Tonübertragung in Surroundsystemen

Dr.-Ing. Gottlieb Strassacker

Ursprung der Surroundsysteme in Filmtheatern

Um die Tonqualität von Filmen den ab 1920 immer besser werdenden Bildübertragungen anzupassen, begann man in Filmtheatern schon recht früh mit unterschiedlichen Methoden, einen Raumklang zu erzeugen. Der erste erwähnenswerte Versuch einer Mehrkanaltonvorführung gelang 1938 mit dem Disney Film "Fantasia". Die Technik war sehr aufwendig: Parallel zum Film lief ein zweiter Film, der drei optische Tonspuren und eine Kontrollspur enthielt und mit dem optischen Film synchronisiert werden musste. In den 50er Jahren kämpfte das Kino gegen das mehr und mehr aufkommende Fernsehen. Man entwickelte die Breitwand- und Scopeformate. Eines dieser Systeme hieß "Cinerama", wozu drei Bildprojektoren für eine stark gekrümmte Leinwand erforderlich waren. Ein vierter Projektor (engl. "Follower") trug bis zu sieben Tonspuren. Das Verfahren war zu teuer und konnte sich nicht durchsetzen.

Dann gab es eine Schallplatte, die durch den Bildvorführer mit dem Bildträger synchronisiert werden musste. Später übertrug man den Ton über mehrere voneinander getrennte Tonkanäle. In den 70er Jahren verwendete man kurzzeitig "Sensurround" (1974 Film: "Erdbeben" mit Charlton Heston), das zusätzlich zu den gängigen Tonkanälen zwei gewaltige Subwoofer aufwies, die im Bedarfsfall eingeschaltet wurden und ihre Umgebung erschütterten, so dass gelegentlich sogar Putz von der Kinodecke rieselte.

Schon bevor Dolby Stereo (siehe unten) mit dem matriziellen Vierkanalton Standard wurde, gab es auf 70mm-Kinofilmen 6 Magnetspuren als Tonkanäle: Fünf Frontkanäle mit fünf Frontlautsprechern und ein Monosignal für viele im Zuschauerraum außen herum platzierte Surrounboxen. Dieses Verfahren wurde nur in großen Kinos angewandt und unter dem Namen "Todd AO" bekannt. So experimentierte man mit vielen Kanälen; aber aus praktischen Gründen setzte sich bald das Format mit Links (L), Mitte (M) und Rechts (R) und einem Surroundkanal (S) durch. Hinzu kam später der Subwoofer für Frequenzen zwischen 20 und 120 Hz.

Der Amerikaner Ray Dolby entwickelte in den späten 60er Jahren das Verfahren "Dolby A" (Verstärkungsregelung in vier Frequenzbändern, Dynamikerhöhung etwa 10 bis 15 dB). Es war anfänglich für Monoübertragungen auf zwei Magnetspuren auf den Filmrollen gedacht, wobei identische Tonsignale parallel gespeichert wurden, die in ihrem Zusammenwirken das Rauschen wesentlich verringerten. Danach verwendete man parallele Lichttonspuren, zunächst wieder zur Verbesserung der Monowiedergabe älterer Filme, danach auch für Stereoübertragungen. Dank verbesserter Lautsprecher benötigte man etwa ab Ende der 70er Jahre nicht mehr fünf, sondern nur noch drei Ton-Frontkanäle und konnte mit den frei gewordenen Tonspuren ein surroundes Tonsignal erzeugen.

Zur zunächst analogen Stereoübertragung trug der Amerikaner Allen der Dolby Labs wesentlich bei. Er brachte in Anknüpfung an Quadrophonie durch ein Matrixsystem in nur zwei optischen Tonspuren mit Dolby-A Rauschunterdrückung und einer Encoder-(Verschlüssler-)schaltung die vier Eingangskanäle unter. Eine Decoder-(Entschlüssler-)schaltung reproduziert die vier Tonkanäle im Empfänger. Damit war Mitte der 70er Jahre "Dolby Stereo" geboren. Der Encoder verknüpft bei der Filmaufnahme die Kanäle Links, Mitte, Rechts und den Monokanal Surround (L,M,R,S) so miteinander, dass die zwei Tonspuren zu deren Aufzeichnung ausreichen, wobei diese Tonspuren sogar mit ein- oder zweikanaligen Tonwiedergaben kompatibel sind. Der Decoder holt aus den zwei Tonspuren durch mathematische Verknüpfungen (Matrix) im Kino wieder die vier Tonkanäle heraus. Aber Dolby Stereo läuft auch in Mono- oder in Stereobetrieb. Ein Nachteil dieses analogen Matrixverfahrens ist das sogenannte Übersprechen. D.h. jeder Kanal kann Signale auf den Nachbarkanal übertragen. Daher ist die mögliche Kanaltrennung bei Dolby Stereo nur 3 dB (= 1:0,707). Damit der Ton in den Surroundlautsprechern richtig wahrgenommen wird, verzögert der Decoder die Surroundsignale im Kino etwas, jedoch weniger als dem reflektierten Hall entspräche. Übrigens, das "Stereo" im Kino bedeutet anders als Stereo daheim Ausnutzung unserer rundum Hörfähigkeit. Dolby Stereo wird auch heute noch eingesetzt.

Die Encoderwirkung bei Dolby Stereo

Damit die vier Tonlanäle L, M, R und S bei der Aufnahme auch in zwei optische 35mm-Filmspuren passen, verwendete man einen sogenannten Dolby-MP-Matrix-Encoder. Dabei bedeutet MP "Motion Picture" (=Film) und Matrix-Encoder bezieht sich auf die Technik, die Summensignale herzustellen: Der Mittenkanal wird dem rechten und dem linken Frontkanal gleichphasig aber um 3 dB verringert zugesetzt. Auch der Surroundkanal wird zunächst bei der Aufnahme um drei dB abgesenkt. Dann werden durch einen Bandpass hohe Töne über 7 kHz und tiefe Töne unter 100 Hz ausgefiltert; die Höhen, damit keine Zischlaute entstehen, die Tiefen, da sie keine Richtwirkung haben. Schließlich wird das verbleibende Surroundsignal zum linken bzw. zum rechten Frontkanal mit +90 Grad bzw. -90 Grad Phasendrehung addiert. Somit ist die Phasendifferenz des Surroundsignals zwischen linkem und rechtem Frontkanal 180 Grad. Entsprechende Maßnahmen des Decoders beim Empfänger erreichen wieder die erwünschte Kanaltrennung.

Digitalsysteme in Filmtheatern
Dolby Digital

Die früher verwendete Analogtechnik wurde 1991 von Kodak durch CDS (Cinema Digital Sound) das sich aber nicht durchsetzen konnte, u.a. da die Digitaltondaten den Platz des Analogtons einnahmen, zum ersten Mal verdrängt. Im Gegenzug entwickelte Dolby das digitale Tonsystem "SR.D" (Spectral Recording und Digital). Es beließ die analoge Tonspur auf den Filmen dort, wo sie war und platzierte die digitale Spur zwischen die Transportlöcher des Films. Somit waren sowohl der "SR"-Lichtton für einfach ausgestattete Kinos, als auch der "D"-Digitalton für komfortable Kinos auf dem Filmstreifen. Die Bezeichnung "SR.D" wurde bald durch "DSD" (Dolby Stereo Digital) ersetzt. Später verzichtete man beim Digitalsystem auf das Wort "Stereo" und begnügte sich mit "Dolby Digital" mit den Kanälen Links, Mitte, Rechts, Subwoofer und stereophonem Surround. Bewegungen über die Leinwand hinweg, z.B. von Flugzeugen, werden meist durch die Kanäle L,M,R Umgebungsgeräusche durch S und Bewegungen über die Köpfe hinweg durch Front- und die Surroundkanäle in geeigneter Verteilung der Geräusche dargestellt. Den ersten Film mit Dolby Digital gab es 1992 mit "Batman Returns".

Die digitale Information von Dolby Digital wird in den kleinen Quadraten von 2,5 mm Kantenlänge zwischen den Perforierungen des Films gespeichert. Darin können aus Platzmangel nicht beliebig viele Daten untergebracht werden. Daher war eine Datenreduktion von etwa 10:1 des ursprünglichen Umfangs notwendig. Die Bezeichnung dafür war AC-3. Um diese Reduktion zu ermöglichen wird jeder Tonkanal zunächst spektral in sein Amplitudenspektrum zerlegt und Toninformationen unterhalb der Hörschwelle, die sowieso von lauteren Tönen übertönt würden, werden unter psychoakustischen Aspekten herausgesiebt. Damit sind die fünf separaten Tonkanäle sowie ein Tieftoneffekt-Kanal (LFE = Low Frequency Effect) zwischen den Perforierungen mit Frequenzen von 20 bis 20000 Hz datenreduziert speicherbar, sowohl auf 35 als auch auf 70mm Filmen. Die Tonkanäle haben 18 bit Worte, was einer Dynamik von 262 144 oder 108 dB entspricht, während CDs mit nur 16 bit Worten eine maximale Dynamik von 96 bit erreichen. (Aber die Bitrate von einer Laserdisc oder einer DVD ist mit 384 kbit/s höher als im Kino mit 320 kbit/s). Da diese Datenmenge sehr komprimiert ist, muss ein Rechner im Decoder aufwendige Rechenleistung erbringen, z.B. Zeitverzögerungen, Beeinflussung der Dynamik u.a.m. Solche Rechner nennt man digitale Signalprozessoren (DSPs) mit einem sehr leistungsfähigen integrierten DSP-Chip, der sechs Digital-Analog-Umsetzer (D/As) einspeist. Ihr Ausgang führt schließlich zu den Leistungs-Endverstärkern.

Das Abspielen der Kinofilme bei Dolby Digital erfordert im Filmprojektor für die digitalen Tondaten einen zusätzlichen Tonkopf, der zum Decoder führt, wo der Bitstrom wieder in die 6 Einzelkanäle zerlegt wird.

Weitere digitale Surroundverfahren in Kinos

Ein sehr aufwendiges sechskanaliges Verfahren war 1993 DTS-6, einer Abkürzung für "Digital Theater Systems Inc". (Steven Spielberg war stiller Teilhaber bei DTS.) Die Speicherung des Digitalcodes erfolgte hier auf einer getrennten CD-ROM, die mittels eines auf dem Film befindlichen Zeitcodes synchronisiert wird. Dieses Verfahren war für die meisten Kinos zu teuer. Daraus wurde die abgemagerte und auf geringe Kosten optimierte Version DTS erstellt. Ihr Siegeszug begann mit dem Spielberg-Film "Jurassic Park", so wie der Siegeszug von Dolby Stereo mit dem Film "Star Wars" begann. DTS hat nur zwei matrizielle Tonspuren, die aber durch einen Kinoprozessor in die 4 Kanäle Links, Mitte, Rechts und Surround zerlegt werden, jedoch mit den Nachteilen der Matrixtechnik (Siehe Abschnitt "Surroundverfahren bei Heimgeräten"). Dagegen bot DTS-6 die volle fünfkanalige Lösung an. Der sechste Tonkanal "Subwoofer" ist in den beiden Surroundkanälen mit enthalten und wird daraus zurück gewonnen.

Die Datenreduktion (Verfahren: apt-X100) bei DTS ist mit 4:1 wesentlich geringer als bei Dolby Digital mit 10:1, so dass die Wiedergabe näher am Original ist. Der Filmstreifen reicht als Ton-Datenträger nicht aus, man benötigt zwei zusätzliche CD-ROM Laufwerke auf einem 386er PC, synchronisiert durch einen Strichcode.

Eine Achtkanallösung hat Sony unter der Bezeichnung SDDS (Abkürzung für Sony Dinamic Digital Sound) auf den Markt gebracht. Dabei gibt es neben den üblichen Frontkanälen L, M und R auch halblinks und halbrechts. Die Surround-Informationen verteilen sich auf zwei Stereokanäle. Für Tieftöne gibt es einen vollwertigen eigenen diskreten Subwooferkanal ohne irgendwelche Beschränkungen. Da nur wenige große Kinos die aufwendige Installation haben, können die acht Kanäle auch auf sechs oder vier Kanäle heruntergerechnet werden. Dagegen wird die Achtkanallösung in jenen großen Häusern verwendet, wo man bisher schon für aufwendige 70mm-Technik ausgerüstet war (München, Berlin, u.a.) Ähnlich Dolby Stereo werden die acht Kanäle von SDDS erst nach Datenreduktion auf dem Filmstreifen gespeichert. Dazu werden der linke und der rechte Rand des Filmstreifens außerhalb der Perforation verwendet. Somit hat SDDS mehr Platz für die Tonkanäle und kommt daher mit der geringeren Datenreduktion von 5:1 aus gegenüber Dolby Digital mit 10:1. Zusätzlich bleiben wie bei den anderen Digitalverfahren die beiden Analogtonspuren erhalten. So kann bei Ausfall der Digitaltechnik analog weitergespielt werden.

Es ist laut /1/ noch nicht sicher, welches der drei Systeme DTS, Dolby Digital oder SDDS sich weltweit als Sieger durchsetzen wird. Mit jedem der drei Systeme seien einige tausend Kinos ausgestattet.

Nun zur THX-Technik (THX von: Tomlinson Holman's eXperiments) ab 1982 im Kino. Ziel von George Lucas von Lucasfilm war nicht, die vorhandenen Mehrkanalübertragungen (Dolby Stereo, Dolby Digital, DTS oder SDDS) zu verbessern, sondern den Ton so wiederzugeben, wie der Regisseur ihn bei der Aufnahme hörte. George Lucas legte den Erlös des Films "Krieg der Sterne" in einem Zentrum für Filmnachbearbeitung an. Sein Chef-Tonmixer Tomlinson Holman baute das erste mit THX ausgestattete Tonfilm-Studio in San Rafael. Hornlautsprecher wurden durch Konuslautsprecher in Bassreflexgehäusen ersetzt. Neu entwickelte Hörner erzeugten die höheren Töne, da sie mit wenig Energie große Lautstärken erzielen. Holman-Hörner erfreuen durch konstante Schallabstrahlung, unabhängig von der Frequenz, so dass viel Direktschall die Zuschauer erreicht. Denn eine Mischung aus Direktschall und reflektiertem Schall schafft eine schlechte Akustik. Die Frequenzweichen zwischen Tieftönern und Hörnern liegt bei 500 Hz, was nur mit aktiven Weichen und getrennten Verstärkern gute Ergebnisse ermöglichte. Damit war Tomlinson Holman's Crossover (Frequenzweiche) geboren. Um im Kino eine realistische Atmosphäre zu erzeugen, sollen die Surroundboxen einen diffusen, indirekten Schall erzeugen, der nicht zu orten ist. Denn im Kino sitzen die Zuschauer nicht nur im Stereo-Dreieck in der Mitte, sondern füllen den ganzen Saal. Mehrere Surrounboxen sind daher gleichmäßig an den Seiten und an der Rückwand des Saales verteilt. Das THX Zertifikat wird von Lucasfilm nur bei hinreichend guter Akustik der gegen Reflexionen vielseitig gedämpften Kinosäle an diese vergeben.

Surroundverfahren bei Heimgeräten
Dolby Surround

Vor etlichen Jahren wurde die komfortablere Version „Dolby Surround Pro Logic“, die heute gelegentlich auch als „Pro Logic I“ bezeichnet wird, eingeführt. Sie arbeitet mit dem besseren aktiven Matrix-Decoder. Er holt aus den zwei immer noch stereophonen Tonspuren L und R sowohl den Mitten- als auch den Surroundkanal heraus. Man gewinnt eine Vierkanallösung, wobei die Mitte als Bindeglied zum Bild bei Heimkino hauptsächlich für Dialoge verwendet wird. Wer auf den Mittenkanal verzichtet, hat dennoch den richtigen Höreindruck, sofern er in gleicher Entfernung von L und R sitzt. Soll ein Signal nur aus der Mitte kommen, so gibt der Decoder das gleiche Signal mit 180 Grad Phasendrehung nach links und nach rechts, wodurch die in L und R einerseits und in der Mitte andererseits gleichen Töne nahezu ausgelöscht werden. Dolby Surround Pro Logic gibt es seit 1987. Aber die Bandbreite der beiden Surround Kanäle ist auf 7 kHz beschränkt. Heute verwendet man Pro Logic I nur noch selten.

Dolby Surround Pro Logic II

Dies ist die Version von Dolby für Matrix-Surround-codierte und ebenso für herkömmliche Stereo Programme. Die Bandbreite der Surroundkanäle ist hierbei nicht mehr beschränkt, so dass der volle Klangumfang wiedergeben werden kann. Dadurch soll eine klarere und weniger mittenbetonte Wiedergabe durch die Surroundkanäle auch mit der Möglichkeit der Stereowiedergabe erreicht werden. Jeder PRO LOGIC II Decoder enthält einen Tongenerator für Testzwecke. Mit ihm kann man die Wirksamkeit der Kanaltrennung durch Umschalten mit der Fernbedienung prüfen. Die nicht angesteuerten Kanäle sollen jeweils vergleichsweise recht leise oder unhörbar sein. Mit diesem Testrauschen und einem eventuell vorhandenen Lautstärke- (Schallpegel-)messer kann man die Kanäle rechts und links auf nahezu exakt gleiche Lautstärke einpegeln. Der ProLogic Decoder als Heimversion stimmt mit seiner Kinoversion überein, hat aber noch immer keine discrete Kanalübertragung wie z.B. Dolby Digital 5.1. Diese Pro-Logic II -Technik ist sowohl für Hörer von Stereomusik, als auch für die einfache Version des Heimkinos immer dann zu empfehlen, wenn eben keine diskrete Dolby Digital 5.1 oder DTS Tonquelle zur Verfügung steht. Der Pro Logic II Decoder wird in den Heimanlagen meist in den zwei Einstellmöglichkeiten „Music“ und „Movie“ angeboten.

Im Music-Modus lässt sich das Verhältnis der Lautstärke von vorderen und Surround Lautsprechern innerhalb gewisser Grenzen fast stufenlos variieren. Ebenso lässt sich das Lautstärkeverhältnis zwischen den beiden Frontkanälen und dem Centerkanal verändern, so dass dieser im Bedarfsfall, bei klassischer Musik gelegentlich auch still gestellt werden kann.

Im Movie-Modus soll die Wiedergabe ähnlich der Wiedergabe in Kinos in einem größeren Hörbereich möglichst gleich gut klingen, das heißt dass die Surround Lautsprecher ein eher diffuses, also ungerichtetes Abstrahlverhalten für ein weiträumiges Klangfeld aufweisen sollen. Daher werden die ihnen zugeführten Signale durch den Decoder entsprechend präpariert. (Im Kino wird dies durch Aufstellung zahlreicher Surround Lautsprecher erreicht.)

Man verwechsle nicht Pro Logic II mit der in vielen neueren Receivern möglichen Einstellung DSP, die durch Addition von Halleffekten einen bestimmten Klang erreichen wollen. Pro Logic II dagegen versucht, aus den nur zweikanaligen Stereo Tonquellen möglichst viel herauszuholen, um an Dolby Digital 5.1 möglichst nahe zu kommen. Der Pro Logic II Decoder ist daher mit seiner wirklich brauchbaren und weitgehend präzisen Klangwiedergabe in nahezu allen gängigen AV-Receivern vorhanden.

Dolby Surround Pro Logic IIx

Eine Weiterentwicklung von Pro Logic II ist Dolby Surround Pro Logic IIx die auf Dolby Digital und Dolby Digital EX aufbaut. Für diese digitalen Formate generiert Dolby ProLogic 2x aus den vorhandenen rechten und linken Surround-Kanälen zwei zusätzliche Back-Surroundkanäle, womit eine 7.1-Kanal-Reproduktion entsteht.

Logic 7

Eine von Harman Kardon erfundene und in ihren AV Receivern u.a. vorhandene Version ist Logic 7 mit hervorragenden Lexicon-Decodern ist der Konkurrent zu Pro Logic II. Dabei wird maximale Kanaltrennung versucht. Diese Tonaufbereitung will aus zweikanaligen stereo- und surroundcodierten Datenträgern das Optimum für guten Raumklang herausholen. Dazu sollen Klangbühne und Räumlichkeit verbessert werden. Besonders bei surroundcodierten Quellen ist die räumliche Auflösung und die Ortung einzelner Tonkanäle präziser, ebenso der Übergang zwischen einzelnen Tonquellen. Geboten werden zusätzlich zu den Frontkanälen zwei voneinander unabhängige Surround-Kanäle. Tonquellen, die bei der Aufnahme rechts bzw. links waren, werden auch bei Logic 7 rechts bzw. links geortet. Zu unterscheiden sind Logic 7C (Cinema) und Logic 7M (Music), je nachdem welche Quelle man hören will. Harmann Kardon Receiver haben bei Logic 7 ebenso wie bei den anderen vorhandenen Surround-Modi die Möglichkeit, die Bandbreite der Wiedergabe den Lautsprechergruppen mittels der Einstellungen „Small“ oder „Large“ und durch Einstellung der Übergangsfrequenzen auf 40, 60 oder 80 Hz anzupassen. Damit können verschiedene Lautsprechergrößen bzw. Empfindlichkeiten berücksichtigt werden, was ähnlich auch bei anderen Gerätetypen möglich ist.

Circle Surround II

Die neueren Receiver von Kenwood mit dem Verfahren Circle Surround II arbeiten mit vielen ineinander eingreifenden Einstellungsmöglichkeiten zur Aufbereitung von Stereo- oder surroundcodierten Tonträgern für Subwoofer und Satelliten. Dabei erfolgt eine spezielle Bass Aufbereitung „TruBass“ zur besonderen Anpassung an verschiedene Satelliten-/Subwoofersysteme. TrueBass kann entweder nur dem Subwoofer oder zusätzlich den beiden Frontlautsprechern oder nur den Frontlautsprechern zugewiesen oder auch abgeschaltet werden. Dabei sind TrueBass Einstellungen zwischen 0 (off) und 10 (voll) möglich. Die Wirkung von TrueBass beruht auf der Ausnutzung von Summen- und Differenztönen wie sie an nichtlinearen Kennlinien und im Ohr entstehen, im Sinne einer harmonischen Analyse. Weitere Ergebnisse dieses Verfahrens sind laut Kenwood, geringere Anforderungen an die Verstärkerleistung und damit kleinere Geräteabmessungen. Durch die mittels TrueBass erzeugten Bassaufteilungen ginge von den Tiefbassboxen kein Körperschall aus, wodurch die Bassübertragung in Nebenräume reduziert wird. Mit „Speaker EQ“ und den Einstellungen Small/Middle/Large ist auch hier eine Anpassung der Frequenz-Bandbreite an die Größe der Satellitenlautsprecher möglich. Zusätzlich gibt es noch „Active EQ Cinema“ und „Active EQ TV“ zur weiteren Verbesserung des Wiedergabe-Frequenzganges.

Dolby Digital

Die Heimversion von Dolby Digital unterscheidet sich kaum von der Kinoversion. Dolby Digital 5.1 ist ein echtes digitales, fast schon klassisches Fünfkanalsystem mit drei vollwertigen Frontkanälen und zwei vollwertigen Surroundkanälen mit optimaler Kanaltrennung durch diskrete Speicherung der Einzelkanäle, so dass auch schräg über den Raum hinweglaufende Geräusche (z.B. Flugzeuge) deutlich geortet werden können. Dolby Digital ist und war besonders in der Anfangszeit auch bezüglich seiner Datenreduktion unter dem  Namen AC-3 (Audio-Codec Nr. 3) bekannt. Mit einer DVD (Digital Versatile Disk) steht ein geeigneter Tonträger zur Verfügung. Der zusätzliche Subwooferkanal bei Dolby Digital wird mit den tiefen, ungerichteten Tönen aus den anderen Kanälen ausgefiltert. Man spricht daher auch von einem 5.1-System. Die 1 steht für den ausgefilterten Subwoofer. Die fünf Kanäle werden bei der Aufnahme durch den Encoder in der Datenreduktion 10:1 gespeichert. Der Vorteil dieser Technik ist wieder die Kompatibilität mit Mono und Stereo bis zur vollen Ausnutzung aller 5 bzw. 6 Kanäle. Aber eine AV-Receiver Einstellung in Dolby Digital 5.1 lässt sich sinnvoll nur dann nutzen, wenn auch der Tonträger in Dolby Digital 5.1 codiert ist. Manche DVDs enthalten auch heute noch nur zwei Soundspuren, die daher Dolby Surround entsprechen. Ferner gibt es, wenn auch selten, in Dolby Digital codierte DVDs, die jedoch nur 2.0 oder 2.0 plus Surroundkanal oder 4.0 codiert sind. Dagegen wünscht man doch echten Raumklang bei vorhandener Lautsprecherausstattung und bei Codierung 5.1 oder gar

Dolby Digital Surround EX mit einem dritten Surroundkanal als hinteren Center-Lautsprecher, um echten Raumklang ohne Tonlücke im hinteren Mittelbereich zu empfinden. Dies ist besonders wichtig bei Filmen mit z.B. Fliegern, die über einem hinwegfliegen. Man achte also beim Kauf einer DVD auf die entsprechende Codierung! Sie ist auf der DVD-Packung oder dem DVD-Booklet zu finden.

Virtuelles Dolby-Surround, eine kostengünstige Notlösung

Obwohl manche Menschen gerne Surroundklang hätten, sind sie nicht bereit, 5 oder 6 Lautsprecherboxen in ihrem Wohnzimmer aufzustellen. Dem wurde die Technik zeitweise mit nur zwei Stereoboxen mehr oder weniger folgendermaßen gerecht: In etlichen größeren Fernsehgeräten bereitet ein Dolby ProLogic Decoder den Ton nach den Regeln der Dolby Surround Wiedergabe auf. Er verwendet den Stereoton eines Fernsehsenders oder eines Videobandes, verarbeitet diesen und gibt an seinem Ausgang überraschenderweise Signale nicht nur für den linken und rechten Stereokanal, sondern auch für den Centerkanal und den Surroundkanal ab. Diese werden dann nach einem besonderen Verfahren für die Wiedergabe durch nur zwei Stereoboxen elektronisch präpariert: Die Schaltung dazu senkt die Information des Centerkanals um 3 dB ab und verteilt sie additiv auf die beiden Stereokanäle. Der Surroundton durchläuft zunächst einen komplizierten Signalprozessor und wird danach ebenfalls den beiden Stereokanälen beigefügt. So erhält der Stereoton Raumklang. Laut Literaturangabe /1/ beruht die gesamte Technik "auf wissenschaftlichen Erkenntnissen der Psychoakustik, das menschliche Gehör zu überlisten. Obwohl der gesamte Schall nur aus zwei Lautsprecher(boxen) von vorn kommt, habe der Zuhörer dennoch das Gefühl, mitten in einem raumfüllenden Klanggeschehen zu sitzen." Dabei ist  aber ein gewisser Vorbehalt angebracht! Denn das räumliche Hören, also der optimale Sitzplatz in den Wohnzimmern ist örtlich sehr eingeschränkt und muss durch Probieren herausgefunden werden. Einige solcher Systeme in Fernsehern haben die Prüfung der Dolby Laboratorien bestanden und dürfen Dolby Logos tragen. Für Analogtechnik: Virtual Dolby Surround, für Digitaltechnik z.B. auf der Basis von AC-3 das Logo: Virtual Dolby Digital.

Die THX Heimversion

Ein echter THX Controller besteht aus einem PROLOGIC Decoder, mindestens einem Subwoofer hinter einer Subwooferweiche, einem Re-Equalizer, einem Timbre-Matching, der Dekorrelationsschaltung und den zugehörigen Boxen. Die Subwooferweiche siebt aus den Frontkanälen L, M und R die Töne unter 80 Hz heraus, während der Subwooferkanal die Töne über 80 Hz bedämpft. Wegen des getrennten Subwoofers können die Frontboxen kleiner sein als ohne diesen. Der Subwoofer soll einen möglichst unverzerrten Schalldruck von etwa 105 db ermöglichen. Dafür sind oft zwei Subwoofer erforderlich, die im vorderen Raumbereich aufzustellen sind. THX ist kein anderer Standard als etwa Dolby Digital oder DTS, sondern beruht auf einem dieser Standards und ist Ausdruck eines bestimmten Qualitätsmerkmals der Wiedergabe durch entsprechende Verstärker und Lautsprecher, die dem Hörer den Eindruck der Töne zum Zeitpunkt der Tonaufnahme möglichst originalgetreu vermitteln sollen.

Für ein gutes Klangbild sollen die Lautsprecherboxen, ausgenommen der Subwoofer, gleichartige Eigenschaften haben, was nicht völlig zu realisieren ist; denn die Surroundboxen sollen im Gegensatz zu den Frontboxen keinen direkten, sondern diffusen Schall, z.B. aus nach vorn und an die Wand strahlenden Dipolboxen, abgeben. Der Re-Equalizer sorgt für Anhebung des ab 2 kHz mit 3 dB/Oktave abfallenden Frequenzganges, so dass Töne nicht schon bei 8 kHz, sondern erst bei 16 kHz nicht mehr zu hören sind. Da sich ein Geräusch, wie Holman feststellte, in der Klangfarbe verändert, wenn von Front- auf Surroundlautsprecher umgeblendet wird, und da hohe Töne daheim zu aufdringlich wirken können, führt man den Surroundkanal aufwendig über einen zweiten Equalizer, der die Klangfarbe der Surroundboxen an diejenge der Frontboxen anpasst. Für THX rechnet Lucasfilm mit einer Zimmergröße von etwa 100 Kubikmeter. Diese Heimversion von THX ist demnach vorwiegend für Liebhaber des Heimkinos bestimmt. Insgesamt gibt es die Versionen THX neuerdings als THX Ultra bezeichnet, THX Select eine vereinfachte, preiswertere Form von THX, Home THX und schließlich THX Surround EX, basierend auf Dolby Digital Surround EX.

DTS

DTS ist ein digitaler Audio-Kompressions-Algorhythmus dessen Vorzug u.a. in seiner Flexibilität und in der geringen Datenreduktion von nur 3:1 liegt. Mit DTS können bis zu acht verschiedene Audiokanäle bearbeitet werden; sechs im Falle von DTS 5.1 oder sieben im Falle von DTS ES 6.1. Diskrete Sampling Raten bis zu 192 kHz sind möglich. DTS kann mit Bitraten bis 4096 kBit/s umgehen, Dolby Digital nur bis 640 kBit/s. DTS hat gegenüber Dolby Digital noch den Vorzug, dass eine DTS-Tonspur ohne weiteres zusätzlich auf einer herkömmlichen CD untergebracht werden kann.

Schon 1995, also vor offizieller Einführung der DVDs, waren Prototypen der ersten DTS-Decoder fertig. Markteinführung für DTS (Digital Theatre Surround) war 1999. Im Jahr 2000 kamen die ersten Geräte mit dem Format DTS 6.1 Discrete auf den Markt. Die Toninformationen bei DTS für die sechs Kanäle sind mit 3:1 weniger datenreduziert als bei Dolby Digital mit 10:1, so dass der Ton laut Hersteller etwas differenzierter und dynamischer wiedergegeben werden sollte. DTS ist flexibler als Dolby Digital und es sei eine fast perfekte Rekonstruktion des Eingangssignals möglich. Voraussetzung ist natürlich, man hat eine in DTS 6.1 Discrete codierte DVD und den dazu richtigen Decoder. Der Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz ist gleich dem von Dolby Digital. Man unterscheidet:

DTS ES 6.1 Matrix (DTS Extended Surround). Es handelt sich um sechs discret codierte Kanäle plus Subwooferkanal, zusätzlich aber um einen matrixcodierten hinteren Centerkanal, dessen Signal in den beiden Surroundsignalen SR und SL enthalten ist.

DTS ES 6.1 Discrete mit diskreter Datenübertragung in drei Vollbereichskanälen vorn, wie auch bei DTS ES, aber drei weiteren Vollbereichskanälen im hinteren Bereich: Surroundkanäle und hinterer Centerkanal, sowie einem weiteren Subwooferkanal. Falls ein Decoder den hinteren Centerkanal nicht decodierenn kann, ist dessen Information noch matrixdecodierbar aus den beiden Surroundkanälen entnehmbar.

DTS 96/24 ein außergewöhnlicher Standard für höchste Klangansprüche, zunehmend für Musik- und Konzert-DVDs. Eine hohe Qualität mit einer 24 Bit Dynamik bei 96 kHz Abtastfrequenz auf der Basis der 5.1-Technologie. Die dadurch große Datenmenge erfordert entsprechend viel Speicherplatz.

DTS-NEO:6 ist eine weitere Variante von DTS ES. Vorgegebene Stereo-Matrixaufnahmen wie DTS 4.1 oder 5.0 und 5.1 können mit diesem System zu 6.1 oder 5.1 durch Matrix-Decodierung aufbereitet und abgespielt werden.

Die wichtigsten neueren Medien für Musik und Heimkino im Überblick

Der Leser der nachfolgenden Liste möge beachten, dass sich die genannten Jahreszahlen auf Heimanlagen beziehen, während die entsprechenden Kinohäuser meist schon vorher mit der einen oder anderen Decodierung ausgestattet waren.

Zunächst die wichtigen Audio-Trägermedien

Die CD (Compact Disc) arbeitet mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz bei 16 Bit Auflösung. Die beste Qualität ist Stereo- (Zweikanal-)Technik mit PCM (Puls-Code-Modulation). Fünfkanaltechnik ist nicht möglich.

Die SACDs (Super-Audio-Compact-Disc) hat dagegen eine Abtastfrequenz von 2822,2 kHz bei einer Quantisierung oder Auflösung und Speicherung von je +/- 1 Bit. Bei jeder Abtastung wird festgestellt, ob das Signal ansteigt oder abfällt, entsprechend wird mit nur +1 Bit oder -1 Bit gespeichert, daher braucht man die hohe Abtastfrequenz. Man spricht dabei von einem Einbit-Wandler. So erfolgt die Codierung und Decodierung ohne Umweg über PCM auf einfachste Weise. Dabei handelt es sich um eine hoch verdichtende Speicherung von bis zu 4,7 GB. Die Laufzeit einer SACD lässt sich auf das Sechsfache einer CD erhöhen. Die theoretische Grenzfrequenz der Übertragung steigt damit auf 100 kHz bei 120 dB Signal-Rauschabstand. Dadurch sind voneinander getrennte Fünf- oder Sechsspurcodierungen möglich. DVD-Player, die in der Lage sind, die SACD abzuspielen, geben die getrennten Kanäle decodiert an den AV-Receiver. Die SACD ist heute, im Jahr 2005, die gegenüber der DVD-Audio häufiger verwendete Musikcodierung. Sie hat auch den Vorteil, mit der CD kompatibel zu sein. Das heißt, ein SACD-Player kann auch Stereo-CDs ohne Datenverlust abspielen. Ein gewöhnlicher Stereo-Player aber kann die Stereokanäle der SACD abspielen, wenn eine Hybrid Super Audio CD vorliegt. Sie kombiniert die hoch verdichtende SACD-Schicht mit einer CD-Ebene.

Die DVD-Audio arbeitet maximal mit 96 kHz Abtastfrequenz bei Fünfkanaltechnik und mit 192 kHz Abtastfrequenz bei zweikanaliger Stereotechnik sowie einer Auflösung von maximal 24 Bit. (Achtung: Nur die höherwertigen DVD-Player und AV-Receiver sind in der Lage, 192 kHz Samplingfrequenz zu meistern!) Die DVD-Audio hat die sechsfache Laufzeit einer CD und kann daher ebenfalls diskrete Sechskanal-Aufnahmen aufnehmen. Es gibt aber auch siebenkanalige Aufnahmen, z.B.mit Dolby Digital Surround EX, DTS ES und DTS ES discrete. Sie arbeitet allerdings mit dem zusätzlichen Schritt der PCM bei Codierung und Decodierung oder mit der Komprimierung MPEG-2 was von manchen Leuten gegenüber der einfachen Codierung von SACD als Nachteil angesehen wird. Im Vergleich zur SACD hat die DVD-Audio das Rennen so gut wie verloren.

Die DVD-Video trägt natürlich auch Text und/oder Musik, ist also auch zu erwähnen. Sie arbeitet mit 48 oder 96 kHz Abtastfrequenz bei 16, 20 oder 24 Bit Auflösung. Ihre beste Zweikanal-Wiedergabe ist demnach 96 kHz Abtastfrequenz mit 24 Bit Auflösung für die einzelne Abtastung. DVDs mit Filmen älterer Art können normalen Mono- oder Stereoton enthalten. Das gilt auch für Filme mit der Aufschrift „Dolby Digital“, wenn diese vor 1990 produziert wurden. Die Krönung der DVD besteht auch nicht in einer AC3-Codierung von nur einer oder zwei Spuren einer DVD, sondern im fünfkanaligen discreten Tonformat z.B. von Dolby Digital 5.1 oder DTS. (Der sechste Kanal: Subwoofer ist in die anderen Kanäle eingemischt.) Dolby Digital 5.1 ist inzwischen Marktführer mit einigen tausend DVDs.

Chronologisch die wichtigsten Versionen der Codierung und Decodierung für Heimanlagen

1987 Einführung der ersten analogen Dolby Surround Prologic-Decodierung.

1990 Anfang der 90er Jahren begann die CD sich als Massenspeicher durchzusetzen.

1994 wird THX 4 eingeführt.

1995 waren die ersten DVD-Laserdiscs mit Digital 5.1 auf dem Markt. Und man einigte sich auf den neuen gemeinsamen Standard der DVD (Digital-Versatile-Disc). THX 5.1, auch eine Qualitätsnorm, kommt auf den Markt.

1997 gab es die ersten DVD-Videos mit digitalem Surroundton. Auch

1998 gab es die ersten DTS-DVDs. Aber die Abspielgeräte der ersten Generation konnten den mehrkanaligen Ton nicht voll ausnutzen. Heute erfüllen auch billigere Geräte diesen Standard.

1999 THX lockert seinen hohen Standardanspruch und bringt THX-Select auf den Markt. Das ursprüngliche THX mit den hohen Anforderungen heißt jetzt: THX-Ultra. Ebenfalls

1999 entstand in Zusammenarbeit von Dolby mit THX Dolby Digital Surround EX. Gleichzeitig gibt es von DTS die Version DTS-ES 6.1 Matrix.

2000 konnte Dolby Pro Logic II erworben werden mit neuen Maßstäben in der Matrix-Surrounddecodierung; auch

2000 vertreibt DTS 5.1-kanalige Musik-CDs, besonders in den USA, ein neuer Standard neben Dolby Digital.

2000 wurde auch DTS-ES Discrete 6.1 auf den Markt geworfen. Damit erhält man 6 Hauptkanäle mit völliger Kanaltrennung, vollem Frequenzspektrum von 20 Hz bis 20 kHz und einen Tiefton-Effektkanal.

2001 gibt es DVD-Spielfilme fürs Heimkino überwiegend auch 2005 noch mit Dolby Digital, aber auch mit DTS.

2004/2005 wird an einer Steigerung der DVD-Kapazität von 4,7 auf 20 GB mittels des des Blue-ray-Lasers gearbeitet.
 
Tabellarische Übersicht über die wichtigsten Heim-Decoder für Musik und Heimkino
 

   Decodierungsart

        Kanäle

 Bevorzugte Verwendung

Stereo

2.0 = R, L kein Raumklang

Stereomusik aus zwei Kanälen

Dolby Surround 
mit passivem Decoder

2.1 = L, R daraus nur monophones Surroundsignal

Einfache Heimversion von Dolby für Zweikanal Stereo u. Dolby Surround

Dolby Surround
PRO LOGIC II
mit aktivem Decoder

2.2 = L, R und daraus M und stereophones Surroundsignal

Verbesserte Ausgabe von Dolby für
Surround-Sound und Stereo-Tonträger

LOGIC 7
von Harman Kardon

2.2 = L, R und daraus verbesserter Raumklang

Für stereophone oder surroundcodierte Tonträger

CIRCLE II von Kenwood

2.3 = L, R und daraus SL, SR und Subwoofersignal

Für stereophone oder surroundcodierte Tonträger

DOLBY DIGITAL  5.1
mit AC-3 Datenreduktion 10:1

5.1 = L, M, R, SL, SR daraus das Subwoofersignal

Fürs Heimkino, diskrete Fünfkanal-Technik plus Subwoofer, auch im Jahr 2005 noch der gängigste DVD-Standard! 

Dolby Digital Surround EX

Auf Basis der 5.1-Techno-logie per Matrix: SM

Besonders fürs Heimkino ohne Tonlücke

im Hörbereich hinten Mitte

THX z.B. mit PROLOGIC und  aktivem Decoder

z.B. L, R und daraus M,

Sub und SL, SR 

Fürs Heimkino ein anspruchsvoller, aufwendiger analoger Lautsprecher-Standard

THX-SELECT

dto., aber gelockerte Anforderungen

Qualitätsstandard fürs Heimkino

DTS-ES 6.1 Matrix

L, R, M, SL, SR, SM und Subwoofersignal

Nur für DTS-codierte Filme; aus Surround SL und SR: monoph. Surr.Centerkanal SM

DTS-ES 6.1 Discrete

6 separate Hauptkanäle: L, R, M, SL, SR, SM und Sub

Fürs Heimkino, eigentlich 8 Boxen,  zwei werden für Surroundcenter empfohlen ! 

DTS 96/24

Auf 5.1 Techologie basierend

Mit 96 kHz Abtastfrequenz und 24 Bit Dynamik gegenüber sonst nur 48 kHz Abtastg.

Legende für die Lautsprecherboxen: L = links vorn, R= rechts vorn, M = vorn Mitte, SL = links hinten, SR = rechts hinten, SM = hinten Mitte, Sub = Subwoofer für den untersten Frequenzbereich bis etwa 80 Hz.

Gerätetechnische Hinweise: Nicht jeder DVD-Player ist in der Lage, die 2,8222 MHz Abtastfrequenz einer SACD zu meistern. Auch können derzeit, im Jahre 2005, nur wenige teuere DVD-Player und AV-Receiver die 192 kHz einer hochwertigen DVD-Audio verarbeiten. Die einfacheren DVD-Player spielen entweder zusätzlich zu den normalen DVD-Decodierungen wie Dolby Digital oder DTS mit 96 kHz Abtastung auch SACD oder DVD-Audio. Jedoch es gibt auch einige teurere Alleskönner. Ferner: Das Einstellen der Grenz- oder Übergangsfrequenzen sowie das unterschiedliche Einpegeln der Lautstärke der einzelnen Lautsprecher – und nicht nur paarweise – kann bei den einfachen DVD-Playern und AV-Receivern nur grob erfolgen.

Eine andere Überlegung – allerdings bezüglich der Bildübertragung – ist die Auswahl der Anschlüsse. Hat das TV-Wiedergabegerät (Beamer, Fernseher) Komponenten-Video Eingangsbuchsen YUV oder DVI-D, die man der besseren Farbwiedergabe wegen nutzen will, dann sollten auch der DVD-Player bzw. der AV-Receiver mit entsprechenden Ausgangsbuchsen ausgestattet sein. Meist kann dann noch entschieden werden, ob man „Interlace“ (=Halbbildverfahren) oder das bessere „Progressive Scan“ (=Vollbildverfahren) einstellt. Es ist daher empfehlenswert, sich über die erforderlichen Eigenschaften und Möglichketen vor dem Kauf dieser Geräte Klarheit zu verschaffen.

Empfehlung: Die gerätetechnische Privatausstattung hängt allein von den persönlichen Bedürfnissen und Möglichkeiten des Konsumenten ab. Will man hauptsächlich Filme ansehen und dabei wie im Kino Raumklang erleben, dann empfiehlt sich eines der discreten Film-Formate wie Dolby Digital 5.1 oder Dolby Digital Surround EX oder DTS-ES Discrete 6.1, vorausgesetzt man hat auch Filme, die in einem dieser Formate codiert sind und eine entsprechend decodierende Anlage. Will man dagegen überwiegend klassische Musik (ohne Film) hören und hat dafür noch eine Vielzahl herkömmlicher Musik-CDs, dann ist eine gute Stereoanlage noch immer brauchbar oder, aus der Sicht des Jahres 2005 in die Zukunft: Man freundet sich ebenfalls mit einer Surround-Anlage an und verwendet zum Abspielen der zweikanaligen Stereomusik beispielsweise Dolby Pro Logic II oder Logic 7 oder Circle Surround II u.a.mit der dazu passenden Geräte- und Lautsprecher-Ausstattung. Die weitere Empfehlung an Musikliebhaber geht in Richtung SACD. .

Literaturhinweise

/1/ "Faszination Surround", herausgegeben vom Deutschen High-Fidelity Institut (DHFI) in Zusammenarbeit mit video. Verlags- und Bezugsadresse dieses sehr ausführlichen Buches mit vielen Bildern: Gesellschaft zur Förderung der High-Fidelity mbH, Karl Breh, Eisenlohrstr. 16, 76135 Karlsruhe, etwa € 15,00 .

/2/ 2004 Fachzeitschriften, mehrere Artikel aus dem Internet und Gerätebeschreibungen.