Die Entwicklungsstufen im technischen Bereich der Musikwiedergabe sind gekennzeichnet durch den jeweils erreichten Fortschritt auf dem Wege zum natürlichen Klangbild.

Hierunter versteht man die vollständige Reproduktion einer akustischen Darbietung, die mit dem Ohr vom Original, zum Beispiel der Darbietung in einem Konzertsaal, nicht mehr unterschieden werden kann.

Der vorliegende Beitrag untersucht, in welchem Maße das erreicht wurde, und behandelt die einzelnen Entwicklungsstufen der Musikwiedergabetechnik vom monauralen Hören bis zur Quadrophonie.

Monaural oder monophonisch bedeutet soviel wie einohrig. Jede akustische Übertragung zwischen zwei Orten ist dann monaural, wenn für die akustischen Informationen - beispielsweise Sprache oder Musik - nur ein Übertragungsweg verwendet wird (Bild 1). Dabei ist es gleichgültig, ob die Aufnahme einer akustischen Darbietung mit einem oder mehreren Mikrofonen erfolgt oder - von der Wiedergabeseite aus betrachtet - ob nur ein Lautsprecher zur Verfügung steht oder mehrere für eine breite Schallverteilung sorgen.

Der einkanalige Übertragungsweg gestattet in jedem Fall nur ein Hören „mit einem Ohr", denn in der Übermittlung des akustischen Informationsgehaltes fehlt eine wichtige Größe, die Ortungsinformation. Bekanntlich können akustische Signale entsprechend der Tonhöhe und der Lautstärke differenziert werden. Hinzu kommt jedoch noch eine weitere Eigenschaft des Gehörs, die Erfassung und richtungsmäßige Auswertung von Schallwellen, die mit einem Zeitunterschied eintreffen. Das ausgestrahlte Signal einer Schallquelle gelangt in jedem Fall zu beiden Ohren.

Wenn sich die Schallquelle nun nicht in der Mitte, sondern beispielsweise auf der rechten Seite des Hörenden (Bild 2) befindet, dann wird das rechte Ohr das Signal zuerst empfangen, denn der Weg von der Schallquelle bis zu beiden Ohren ist unterschiedlich. Man spricht hier von einer Laufzeitdifferenz. Auf Grund des unterschiedlichen Weges liegt außerdem noch ein unterschiedlicher Schalldruck an beiden Ohren vor.

Diese Intensitätsunterschiede in Verbindung mit der Laufzeitdifferenz ergeben eine Ortungsinformation, das heißt, die jeweilige Schallquelle wird vom Hörer richtungsmäßig lokalisiert. Die Ortungsinformation entsteht also durch Zusammenwirkung von Intensitätsunterschieden und Laufzeitdifferenzen. Es leuchtet ein, daß eine einkanalige Aufnahme nur ein Signal einer Schallquelle verarbeitet, so daß keine Intensitätsunterschiede oder Laufzeitdifferenzen aufgezeichnet werden.

Das Fehlen der Ortungsinformation in einer monauralen Übertragung bedeutet, daß der Hörende einzelne Schallquellen, zum Beispiel einzelne Instrumente im Rahmen eines Orchesters, nicht lokalisieren kann. Die Wiedergabe erscheint aus diesem Grunde nicht so durchsichtig und klar wie das Originalklangbild. Auch ein Höchstmaß an technischer Qualität der einzelnen Übertragungsglieder einer monauralen Anlage kann die fehlende Richtungsinformation nicht ersetzen.

Überlegungen, wie eine monaurale Übertragung verbessert werden kann, führten in den 50er Jahren zum sogenannten 3 D-Raumklang. Man ging dabei von der Tatsache aus, daß bei jeder Originaldarbietung in einem geschlossenen Raum auch Reflexionen an den Wänden entstehen. Außer dem Direktschall erhält der Hörende also zusätzlich noch ein Schallgemisch von den Seiten oder von hinten (Bild 3).

Untersucht man diese Reflexions-Signale, dann ergibt sich, daß tiefe Töne mit einem geringeren Anteil vorhanden sind als mittlere oder hohe Töne. Der Gedanke lag nahe, neben dem vorhandenen Lautsprecher zwei weitere zu verwenden, wobei die beiden zusätzlichen so angeordnet sind, daß sie seitwärts nach links und rechts gegen die Wände strahlen (Bild 4). Diese Lautsprecher sollten nur im mittleren und hohen Frequenzbereich arbeiten. Damit erreichte man in der Tat eine Verbesserung der monauralen Wiedergabe. Der Hörende registrierte infolge des Reflexionsschalls ein angenehmeres Klangbild, das ihm im Vergleich mit der Wiedergabe ohne Seitenlautsprecher eher die Illusion vermittelte, der Originaldarbietung beizuwohnen. Eine Richtungsbestimmung einzelner Instrumente und damit eine höhere Durchsichtigkeit des Klangbildes konnte damit jedoch nicht erreicht werden.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die als 3 D-Raumklang bezeichnete Wiedergabe einkanalig ist. Sie wird über drei Lautsprecher vorgenommen, von denen der mittlere das gesamte Freqüenzspektrum überträgt, während die beiden Seitenlautsprecher auf die Seitenwände des Wiedergaberaumes gerichtet sind und den mittleren und hohen Frequenzbereich abstrahlen. Das hiermit erreichte angenehmere Klangbild kann mit einer günstigen Schallverteilung im Raum begründet werden.

Infolge des Fehlens der Ortungsinformation konnte bei der einkanaligen Übertragung kein durchsichtiges Klangbild erreicht werden. Anders verhält es sich bei der Stereophonie, bei der man zwei getrennte Übertragungswege benutzt. Das Prinzip der Stereo-Übertragung ist im Bild 5 dargestellt. Ordnet man an Stelle der beiden Ohren in der Darstellung im Bild 2 zwei Mikrofone an, so werden in diesen ersten Gliedern der Übertragungskette elektrische Signale erzeugt, die ein Abbild der jeweils verschiedenen Schalldruckverhältnisse sind.

Seitwärts versetzte Schallquellen ergeben verschiedene elektrische Spannungen an beiden Mikrofonen, und zwar verschieden in der Intensität und in der Laufzeit. Wenn diese Spannungen über zwei vollkommen getrennte Kanäle auf zwei entsprechend Bild 5 angeordnete Lautsprecher gegeben werden, erzeugt jeder Lautsprecher wiederum einen Schalldruck, der identisch ist mit dem Schalldruck am entsprechenden Mikrofon. Auf Grund des Einsatzes von zwei Mikrofonen in Verbindung mit der Übertragung von zwei getrennten Kanälen wird automatisch auch die Richtungsinformation übermittelt. Im Wiedergaberaum liegt dann ein plastisches Klangbild vor, und einzelne Instrumente eines Orchesters können lokalisiert werden.

Wenn man sich auch beim Anhören einer Musikübertragung nicht auf solche Lokalisationen bewußt konzentriert, so erscheint das stereophonische Klangbild doch weitaus durchsichtiger als eine monaurale Wiedergabe. Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, daß ein in einem Übertragungsglied eventuell auftretender Fehler, beispielsweise ein geringer Klirrfaktor, der in einer monauralen Übertragung durchaus als Störung wahrgenommen werden könnte, in einer zweikanaligen Wiedergabe noch nicht als unangenehm empfunden wird.

Bei der Einführung der Stereophonie wurde oft angenommen, daß die Wiedergabe über zwei Lautsprecher nur ausgeprägte Links-Rechts-Effekte ergibt. Das ist jedoch nicht der Fall. Obgleich beide Lautsprecher als Schallquellen anzusehen sind, entsteht infolge der verschiedenen Intensitätsverhältnisse auch zwischen den Lautsprechern ein „ausgefüllter Raum" (Bild 6). Stellt man sich vor, daß sich im Rahmen einer Aufnahme eine Schallquelle beispielsweise von rechts nach links stetig bewegt hat, so entsteht durch die Übertragung mit zwei Stereo- Lautsprechern der gleiche Bewegungsablauf im Wiedergaberaum.

Derartige Aufnahmen sind gut geeignet, die Übertragungsqualität hinsichtlich technischer Anforderungen zu beurteilen. Die Einführung der Stereophonie war ein bedeutsamer Schritt auf dem Gebiet der Musikwiedergabe, eine Tatsache, die darin zum Ausdruck kommt, daß heute alle hochwertigen Übertragungssysteme in Zweikanal-Technik ausgeführt sind und stereophonische Aufzeichnungen in einem reichhaltigen Programm angeboten werden.

Bei der Musikübertragung mit Hilfe der Quadro- phonie-Technik sind außer den beiden Stereo-Kanälen zwei weitere Informationskanäle erforderlich. Es handelt sich hier also um eine vollwertige echte Vierkanal-Technik (Bild 7). Als Ausgangspunkt für die Quadrophonie gelten die Reflexionsverhältnisse in einem Konzertsaal. Bei den Erläuterungen des (mono) 3D- Raumklangs wurde erwähnt, daß der Zuhörer im Konzertsaal sowohl Direktschall von vorn als auch den sogenannten Reflexionsschall von allen Seiten erhält. Dieser Reflexionsschall trifft den Hörer jedoch immer etwas später als der Direktschall. Der Grund dafür ist, daß eine von den Wänden reflektierte Schallwelle einen weiteren Weg zurücklegen muß als der Direktschall.

Für Schallplatten wurde unter anderem das CD 4-Verfahren entwickelt, bei dem die beiden zusätzlichen Kanäle in entsprechender Form einem 30-kHz-Träger aufmoduliert sind. Diese Modulationen werden den bisherigen Stereo-Signalen überlagert. Dabei ergibt sich aber zwangsläufig eine Bandbreite bis wenigstens 45 kHz.

Auf der Wiedergabeseite erfolgt nach der Abtastung eine Demodulation. Dem Vorteil dieser Technik, die vier Kanäle unter Beibehaltung der üblichen Rillenflanken-Modulation im Prinzip mit guter Kanaltrennung übertragen zu können, steht neben der bereits erwähnten Tatsache, daß ein solches Verfahren für UKW-Betrieb nicht in Frage kommt, ein großer Nachteil gegenüber:

Heute übliche Abtastsysteme können dabei wegen der bis etwa 45 kHz ausgedehnten Bandbreite nicht verwendet werden. Die CD 4-Technik ist eine gute, aber teure Lösung.

Bei der SQ-Technik werden die vier Informationskanäle vor der Aufzeichnung so codiert und zusammengefaßt, daß nur zwei Kanäle (wie bei der Stereophonie) aufgezeichnet werden. Bild 8 zeigt schematisch die Umwandlung der vier voneinander unabhängigen Kanäle mit einem Coder in zwei Kanäle. Die Aufgabe des Coders ist es also, die vier verschiedenen Informationen Lv (vorn links), LH (hinten links), RH (hinten rechts) und Rv (vorn rechts) so zu zwei Kanälen zusammenzufassen, daß durch eine entsprechende Decodierschaltung wieder eine einwandfreie Auf Spaltung in die ursprünglichen Kanäle möglich ist. Ein Informationsverlust oder eine gegenseitige Beeinflussung der vier Kanäle darf dabei jedoch nicht eintreten. Die SQ-Technik nutzt dafür die Tatsache aus, daß auch eine Phasenverschiebung zwischen zwei elektrischen Spannungen für die Codierung geeignet ist.

Gleichzeitig wird jedoch im Coder eine hinsichtlich Frequenz und Amplitude gleiche Hilf sspannung erzeugt, die lediglich um 90° phasenverschoben ist. Diese Spannung wird dem Kanal R zugeführt. Auf der Wiedergabeseite, auf der die Signale L und R zum Decoder gelangen, kann durch entsprechende Phasenbeziehungen der Schaltung festgestellt werden, daß beide Spannungen bezüglich Frequenz und Amplitude gleich sind, sich jedoch in der Phase um 90° unterscheiden. Dies ist das Kennzeichen für den Decoder, daß im Kanal LH ein Signal vorhanden war.

In den Bildern 12 und 13 sind die Verhältnisse dargestellt, wenn nur das Signal RH vorliegt. Die dann in den Kanälen L und R vorhandenen Spannungen ergeben eine Drehbewegung des Schneidstichels entgegen dem Uhrzeigersinn. Die beiden Kanäle LH und RH unterscheiden sich also durch die Richtung der Drehbewegung. Sie sind dadurch eindeutig bestimmt und unabhängig voneinander.

Wenn neben dem Signal LH auch ein Signal in einem der beiden vorderen Kanäle, zum Beispiel Lv, vorliegt, so gelangt dieses Signal, ohne daß eine phasenverschobene Hilfsspannung erzeugt wird, direkt zum Kanal L. Ausgelöst durch das Signal LH, tritt dabei im Kanal R nur eine äquivalente Hilfsspannung mit 90° Phasenverschiebung auf (Bild 14). Der Schneidstichel-Drehbewegung nach Bild 11 ist dann eine weitere unter 45° zur Schallplatten- Oberfläche in der linken Rillenflanke liegende Bewegung überlagert (Bild 15).

Die Unterscheidungsmerkmale der vier Kanäle innerhalb der Schallplattenrille sind also
-

• Kanal Lv (vorn links): 45°-Auslenkung links,
• Kanal LH (hinten links): kreisförmige Bewegung im Uhrzeigersinn,
• Kanal RH (hinten rechts): kreisförmige Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn,
• Kanal Rv (vorn rechts): 45°-Auslenkung rechts.

-
Auf der Wiedergabeseite werden die beiden codierten Kanal-Modulationen mit dem Tonabnehmer zweikanalig abgetastet, wobei ein Unterschied im Abtastvorgang gegenüber der üblichen Stereo-Technik nicht vorliegt. Die im Tonabnehmer entstehenden elektrischen Spannungen entsprechen unter der Voraussetzung, daß sowohl beim Aufzeichnen mit der Schneidapparatur als auch im Abtastsystem keine Verfälschungen erzeugt werden, genau den vom Coder vor der Aufzeichnung gebildeten Spannungen.