Der Surround-Dschungel: THX, DTS und Dolby

Martin Jud

14.8.2018

Wusstest du, dass THX kein Surround-Format ist? Rätselst du auch des Öfteren, was sich hinter einer bestimmten Surround-Bezeichnung verbirgt? Und überhaupt; was sind Audio-Objekte, wie funktioniert Virtual Surround und was ist ein Codec? Alles Fragen, welche du dir bald nicht mehr stellen musst.

Falls du einen schnellen Überblick zu Surround-Technologien und deren Eigenschaften möchtest, findest du weiter unten Tabellen mit allen Infos auf einen Blick. Ich habe dir sowohl Daten zu Formaten von Dolby wie auch von DTS zusammengetragen. Ansonsten freue ich mich, dich auf eine chronologische Technologie-Reise mitzunehmen, bei welcher wir, nach einer kurzen Einführung übers Gehör, in der Renaissance starten.

Wenn du im Englischen eingekreist bist oder dich etwas umgibt, bist du von etwas «surrounded». Bei Raumklang bist du umgeben von Sound. Surround Sound ist daher die Bezeichnung für Tonaufnahmen, welche technisch einen räumlichen Klangeindruck schaffen.

Räumliches Hören – so funktioniert unser Gehör

Das menschliche Gehör ist ziemlich ausgeklügelt. So wertet es Laufzeit- und Pegeldifferenzen zwischen den beiden Ohren aus, um die seitliche Einfallsrichtung von Schall zu bestimmen. Ob der Schall von vorne, hinten, oben oder unten kommt, wird durch Resonanzen der Ohrmuschel und des äusseren Gehörgangs bestimmt. Die Entfernung einer Schallquelle basiert auf Erfahrungswerten. Dabei werden Reflexionsmuster und Klangfarben aus unserer Erinnerung beigezogen und ausgewertet.

Natürlich kratzt diese Erklärung nur an der Oberfläche und widerspiegelt nicht wirklich die Komplexität und Tiefe, welche diese Thematik mit sich bringt. Doch tiefer müssen wir auch nicht gehen. Wichtig fürs Verständnis ist, dass am Anfang die Biologie des Menschen steht und jegliche Surround-Technik auf den Erkenntnissen aus Biologie und Physik aufbaut.

Na gut, ich korrigiere mich selbst: Am Anfang steht ein Traum. Ein Gedanke, der so sehr inspiriert, dass es jemand wagt den Traum in die Realität umzusetzen. Und genau das ist zwischen 1500 und 1600 in Venedig mit der Idee des Surround Sounds geschehen.

Surround-Techniken: Von der späten Renaissance bis 2015

Ersten Surround Sound gab es bereits in der späten Renaissance. In Italien kam Mitte des 16. Jahrhunderts die sogenannte venezianische Mehrchörigkeit auf. Dabei wurde die Architektur der Kirche und deren Raum mit all ihren Nischen und Emporen bereits beim Komponieren einbezogen und der Mensch rückte wortwörtlich in den Mittelpunkt der Kunst. Die Chöre und Instrumente wurden rund um das Publikum platziert. Die Musik erreichte damit eine neue Dimension, weshalb die venezianische Mehrchörigkeit auch weit ausserhalb Italiens Anklang fand und noch immer findet.

Es dauerte lange, bis die Menschen die neue Dimension des Hörens auch in den eigenen vier Wänden erleben durften. Über 400 Jahre später wurde 1975 Dolby Stereo eingeführt. Und damit der Vorläufer der ersten Surround-Technik für zuhause. Das Kino konnte damit zum ersten Mal nebst den Stereokanälen auch einen Center-Lautsprecher, sowie einen Raumklangkanal (Center Rear) bereitstellen. Die Technik wurde dann fürs Heimkino aufgegriffen und 1982 in Form von Dolby Surround auf den Markt gebracht.

Matrixkodierung: Raumklang aus einem anaologen Stereo-Signal

Das Besondere an den ersten Surround-Formaten unserer Zeit ist, dass die zusätzlichen Tonspuren (Center und Center Rear) in ein analoges Stereo-Signal integriert werden (Matrixkodierung). Zudem ist das analoge Signal dieser Technik auch abwärtskompatibel. Will heissen, dass du einen Tonträger mit Dolby Surround oder einer Dolby Surround Pro Logic Version auch in Stereo abspielen kannst. Die Informationen der zusätzlichen Spuren sind genügend intelligent in die vorhandenen beiden Spuren integriert, dass diese den Klang von reinem Stereo nicht verhunzen.

Bei der Matrixkodierung werden diverse Techniken angewandt, welche wohl nur ein Physiker und Biologe (allenfalls noch ein Psychologe) gemeinsam komplett verstehen. So wird der Center Rear Kanal beispielsweise mittels Phasenverschiebung von 180 Grad kodiert. Ausserdem werden gewisse Frequenzbereiche eingeschränkt, um akustischen Verfremdungen entgegenzuwirken. Der Dekoder (Verstärker) weist die Signale mit Hilfe einer adaptiven Matrix dem richtigen Kanal zu.

Diese Technik ist leider nicht verlustfrei, da eine Kanaltrennung vom Prinzip her lediglich simuliert wird.

Codecs braucht die Welt: Die Geburt von Dolby Digital und DTS

Unter einem Codec versteht man einen Algorithmus, welcher Daten oder Signale digital kodiert oder dekodiert. Also beispielsweise eine CD im RAW-Audio-Format PCM in MP3-Dateien umwandelt. Oder die MP3-Dateien zur Wiedergabe entschlüsselt, respektive dekodiert.

Es gibt verlustfreie (z.Bsp. DTS-HD Master Audio, Dolby TrueHD) und verlustbehaftete Codecs. Verlustbehaftet bedeutet, dass der Codec beim Kodiervorgang der analogen Signale auch eine Dynamikreduktion sowie eine Datenkompression vornimmt. Damit kommt es zu Qualitätsverlusten, welche je nach Kompressionsmethode und Bitrate gut oder weniger gut wahrgenommen werden.

Die ersten Surround-Formate mit verlustbehafteten Codecs waren Dolby Digital (1992, Dolby Laboratories Inc.), DTS (1993, DTS Inc.) und das nur fürs Kino entwickelte Format SDDS (1993) der Sony Corporation. Dolby Digital und DTS werden bis in die heutige Zeit rege genutzt. Im Gegensatz zu matrixkodierten Analog-Soundformaten werden bei diesen Techniken sämtliche Kanäle einzeln abgespeichert. Für Menschen mit normalem Gehör ist der Unterschied zu verlustfreien Audio-Formaten nur schwer auszumachen. Allerdings kommt es dabei auch auf das verwendete Equipment an. Insbesondere auf die Qualität der Lautsprecher. Und da kommt unter anderem THX ins Spiel.

THX: Nein, das ist kein Surround-Format!

Bei THX handelt es sich um eine Sammlung unterschiedlicher Normen für Ton und Bild. Es ist ein kommerzielles Qualitätssiegel. THX-Zertifizierungen sollen für einen einheitlichen Qualitäts-Standard sorgen. Sie sollen gewährleisten, dass der Sound bei dir so ankommt, wie es der Tontechniker wünscht. Oder du das Bild so siehst, wie es sich der Regisseur vorstellt.

Das Unternehmen THX Ltd. wurde 1983 von George Lucas gegründet und gehört heute dem Computerzubehörhersteller Razer. THX-Zertifizierungen sind im Kinobereich nur noch selten anzutreffen, da die Lizenzkosten sehr teuer sein sollen. Bis 1999 gab es nur eine THX-Zertifizierung. Mittlerweile existieren nebst THX-Ultra-Zertifizierungen für grosse Räume auch THX-Select-Zertifizierungen für mittlere und kleine Räume (Heimbedarf). Die Zertifizierungen sollen sich dabei nicht im Klang unterscheiden, sondern von der gegebenen Leistung. Nebst Lautsprecher, Subwoofer und Receiver werden auch andere Geräte, beispielsweise Soundkarten zertifiziert (THX Certified Multimedia).

Achtung: Verfügt ein Gerät über keinerlei Zertifizierung, bedeutet das nicht, dass es nicht auch die Bild- oder Ton-Qualität eines zertifizierten Gerätes haben kann. Jedoch kann man davon ausgehen, dass ein zertifiziertes Gerät einen gewissen Standard bietet.

Aufbau einer Surround-Anlage

Nebst Content und Abspielgerät benötigst du einen Verstärker, der entsprechende Surround-Formate unterstützt und gemäss deiner Lautsprecherkonfiguration aufbereitet und ausspielt. Eine klassische 5.1-Konfiguration besitzt zwei Front-Lautsprecher (vorne rechts und links), einen Center-Lautsprecher dazwischen, zwei Surround-Lautsprecher (seitlich rechts und links auf Höhe der Zuschauer/-hörer) sowie einen Subwoofer (LFE-Kanal) für tiefe Frequenzen bis 100 Hz. Der Köper kann tiefe Bässe übrigens nicht wirklich lokalisieren. Dennoch haben wir das Gefühl, dass das Kribbeln im Bauch aus einer bestimmten Richtung kommt. Gemeinsam mit den visuellen Informationen vom Gesehenen ordnet das Hirn die Quelle des Basses zu.

Egal ob du ein 5.1-System oder eines mit mehr Lautsprechern besitzt; wichtig ist, dass die Boxen möglichst symmetrisch um den Zuhörer platziert werden. Optimalerweise in Kreisform. Allerdings ist es alles andere als einfach, eine Surround-Anlage so einzurichten, dass der Sound aufnahmeauthentisch klingt. Die Wände und andere Objekte im Raum können dafür sorgen, dass ein Teil des Schalls verschluckt oder zurückgeworfen wird. Das beeinflusst das Klangbild.

Allerdings gibt es auch Techniken, welche sich den Umstand des Zurückwerfens zunutze machen. Mit den relativ neuen Formaten Dolby Atmos und DTS:X werden auch Höhenlautsprecher unterstützt, welche es beispielsweise möglich machen, dass der Schall des Flugzeuges im Film tatsächlich von oben kommt. Dies kann entweder mit an entsprechenden Positionen angebrachten Lautsprechern gelöst werden, oder mittels sogenannten Upfiring-Speakers. Dabei handelt es sich um kompakte Aufsatz-Module für Standboxen, welche den Sound via Deckenreflexion zum Hörer bringen.

Audio-Objekte

Im Gegensatz zu den Aufsatz-Modulen handelt es sich bei Audio-Objekten nicht um physische Dinge. Das wäre ja zu schön ... oder gefährlich. Räusper ... Jedenfalls sprechen wir hier von virtuell platzierten Objekten, deren Sound wir schlussendlich hören sollen. Objektbasierter Surround findet sich in den Technologien Dolby Atmos (2012) und dem Konkurrenzprodukt DTS:X (2015).

Anders als bei kanalorientiertem Surround Sound wird bei objektorientiertem Surround der Sound nicht kanalbasiert abgespeichert. Hier werden Objekte durch den Raum geschickt. Die Koordinaten und der Klang der Objekte werden durch den Verstärker oder das Abspielgerät den benötigten Kanälen zugeordnet. Damit die Möve über dir Kreisen kann und du davon Wind bekommst, muss erst berechnet werden, welche Lautsprecher der vorliegenden Konfiguration zu welchem Zeitpunkt welchen Sound mit welcher Lautstärke abspielen müssen. Alles klar? :)

Objektorientierter Surround Sound hat den grossen Vorteil, dass er losgelöst von einer bestimmten Kanalkonfiguration ist. Du kannst damit theoretisch gesehen unendlich viele Kanäle beliefern. Allerdings ist er, wie auch kanalorientierter Sound, an einen fixen Abhörplatz gebunden. Sitzt du im Kino weit am Rand, wirst du also auch mit objektorientiertem Sound nicht die perfekte Abmischung hören. Diese Problematik könnte mittels objektorientiertem Sound in Zusammenarbeit mit einer auf der Wellenfeldsynthese basierenden Sound-Anlage gelöst werden.

Virtual Surround

Bei Virtual Surround wird Raumklang mit zwei Lautsprechern oder Stereo-Kopfhörern simuliert. Das bedeutet aber nicht, dass es dabei zu Qualitätsabstrichen kommen muss. Den ersten virtuellen Surround konnte man bereits 2001 dank Dolby Headphone und 2002 dank Dolby Virtual Speaker geniessen. Von DTS gibt es dafür die Techniken DTS Surround Sensation (2008) und DTS Headphone:X (2015).

Virtual Surround basiert auf HRTF-Algorithmen. HRTF steht für «Head Related Transfer Function» (Aussenohrübertragungsfunktion) und beschreibt die Vorgänge, wie der Ton von unserem eigenen Gehör beeinflusst wird. Womit wir wieder bei den am Anfang des Artikels erwähnten Laufzeit- und Pegeldifferenzen sowie Resonanzen der Ohrmuscheln und des Gehörgangs sind.

Wenn in einem Film mit einer Stalinorgel rumgeballert wird und die rechte Seite deines Kopfhörers dieses Geräusch lauter wiedergibt als die linke, dann hat dein Gehör das Gefühl, dass von der rechten Seite geschossen wird. Soll nun für dieses Geräusch der Eindruck entstehen, dass es aus einer bestimmten Richtung kommt (oben, unten, vorne oder hinten), wird der Schallpegel gegenüber anderen Frequenzbereichen erhöht.

Falls du mehr über Virtual Surround erfahren möchtest, empfehle ich dir den folgenden Artikel von Philipp Rüegg:

Vergleichstabellen von Surround-Technologien

Die eigenhändig zusammengetragenen Listen in Tabellenform enthalten Informationen zu sämtlichen Surround-Formaten von Dolby Laboratories Inc. und DTS Inc. bis 2015. Sie sind nach Einführungsjahr der Technologie geordnet. Du findest eine Liste zu Dolby und eine zu DTS.

Surround-Technologien von Dolby Laboratories Inc.

Surround-Technologien von DTS Inc.

Surround-Bilanz zum Schluss

Ich hoffe sehr, dass dich meine Tabellen nicht erschlagen haben und dir all die Infos etwas Orientierung im Surround-Dschungel geben. Vielleicht musst du künftig auch schmunzeln, wenn du bemerkst, dass dein Smartphone Dolby Atmos beherrscht. Vieles in der Surround-Welt ist in erster Linie fürs Marketing wichtig. Ein Autoradio mit THX-Aufkleber wird halt eher gekauft als einer ohne.

Wir wissen nicht genau, was die Zukunft bringt. Da THX mittlerweile zu Razer gehört, kann ich mir gut vorstellen, dass zertifizierte Kinos bald mit LEDs an jedem Sitz daherkommen, welche dann im Sinne von Ambilight das Gesehene mit passenden Lichteffekten untermalen.

Wenn es um Surround-Techniken geht, hoffe ich, dass die Wellenfeldsynthese bald massentauglich wird. Mit dieser Technologie hört jeder im Raum unabhängig vom Aufenthaltsort exakt das selbe. Beste Qualität für alle.

Update vom 17. August 2018

Nebst Surround-Formaten von Dolby und DTS, bieten immer mehr Movies auch Unterstützung für Auro 3D. Falls du mehr über Auro 3D erfahren möchtest, kannst du dir gerne folgenden Artikel ansehen.

Martin Jud

Senior Editor

martin.jud@digitecgalaxus.ch

Der tägliche Kuss der Muse lässt meine Kreativität spriessen. Werde ich mal nicht geküsst, so versuche ich mich mittels Träumen neu zu inspirieren. Denn wer träumt, verschläft nie sein Leben.

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