digital 5.1. Dieses System wurde von Dolby in Zusammenarbeit mit Lucasfilm THX entwickelt.
Im Mai 1999 wurde Dolby Digital Surround EX erstmals mit der Veröffentlichung von Star Wars: Episode I-The Phantom Menace eingeführt. Im November 2001 begann das Lizenzierungsverfahren für die Konsumelektronik-Industrie. Die Lizenzvereinbarungen entsprechen weitesgehend denen der vorhergegangenen Dolby Tonsysteme, mit der Ausnahme dass diese nun weitere Gerätearten zur Verfügung steht(DVD-Player, Laptops, Desktop-Computer, Personal-Surround-Systeme und Heimkino-Komplettanlagen).
DTS Extented Surround ist eine Weiterentwicklung von DTS. Der Ansatz ist der
Gleiche wie der von Dolby Digital EX. D.h. man verwendet einen zusätzlichen Surround-Center Kanal.
Der DTS ES Standard sieht folgendes vor:
D.h. es gibt zwei mögliche Tonkonfigurationen:
Diese beiden Konfigurationen sind vollständig kompatibel zu einander.
DTS Neo:6 ist eigentlich kein separat erhältliches System sondern ist meist in den neuen DTS ES Prozessoren integriert. Es ist eigentlich mehr als ein weiterer Modus dieses Prozessors zu sehen. Es soll im allgemeinen dem 2 kanaligen Ton egal ob analog oder digital zu Raumklang verhelfen. Es arbeitet ähnlich Dolby Pro Logic II mit Matrixcodierungen. Laut Digital Theatre Systems soll es so möglich sein aus praktisch jedem 2 kanaligen Tonmaterial einen 5.1 bzw 6.1 Klang zu erzeugen.
DTS Neo:6 stellt eigentlich nur eine Gegenreaktion auf Dolby's Pro Logic II dar, kann diesem aber klanglich nicht direkt Paroli bieten.
Digital Theatre Systems sieht DTS 96/24 als den zukünftigen Standard für Audioaufnahmen im 5.1 Format. DTS ist momentan der einzige Anbieter eines 24Bit / 96kHz 5.1 Tonsystems. Audioaufnahmen mit 24Bit und 96kHz bieten im Moment die höchstmögliche Tonqualität, wie sie in Tonstudios üblichen sind. Zum Vergleich bietet die Audio Compact Disc "nur" 16Bit und 44.1kHz.
Mit der DVD-Video ist 24Bit / 96kHz Ton möglich jedoch nur mit 2 Kanälen im unkomprimierten PCM Format und mit enormen Einschränkungen bei der Bildqualität. Deshalb ist diese Tonkonfiguration nicht sehr sinnvoll.
Beim DVD-Audio Standard stehen hingegen 6 Kanäle in der 24Bit / 96kHz Qualiät zur Verfügung. DVD-Audio erfordert allerdings einen neuen Player, da der Ton direkt im Player von Digital in Analog gewandelt wird ( vgl. CD-Player ). DTS 96/24 soll nun 6 Kanal Ton in 24Bit /96kHz Qualität sowohl bei DVD-Audio wie auch DVD-Video bieten ohne jedoch einen neuen Player zu erfordern. Das Signal erreicht hierbei digital einen entsprechen externen Decoder, wie z.B. einen A/V Receiver mit DTS 96/24 Decoder. Dank der Rückwärtskompatibilität lassen sich DTS 96/24 jedoch auch mit herkömmlichen DTS Decodern wiedergeben, dann allerdings nur in maximal 24Bit / 48kHz Auflösung. Pioneer und Denon bieten bereits solche Geräte an.
Der Dolby Pro-Logic Decoder benötigt auf beiden Stereokanälen den exakt selben Pegel um einwandfrei arbeiten zu können. Die Eingangsbalance (1) gleicht etwaige Unterschiede automatisch aus. Der Testsignalgenerator (2) garantiert zusammen mit der Pegelanzeige (3) einen gleichmäßigen Pegel auf allen Lautsprechern.
Wer es bis ins Detail wissen möchte Dolby Surround Mixing Manual