Stereofonie

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

Mit Stereofonie (altgriechisch στερεός stereos ‚hart‘, ‚starr‘; φωνή fōnē ‚Laut‘, ‚Ton‘) werden Techniken bezeichnet, die mit Hilfe von zwei oder mehr Schallquellen einen räumlichen Schalleindruck beim natürlichen Hören erzeugen.

Grundlagen[Bearbeiten]

Zeichen für Stereo (2.0 Sound) auf DVD-Hüllen
Schematische Darstellung der Stereofonie

Im einfachsten Fall erfolgt die horizontal verteilte Abbildung allein durch Pegelunterschiede Δ L oder durch Laufzeitunterschiede Δ t der beiden Lautsprechersignale. Die Abbildung der Tiefenstaffelung beruht auf Ausnutzung von frühen Reflexionen und auf Klangverfärbungen durch blauertsche Bänder, um bei der Abbildung „diffus und präsent“ herauszuarbeiten und räumliche Tiefenabbildung aus dem Verhältnis von Direktschallanteilen D und Raumschallanteilen R sowie Pegeldifferenzen herauszustellen.

Beim Hören wird das psychoakustische Phänomen ausgenutzt, dass der Mensch mit seinen Ohren auf Grund von interauralen Pegel-Unterschieden (Interaural Level Difference, ILD) und Laufzeit-Unterschieden (Interaural Time Difference, ITD) die Richtung von Schallquellen lokalisieren kann. Gute Hörbedingungen bei der Stereo-Lautsprecherwiedergabe bringt die Aufstellung im Stereodreieck. Der individuelle Ohrabstand des Menschen spielt bei Lautsprecherstereofonie keine Rolle, wohl aber bei der binauralen Aufnahmetechnik (Kunstkopf-Stereofonie), die allein für Kopfhörerwiedergabe geeignet ist:
Die Kunstkopf-Stereofonie mit den interauralen Signaldifferenzen konnte sich nicht durchsetzen, da zu deren Wiedergabe zwingend Kopfhörer erforderlich sind. Zwar können normale Stereosignale mittels Kopfhörern wiedergegeben werden, nicht jedoch Kunstkopf-Aufnahmen mittels Lautsprechern; Letzteres führt zu Klangverfärbungen und fehlerhaftem oder fehlendem Stereoeindruck, da die mit dem Kunstkopfmikrofon gewonnenen inneren Ohrsignale nicht mit den Lautsprechersignalen gleichzusetzen sind. Das heißt: ILD und ITD sind nicht gleich Δ L und Δ t. Die Ohren des Hörers bilden aus den Signalen der Stereolautsprecher die eigenen Ohrsignale mit der persönlichen HRTF (Head Related Transfer Function – Übertragungsfunktion des eigenes Kopfes).

Akustische Aspekte[Bearbeiten]

Es gibt mehrere Verfahren, um Stereosignale für die Lautsprecherstereofonie aufzuzeichnen. Man unterscheidet bei der Mikrofonierung insbesondere zwischen Laufzeit-Stereofonie und Intensitätsstereofonie (Pegeldifferenzstereofonie). Mischformen bezeichnet man als Äquivalenzstereofonie.

Bei der Intensitätsstereofonie werden zwei Mikrofone verwendet, deren Richtwirkung so ausgenutzt wird, dass die Pegeldifferenz der Signale auf den beiden Kanälen eine bestimmte Hörereignisrichtung bei der Wiedergabe auf der Stereo-Lautsprecherbasis hervorruft. Genauer sind es allein die Schalldruckunterschiede, die hier wirksam sind und welche die Richtung der gehörten Phantomschallquelle bestimmen. Wird ein Tonsignal auf zwei Stereolautsprecher identisch verteilt, so nimmt der Hörer eine Phantomschallquelle genau aus der Stereomitte (Center) wahr. Wird nun das Signal auf einem Lautsprecher im Pegel erhöht, so wandert die Phantomschallquelle in Richtung dieses Lautsprechers, bei einer Pegeldifferenz von etwa 18 dB (16 dB bis 20 dB) nimmt der Hörer eine vollständige Auslenkung aus der Richtung der Lautsprecher wahr. Die einfachsten Hauptmikrofonaufstellungen sind hier X/Y-Stereofonie (zwei Nierenmikrofone mit dem entsprechenden Achsenwinkel zueinander, aber dicht am selben Ort) und MS-Stereofonie (Kugelmikrofon für die Mono-Summe (M) und Achtermikrofon für das Links/Rechts-Differenzsignal (S), über eine elektronische Matrix zu Links und Rechts gemischt). Siehe hierzu Richtungsmischer und Panpot. Mit der Pegeldifferenzstereofonie erzeugt man bei der Lautsprecherwiedergabe die größte Lokalisationsschärfe der Phantomschallquellen.

Bei der Laufzeit-Stereofonie werden zwei Mikrofone mit einem gewissen Abstand voneinander, der Mikrofonbasis, aber auch in einem gewissen Abstand von der Schallquelle aufgestellt, so dass Schallereignisse abhängig von ihrer Position zu verschiedenen Zeitpunkten auf den beiden Kanälen als Laufzeitdifferenz Δ t aufgenommen werden. Wird ein Tonsignal auf zwei Stereolautsprecher identisch verteilt, nimmt der Hörer eine Phantomschallquelle genau aus der Stereomitte (Center) wahr. Wird nun das Signal auf dem einen Lautsprecher durch Laufzeitverzögerung verändert, so wandert die Hörereignisrichtung in die Richtung des anderen Lautsprechers. Bei einer Laufzeitdifferenz von etwa Δt = 1,5 ms (1 bis 2 ms) nimmt der Hörer eine vollständige Auslenkung (100% Hörereignisrichtung) aus der Richtung eines Lautsprechers wahr. Durch die unterschiedliche Distanz der Mikrofone zur Schallquelle ergibt sich zumindest bei den mikrofonnahen Instrumenten allerdings immer auch ein gewisser Pegelunterschied. Die bekannteste Hauptmikrofonaufstellung ist die A/B-Stereofonie. Das sind zwei Kugelmikrofone in definiertem Abstand, der Mikrofonbasis zueinander. Man unterscheidet „Klein-A/B“ etwa bei einer Basis kleiner als 35 cm (quasi Doppelkopf) und „Groß-A/B“ bei entsprechend größerer Basis. Dieser Wert ist nicht allgemein festgelegt.

Die Laufzeit-Stereofonie ergibt dabei einen besseren Raumeindruck des resultierenden Schallsignals, hat jedoch gegenüber der Intensitätsstereofonie die Nachteile, dass die Lokalisationsschärfe der Phantomschallquellen geringer ist und sich das Signal im Klang weniger kompatibel über Mono-Abspielgeräte wiedergeben lässt, da es durch die zeitlichen Verschiebungen zu Interferenz-Erscheinungen (Auslöschungen von bestimmten Frequenzen) kommen kann, die den Klangeindruck verfälschen (Mono-Inkompatibilität).

Mischformen, die nach dem Prinzip der Äquivalenzstereofonie Lokalisationsinformationen sowohl über Laufzeit- als auch über Pegeldifferenzen enthalten, versuchen, die Vorteile beider Verfahren zu verbinden. Bekannte Mikrofonaufstellungen sind hier beispielsweise ORTF und NOS.

Als eine seltene Aufnahmemethode sei hier noch an die Kunstkopf-Aufnahmetechnik erinnert. Dabei wird die Form eines menschlichen Kopfes nachgebildet, und an Stelle der beiden Ohren werden die Mikrofone angebracht. Diese Aufnahmetechnik zeichnet das Schallsignal etwa so auf, wie der Mensch es direkt an seinen Trommelfellen hört. Wird diese Aufnahme wie vorgesehen mit einem Kopfhörer abgehört (Kopftrennung), so empfängt der Hörer wieder das ursprüngliche Schallereignis an den Ohren und kann die Richtungen der Geräusche lokalisieren, wobei die genaue Vornelokalisation nicht immer gelingt. Verbessert werden kann die Wiedergabe von Kunstkopfaufnahmen durch eine Anpassung an die individuelle HRTF, also der Kopfübertragungsfunktion des Hörers, sowie über ein sogenanntes Head-Tracking, bei dem die Bewegungen des Kopfes in die Berechnung der Kopfübertragungsfunktion mit einbezogen werden. Eine Spezialform dieses Verfahrens ist die Echtkopf-Stereofonie, bei der eine Person Mikrofone im Gehörgang trägt. Binaurale Aufnahmen, also Kunstkopf-Aufnahmen sind aber generell nicht zur Wiedergabe in der Form der üblichen Lautsprecher-Stereofonie gedacht.

Es ist leicht ersichtlich, dass Aufnahmeverfahren, die Mischformen zwischen Lautsprecher- und Kopfhörerstereofonie darstellen, in der Praxis nicht zufriedenstellend funktionieren können. Einige davon, wie etwa die Jecklin-Scheibe (Mikrofonabstand jetzt 35 cm), werden jedoch bisweilen von Amateuren verwendet.

Wird eine Tonaufnahme (die nicht mit einem Kunstkopf aufgenommen wurde) über zwei Stereo-Lautsprecher wiedergegeben, die sich in einer Ebene vor dem Hörer befinden, so entsteht im Raum eine Schallfeldüberlagerung, die auf der Mittellinie zwischen den Lautsprechern einen Stereo-Höreindruck erzeugt. Das ist das gleichseitige „60°-Stereodreieck“. Der Zuhörer sollte sich idealerweise im „sweet-spot“ in der Mitte vor den Stereo-Lautsprechern befinden.

Werden mehrere Lautsprecher nebeneinander angeordnet, die jeweils eine definierte Mischung des Rechts- und Links-Signals wiedergeben, so kann dadurch der Bereich vergrößert werden, in dem der Hörer den räumlichen Höreindruck wahrnehmen kann. Dieses kann beispielsweise im Kino bei größeren Lautsprecherabständen der Fall sein.

Übertragungstechnik[Bearbeiten]

Symbol für Stereo in Programmzeitschriften

Die ersten Schallplatten mit Stereo-Aufnahmen waren in Deutschland seit 1958 erhältlich. 1964 begann die Rundfunk-Übertragung mit Stereo-Ton auf FM/UKW (FM-Stereo),[1] Anfang der 80er Jahre bekamen Fernsehsendungen auch Stereo-Ton. Durch geeignete Verfahren wurde sichergestellt, dass die neuen Signale zu den Mono-Signalen kompatibel waren, um sie weiterhin auch mit den alten Geräten wiedergeben zu können. Inzwischen gelang es auch, Stereo-Übertragungen im Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich durchzuführen (AM-Stereo) und in Stereo zu telefonieren.

Frühes „Stereo“[Bearbeiten]

Schon zu Zeiten der Schellackplatten wurde versucht, räumliche Klangbilder zu produzieren. Es gab Grammophone mit zwei Nadeln und zwei Schalltrichtern, wobei ein künstlicher Stereoeffekt durch den Zeitversatz zwischen den beiden Nadeln entstand.[2]

Walt Disney brachte seinen Zeichentricklangfilm Fantasia (1940) in „Fantasound“, einem frühen stereofonischen Tonverfahren heraus, das zur damaligen Zeit aber nur die wenigsten Kinos wiedergeben konnten.

Sidney Frey, Chef des Plattenlabels Audio Fidelity Records, brachte 1957 die erste Stereo-Schallplatte heraus: Auf der einen Seite waren Eisenbahngeräusche zu hören, auf der anderen Seite Dixieland Jazz mit den Dukes of Dixieland.[3] In den ersten Jahren gab es erhebliche Probleme bei der Standardisierung und auch bei der Qualitätssicherung in der Plattenproduktion.[4]

Die Beatles zum Beispiel nahmen anfangs ihre Songs mit einer Art der „Stereotechnik“ auf, die genauer betrachtet zweimal „Mono“ ist. Die Instrumentalbegleitung wurde auf einen Kanal und der Gesang auf den anderen Kanal gelegt. Das hat recht wenig mit Stereo zu tun, außer dass aus jedem Lautsprecher etwas Verschiedenes herauskam. Ebenfalls aus dieser Zeit ist der Begriff „Ping-Pong-Stereo“ bekannt und bezieht sich auf eine Aufnahmetechnik, die Instrumente von links nach rechts – oder umgekehrt – wandern lässt. Dieses war insbesondere in der Frühzeit der Stereoaufnahmetechnik bei populärer Musik gefragt: Eine Stereoanlage war in den frühen 1960er Jahren ein Statussymbol – und man wollte schließlich den Effekt auch deutlich hören und im Freundeskreis stolz vorführen.

Der Hörfunk stellte dem immer attraktiver werdenden Programmangebot des Fernsehens am 30. August 1963 die Stereofonie als technische Innovation entgegen. 1967/68 betrieb jede Landesrundfunkanstalt mindestens ein UKW-Sendernetz stereophon. Damit konnte Hörfunk in einer besseren Tonqualität ausgestrahlt werden, als es beim Fernsehen möglich war. Weitere qualitative Vorteile erzielte der Hörfunk 1973 mit der Einführung der Kunstkopf-Stereofonie.

Zu Anfang der 1970er Jahre wurden Monoaufnahmen aus Verkaufsgründen „verstereofoniert“, also ein künstliches Stereosignal erzeugt, was mit Pseudostereofonie oder auch mit „Electronic Stereo“ bezeichnet wurde.

Stereo in der Popmusik[Bearbeiten]

Bei Popmusik-Studioproduktionen werden die einzelnen Klangelemente (Gesang, Instrumente, …) in einzelnen Spuren (Tracks) getrennt voneinander und nacheinander aufgenommen. Bei der Abmischung des Materials wird dann für jeden Track mittels des Panoramareglers (auch Panpot genannt, von Panorama und Potentiometer) die Position im Stereobild eingestellt. Für den Gesang ist es üblich, diesen genau in der Mitte zu positionieren, d. h. die Stimme erklingt aus beiden Lautsprechern gleich laut. Zusätzlich kann ein künstlicher Raumklang (Nachhall) dazugemischt werden. Tontechniker bezeichnen diese Art der Aufnahme und Mischung als Knüppelstereofonie.

Stereo in der Praxis[Bearbeiten]

Siehe auch Basisbreite.

Um einen stereofonen Klangeindruck zu erleben, müssen eine Reihe von Bedingungen erfüllt sein:

  • Beide Lautsprecher sollten etwa gleich weit von der Rückwand und den Seitenwänden des Raumes entfernt stehen. Insbesondere Standlautsprecher sollten nicht zu nahe an der Wand stehen
  • Der Sitzplatz des Hörers sollte sich an der Spitze eines gleichseitigen Dreiecks befinden, das von ihm und den Lautsprechern aufgezogen wird. Praktisch heißt das, der Abstand der Lautsprecher untereinander sollte dem Abstand des Zuhörers entsprechen. So erhält man einen Abhörwinkel von ±30° = 60°.
  • Die Hochtöner sollten sich etwa auf Ohrhöhe des Hörers befinden
  • Die Lautsprecher sollten in Richtung des Zuhörers zeigen. Zudem ist es sinnvoll auf die Abstrahl-Achse zu achten, da es unterschiedliche Ausprägungen in der Hochton-Lautstärke der LS gibt (30°-Zone).
  • Der Raum soll eine hohe Dämpfung besitzen (geringer Hall, geringe Reflexionen der Wände).

Zwar befindet sich heute in den meisten Haushalten, Schulen oder Konferenzräumen eine Stereo-Wiedergabemöglichkeit, die genannten Bedingungen sind aber aufgrund der räumlichen Gegebenheiten nur selten erfüllt. Oft werden die Lautsprecher ungünstig platziert oder es treten unerwünschte Reflexionen an Wänden auf, so dass hier mehr oder weniger Abstriche zu machen sind.

Tragbare Stereogeräte (Radiorekorder, auch „Ghettoblaster“ genannt) haben die Lautsprecher fest in 20 bis 30 cm Entfernung voneinander eingebaut. Zwar ist die Wiedergabe stereofon, jedoch müsste der Zuhörer für einen guten Stereoeindruck seinen Kopf unmittelbar vor das Gerät halten. Bei transportablen Geräten mit geringem Lautsprecherabstand wird daher oft eine elektronische Basisverbreiterung oder Basisbreitenvergrößerung (auch „3D-Stereo-Effekt“ genannt) angewendet. Dazu wird ein Teil der hohen Frequenzen jedes Kanals gegenphasig (also verpolt) dem jeweils anderen Kanal zugemischt. Aufgrund der Laufzeit-Diskriminierung der Ohren entsteht dann der akustische Eindruck, dass die Lautsprecher weiter auseinander lägen, beziehungsweise wird das Richtungshören auch bei größerem Hörabstand verbessert.

Viele Heimkinoanlagen nutzen den Effekt, dass der Abstrahlort tiefer Frequenzen unter 100 Hz für den Stereo-Richtungseindruck unerheblich sei – nicht aber für das Räumlichkeitsgefühl. Sie besitzen nur einen einzigen Lautsprecher (Subwoofer) zur Tiefenwiedergabe, der oft zugleich alle Verstärkerkanäle enthält und beliebig aufgestellt werden kann. Nur die Boxen zur Wiedergabe mittlerer und hoher Frequenzen (Satelliten) werden an relativ zum Hörer festgelegten Orten aufgestellt.

Literatur[Bearbeiten]

  •  Gustav Büscher, A. Wiegemann: Kleines ABC der Elektroakustik. 6. Auflage. Franzis, München 1972, ISBN 3-7723-0296-3.
  •  Thomas Görne: Tontechnik. 1. Auflage. Carl Hanser, Leipzig 2006, ISBN 3-446-40198-9.
  •  Gregor Häberle, Heinz Häberle, Thomas Kleiber: Fachkunde Radio-, Fernseh-, und Funkelektronik. 3. Auflage. Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten 1996, ISBN 3-8085-3263-7.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. 22. März 2009 - Vor 45 Jahren: WDR-Hörfunk startet Stereo-Ausstrahlungen
  2. http://web.archive.org/web/20041223002018/www.mekaanisenmusiikinmuseo.fi/HPIM0961.JPG
  3. Russell Sanjek American Popular Music and Its Business: From 1900 to 1984 1988, S. 360
  4. R. Sanjek American Popular Music and Its Business: From 1900 to 1984 1988, S. 361f.