Dolby Prologic und -Digital

Dolby Prologic und Dolby Digital.

Verschiedentlich wurde hier schon über die Tonqualität von Surround-Receivern diskutiert, hauptsächlich über die Frage, ob ein solches Gerät für Stereo eigentlich geeignet sei und ob es gegenüber einem Stereogerät Nachteile gibt.

Dazu mal ein Prinzipschaltbild, wie ein solches Gerät aufgebaut sein kann.



In diesem Fall gibt es einen Digitaleingang, der im Digitaldecoder in die einzelnen Kanäle aufgeteilt wird. Dabei ist zu beachten, dass dem Decoder ein datenreduziertes Signal zugeführt wird, ähnlich MP3. Damit ist eine mögliche Klangveränderung nicht ausgeschlossen.

Das Analogsignal wird hier einem AD-Wandler zugeführt und damit digitalisiert. Im Prologic-Baustein wird das Signal decodiert und daraus ebenfalls die einzelnen Kanäle gewonnen. Zu den Konsequenzen später mehr im Prologic-Abschnitt.

Das Digitalsignal wird anschliessend durch sog. DSP (digitale Signalprozessoren) bearbeitet, wobei eine Klangregelung ebenso möglich ist wie eine Zufügung von Hall oder eine Pegelbeeinflussung und Verzögerung der einzelnen Signale.

Am Ausgang wird das diegitale Signal wieder in ein analoges gewandelt und den Endstufen zugeführt.

In diesem zweiten Fall ist ein „Direkteingang“ vorhanden, der aber ebenfalls durch die ganze DSP-Kette geführt wird. Damit wären zwar Klangbeeinflussungen aus dem Prologic-Teil bei Direktbetrieb verhindert, nicht aber jene aus dem DSP-Teil.




Im dritten Fall nun ist der Direkteingang so angeordnet, dass sowohl das Prologic-System als auch der ganze DSP-Bereich umgangen wird. Bei dieser Variante kann man folglich davon ausgehen, dass keine Klangbeeinflussungen durch irgendwelche Systeme entstehen, die für dieses Signal nicht benötigt werden.



Nun zu den einzelnen Einheiten:

Beim Dolby Digitaldecoder
ist die Klangbeeinflussung vergleichbar jener eines MP3-Systems. Je nach Datenreduktionsmenge unterscheidet sich das Signal mehr oder weniger deutlich vom Original. Man kann dies auch mit einem datenreduzierten Fernsehbild vergleichen.
Ein nicht reduziertes Bild bietet jederzeit den vollen Bildinhalt und die maximale Bildschärfe.
Wenn man die Daten reduziert, so überträgt man zuerst mal das, was sich gegenüber dem letzten Bild verändert hat. Das ist vergleichbar einem Trickfilm, bei welchem der Körper der Figur unverändert bleibt, auch der Hintergrund, und momentan nur die Mund- und Handstellung verändert wird.
Wenn man also zwei Bilder vergleicht, ist die Datenmenge bedeutend geringer als wenn man jedes mal das komplette Bild überträgt.
Mit diesem Trick erreicht man eine sehr hohe Bildschärfe mit niedrigsten Datenmengen, solange alles relativ stationär bleibt.
Hat man eine Bewegung der ganzen Szene, etwa bei einem Fussballspiel, so nimmt die Schärfe der Bewegungen stark ab, was aber einen „rasanten“ Eindruck hinterlässt.

Wenn wir das nun mit dem Ton vergleichen, so haben wir bereits bei Stereo in den beiden Kanälen Ereignisse und Töne, die andere total verdrängen. Daher wird bei MP3 rund 10% übertragen und 90% „weggeworfen“.
Wenn man nun mehr akustische Kanäle überträgt, so kann man den Effekt ausnützen, dass bestimmte Ereignisse aus einer Richtung andere Ereignisse aus einer anderen Richtung ebenfalls verdrängen. Es ist also noch eine Steigerung gegenüber MP3 möglich, oder wenn die Datenmenge es zulässt, kann man auf den Hauptkanälen normalerweise die Reduktion verringern, dafür in den meisten Fällen auf den Rückkanälen vergrössern.

Dazu folgendes: Die normale Messung von Frequenzgang, Klirr un Rauschen an einem MP3-Codec bringt nicht viel. Die Daten sind in jedem Fall ausgezeichnet. Dies einfach darum, weil man üblicherweise nicht mit einer Mischung verschiedener Frequenzen gleichzeitig misst, also einem Signal, das der Musik entspricht, sondern mit einzelnen Signalen. Und unter diesen Bedingungen ist die Datenmenge gering. Dazu wieder ein Vergleich mit einer Bilddatei: Eine rote Fläche der Grösse 600 x 400 hat als BMP-Datei 703 kB, als JPG aber nur 4,32kB
So ist es auch bei den Testsignalen. Ein Sinus muss nicht im geringsten verändert werden, ein Musiksignal aber schon. Daher sind die Messungen nicht aussagekräftig.
Was aussagekräftig ist, ist das, was der Datenreduktion zugrunde liegt, also wie gross die Datenmenge letztlich sein darf und was unter welchen Umständen verändert und was unterdrückt wird.

Es würde zu weit führen, wollte man an dieser Stelle die ganzen Algorithmen auseinander nehmen, welche die Grundlage einer solchen Datenreduktion bilden. Unbestritten ist aber, dass letztlich um ein vielfaches mehr beeinflusst wird, als es übliche Elektronik tut.

Ganz anders sieht es beim Prologic-Baustein aus. Dieser hat als Grundlage ein Stereosignel. Und anders als beim Digitaldecoder, der echte 5 Kanäle verarbeiten kann, also auf jedem Kanal GLEICHZEITIG ein anderes Signal, gibt es beim Prologic nur zwei völlig getrennte Signale. Diese entsprechen zuerst einmal einem Stereosignal, also links und rechts.

Das Prologic war zuerst mal ein Versuch, Stereo im Kino sinnvoll wiederzugeben. Wenn wir zuhause vor den Lautsprechern sitzen, so haben wir unter allen Umständen ein Links und ein Rechts. Aber wir haben nur bei genauer Platzierung in der Mitte auch eine Ortung der Mitte. Sitzen wir links oder rechts, gibt es die Mitte nicht mehr, sondern alles kommt aus dem näheren Lautsprecher, was mittig sein sollte.
Im Kino hat man also bei reinem Stereo die Schauspieler zwar mitten auf der Leinwand, aber der Dialog kommt je nach Sitzposition von L, C oder R.

Um das Problem zu lösen, hat man einen zusätzlichen Centerkanal realisiert, also einen Lautsprecher mittig hinter die Leinwand gestellt. Und wenn das Signal von L und R genau identisch ist, ergibt das elektrisch eine Addition von 6dB, während es per Ohr in der Natur nur eine Addition von 3dB gäbe. Mit diesem Trick hat man also erreicht, dass der Center bei reinem Mono etwas lauter wurde. Nur reichte das nicht aus, das Problem zu lösen.

Dazu muss ich etwas ausholen.
Stereo kann man übertragen durch L und R. Man kann aber auch zwei neue Signale bilden, nämlich einmal L+R und einmal L-R.
Man macht also einmal ein Summensignal, auch Mono oder Mitte oder Center genannt, und einmal ein Differenzsignal, auch Seitensignal genannt.
In der Praxis haben wir zuhause für Stereo zwei Lautsprecher, L und R. Wenn wir nun in M(itte) und S(eite) aufzeichnen, müssen wir für die Lautsprecher wieder das L und R herstellen. Das geht wieder mit einer Addition und einer Subtraktion.
M ist L+R, S ist L-R.

Nehmen wir M und addieren dazu S, so gibt das
(L+R) + (L-R) = 2L
Subtrahieren wir S von M, so gibt dies
(L+R) – (L-R) = 2R

Jetzt hätten wir eigentlich wieder das Stereosignal. Und wir haben ein Mittensignal, nämlich M=L+R
Das bedeutet, dass das Mittensignal über den Centerlautsprecher wiedergegeben werden muss. Wenn wir aber ein reines Mittensignal haben, so bedeutet das, dass es keine Differenz zwischen L und R gibt. L-R ist also NULL!
Das ist der Fall, wenn L und R die gleichen und gleich starken Signale sind. Nur dann ist S = Null.

Im Kino hal man also den linken Kanal gehabt und den rechten und zusätzlich den Centerlautsprecher. Und man hat mit einem Mischer L und R zusammengefügt als Centersignal. Man hat aber auch (man hat das R-Signal verpolt angeschlossen) L-R erzeugt und die entstandene Spannung dazu verwendet, die Lautstärke des Mittensignals zu regeln. Immer, wenn ein S-Signal vorhanden war, hat man den Center zugedreht und wenn es kein S-Signal (L-R) gab, hat man den Center laufen lassen.
Das bedeutet, dass der Center dann lief, wenn gar nichts zu hören war (damit stört er ja nicht) und immer dann, wenn ein reines Mono- oder Mittensignal vorhanden war und immer dann, wenn die Hauptlautsprecher unterschiedliche Signale übertragen haben, hat man den Center zurück geregelt.

Mit diesem Trick bekam man einen Centerlautsprecher, der immer dann aktiv war, wenn ein Dialog stattfand. Musik und alles andere war in Stereo zu hören.
Und genau so geht es noch heute bei Prologic. Zusätzich wird einfach noch laufend ein Phasenabgleich durchgeführt, um die Effizienz zu steigern. Und mit solchem Abgleich kann man auch etwas über die Hauptlautsprecher wiedergeben und gleichzeitig ein anderes Signal über den Center, wobei die Signale eine „Verwandtschaft“ haben müssen. Ganz auftrennen kann man die Wege nicht.

Bleiben wir mal kurz an dieser gedanklichen Position: Wir wissen, dass wir Klirr (je nach Beschaffenheit) in der Grössenordnung von 1% wahrnehmen können. Wenn wir zwei Signale addieren, bekommen wir das Doppelte. Und in so einem Signal stört uns 1% Fremdsignal (Klirr).
Wenn wir aber zwei Signale subtrahieren, bekommen wir irgendwann NULL. Allerdings können da noch Fremdsignalanteile vorhanden sein, die sich nicht subtrahieren, weil sie im Pegel, in der Frequenz oder der Phase unterschiedlich sind. Und mit der Phasenabgleicherei versuchten wir ja, eine möglichst gute Kanaltrennung für das Nutzsignal zu erreichen. Damit bekommen wir aber eine verschlechterte Subtraktion der Störsigale.
Das bedeutet doch, dass wir auf einem momentan stummen Kanal (nicht zugeregelt wie der Center, sondern stumm durch Subtraktion der Signale) Störsignale ansehnlicher Grösse bekommen, die je nach Sitzposition (Nähe zum Lautsprecher) deutlich zu hören sind.

Auch wenn es seltsam klingt, es ist so:
Könnten wir bei einem M-Signal von einem richtigen Monosignal ausgehen, wie es entsteht, wenn wir L und R dirkt verbinden, so gäbe es keinen hörbaren Klirr auf einer Stufe, welche wieder eine Differenz aus den beiden L und R bildet.
Wenn wir aber z.B. eine Mono-Schallplatte abspielen und aus den beiden Kanälen L und R die Differenz bilden, so haben wir Rauschen und Rumpeln und Kratzen und Klirr. Und bei einer beliebigen analogen Aufzeichnung haben wir auch diese nicht mehr identischen Klirr- und Störsignale.

Das bedeutet, dass ein Stereosignal durch den Prologic-Baustein am Center Klirr entstehen lassen kann und dass dann (die Hauptlautsprecher werden dann leiser, wenn ein Signal nur über den Center wiedergegeben wird), wenn der Center in Betrieb ist, die Centersignale aus den Hauptlautsprechern durch Subtraktion entfernt werden und damit die Reste, eben Klirr auch an diesen Hauptlautsprechern vermehrt zu vernehmen ist.
Es wird also fast dauernd über die eigentlich stummen Lautsprecher Störgeräusch verbreitet, das den Klang eindeutig verändert. Und das geschieht unabhängig davon, ob so ein Prologic-Baustein analog oder digital arbeitet.

Und so, wie der Center angesteuert wird, wenn das Differenzsignal NULL ist, so werden die Rückseitenlautsprecher angesteuert, wenn das S-Signal grösser ist als das M-Signal.
Bei Prologic I wurde allein dieses Kriterium verwendet, denn die beiden Rückseiten-Lautsprecher übertrugen ein gemeinsames Signal. Und dies erst noch mit eingeschränkter Bandbreite.
Bei Prologic II hat man dann die Rückseiten-Kanäle getrennt und mit eigenen Lautstärkesteuerunge versehen. Es ist nach wie vor EIN Signal, aber wenn der linke Hauptlautsprecher lauter gehen würde, wird auch der linke Rückseiten-Lautsprecher lauter gestellt. Damit ist also eine differenzierte Lautstärke des einen Signals auf den beiden Rückseitenlautsprechern gegeben.

Für 6.1 kann man analog dem Center die beiden unterschiedlich geregelten Rückseitensignale wieder zu einem Rück-Center zusammenfassen, der nur dann spielt, wenn die beiden Pegel der Rückseiten-Lautsprecher identisch sind.
Und für 7.1 macht man die gleiche Kombination wieder aus dem jeweiligen Rück- und Hauptkanal.
Diese Tricks werden aber meist digital gelöst, denn sie kommen auch bei Dolby Digital zur Anwendung.

Es ist also unbestritten, dass Prologic nicht unbedingt Klirr erzeugt, aber durch die Subtraktionsschaltungen wird Nutzsignal ausgeblendet, Störsignale aber verstärkt wiedergegeben. Dies führt eindeutig zu Klangbeeinflussungen.
Mit konventionellen Messungen ist auch diesem Phänomen nicht beizukommen, denn nur wenn schon Unzulänglichkeiten vorhanden sind, werden diese vermehrt hörbar. Ein unverzerrter Testton lässt sich auch klirr- und störungsfrei subtrahieren.


Damit wären wir beim dritten Baustein, dem digitalen Hall und der Klangregelung usw.
Prologic I verwendete zur besseren „gehörten“ Kanaltrennung des Rückkanals erstens einen Dynamikexpander und zweitens eine Verzögerung. Als Schalleinfallsrichtung wird nämlich jener Schall besonders gewichtet, der zuerst eintrifft. Ein verspätet eintreffender Schall kann um einiges lauter sein als der Erste, er wird trotzdem nicht entsprechend zur Ortung einbezogen. Darum wird bei Prologic I (und damit zwangsläufig auch Prologic II) der Rückkanal verzögert.
Um nun unterschiedliche Lautsprecher-Zuhörerabstände auszugleichen, werde alle Signale mehr oder weniger verzögert. Und meist wird die Klangregelung und die Lautstärke ebenfalls auf digitaler Ebene eingestellt. Diese Funktionen sind nicht störend und haben eigentlich auch bei Stereo keinen negativen Einfluss.
Allerdings kann diese Einheit noch mehr. Im Kino werden bisweilen tieffrequente Effekte eingesetzt, welche über Subwoofer wiedergegeben werden. Die Wirkung wird dabei durch ein sogenanntes Bassmanagement dosiert. Folglich wird sowas auch hier verwirklicht. Und da nicht garantiert ist, wann es aktiv ist und wann nicht, kann es auch im ganz normalen Stereomodus im Einsatz sein und eine Musik total verfälschen.
Oder es ist möglich, da ja bereits Delays vorhanden sind, weitere solche zusammen mit Klangreglerteilen zu einem Hall zu verbinden, der einen bestimmetn Raum darstellen soll. Diese Effekte verfälschen den Klang rein durch ihre Wirkung und nicht durch schlechte Messwerte. Will man also eine unverfälschte Wiedergabe, so muss man sicher stellen können, dass all diese Kinkerlitzchen ausschaltbar sind, so wie es im dreitten Prinzipschaltbild beim Direkteingang der Fall ist.

Eine Meesung eines AV-Receivers muss sich eigentlich auf diesen Direkteingang beschränken, wie er in Bild 3 dargestellt ist.
Andere Messungen zeigen höchstens, dass es im Gerät sonst keine schlechten Messwerte gibt. Sie sagen aber nichts über eine Klangbeeinflussung aus.
Wenn man also so ein Ding als Stereoverstärker nutzen möchte und dabei die geringst mögliche Klangbeeinflussung anstrebt (also Hifi im engeren Sinn), so ist eine Schaltung gemäss Bild 3 zwingend. Nur lässt sich dies meist nicht aus den Unterlagen heraus lesen.