Aus einem Fachtext zum Thema (ins Deutsche übersetzt) - von dem Kopf hinter THX:
Kompromisse beim Setup
Häufig befinden sich Geräte, Fenster oder Türen genau dort, wo die Lautsprecher idealerweise stehen müssten. Falls nötig, können folgende Kompromisse eingegangen werden:
Grundsätzlich ist das Gehör im Frontbereich etwa dreimal weniger empfindlich gegenüber Fehlern in der Höhenplatzierung als gegenüber horizontalen Fehlern. An den Seiten und im hinteren Bereich werden diese Platzierungsfehler jedoch deutlich größer, weshalb dort mehr Freiheit bei der Aufstellung besteht. Daher ist es zulässig, Lautsprecher bei Bedarf über Hindernisse hinweg zu platzieren. Am besten werden die Lautsprecher jedoch nur so weit angehoben, dass sie Hindernisse gerade überragen, denn bei zu großer Höhe entstehen starke Schallreflexionen an Bedien- oder Kontrollflächen, die nachweislich hörbar sind.
Die Toleranz bei den Platzierungswinkeln der Surround-Lautsprecher ist groß. Wahrscheinlich sollten beide Surround-Lautsprecher in etwa denselben Winkel zur Mittelachse haben, wobei ein Bereich von ±10° um den 110°-Winkel akzeptabel ist. Die Platzierung der Surrounds ist häufig ein Kompromiss, da der Produzent oft hinter dem Toningenieur sitzt. In diesem Fall sind die Surround-Winkel für den Produzenten deutlich kleiner als für den Ingenieur – besonders in kleineren Räumen. Vor diesem Hintergrund kann es sinnvoll sein, vom Sitzplatz des Ingenieurs aus einen etwas größeren Winkel als 110° zu wählen, um den Produzenten innerhalb des Surround-Feldes zu platzieren statt dahinter.
Bei ausreichend niedriger Übergangsfrequenz und steiler Filterflanke sowie geringer Verzerrung des Subwoofers wird dessen Platzierung für die Ortung unkritisch. Daher kann der Subwoofer dort aufgestellt werden, wo der gleichmäßigste Frequenzgang erreicht wird. Dies ist häufig eine vordere Raumecke oder – bei zwei Subwoofern – einer in einer vorderen Ecke und einer auf halber Länge einer Seitenwand oder zentriert an den beiden Seitenwänden, um die Anregungspunkte des Raums zu verteilen und stehende Wellen besser auszugleichen.
Center
In vielen Hörsituationen ist es unmöglich, den Center-Lautsprecher exakt bei 0° (geradeaus) und 0° Elevation zu platzieren. In vielen Fällen befinden sich dort andere Geräte. Bei praktischen Situationen mit Displays oder Bedienelementen ergeben sich folgende Möglichkeiten:
- oberhalb der Display-/Bedienflächen
- unterhalb der Display-/Bedienflächen
- hinter dem Display
Die Platzierung oberhalb der Display- oder Bedienfläche ist in vielen professionellen Studios üblich, kann jedoch einen Nachteil haben: In vielen Fällen sind die Schallreflexionen von der Bedienoberfläche deutlich hörbar. Die empfohlene Platzierung für Monitorlautsprecher ist so, dass der Haupt-Hörer den gesamten Lautsprecher sehen kann, knapp über dem höchsten Hindernis. Dadurch beugt sich der Schall über das Hindernis, während dieses – etwa ein Videomonitor – einen akustischen Schatten in Richtung der Bedienoberfläche erzeugt.
Die Oberkante des Hindernisses kann mit dünnem Absorptionsmaterial versehen werden, um hohe Frequenzen zu dämpfen, die sonst reflektiert würden.
Ein weiterer Grund, den Center-Lautsprecher nicht zu hoch zu platzieren, ist die Bauweise professioneller Monitore: Ihre Treiber sind bei vertikal ausgerichtetem Gehäuse meist auf einer vertikalen Linie angeordnet. Dadurch ist die horizontale Abstrahlung gleichmäßiger als die vertikale, die stärker unter Übergangseffekten zwischen den Treibern leidet. Wird ein Lautsprecher stark erhöht und nach unten geneigt, um auf den Sitzplatz des Mischers zu zielen, ist der Sitzplatz des Produzenten dahinter oft schlecht abgedeckt – es können Mitteneinbrüche im Direktschall auftreten. (Zudem sitzt der Produzent in engen Räumen oft nahe an der Rückwand, was dort zu stärkerem Bass führt als am Mischplatz.)
Ein dritter Grund gegen eine zu starke Erhöhung des Center-Monitors ist, dass wir je nach vertikalem Winkel mit unterschiedlichem Frequenzgang hören. Dieser Effekt wird als kopfbezogene Übertragungsfunktion (HRTF) bezeichnet und lässt sich leicht beobachten: Spielt man Rosa Rauschen über einen Monitor und bewegt den Kopf nach oben und unten, hört man deutliche Klangveränderungen. Da die meisten Endnutzer keine stark erhöhten Lautsprecher haben, sollten auch im Studio ähnliche Winkel verwendet werden, um eine vergleichbare Wahrnehmung zu erzielen.
Eine Position unterhalb der Display- oder Bedienfläche ist in den meisten professionellen Anwendungen aus offensichtlichen Gründen nicht praktikabel, kann aber in Vorführräumen mit Direkt- oder Rückprojektion sinnvoll sein. Der Grund ist, dass sich Zuschauer so positionieren, dass sie die Leinwand sehen können. Dadurch sitzen weiter entfernte Zuhörer höher als nahe sitzende. Das Problem der vertikalen Abdeckung wird reduziert, da die Zuhörer aus Sicht des Lautsprechers einen kleineren vertikalen Winkel einnehmen, was zu einem gleichmäßigeren Frequenzgang führt.
Wenn möglich, ist die beste Lösung oft Frontprojektion mit Lautsprechern hinter der Leinwand unter Verwendung spezieller perforierter Screens. Klassische Kinoleinwände mit Perforation dämpfen hohe Frequenzen jedoch zu stark für Videoanwendungen. In den letzten Jahren wurden jedoch Leinwände mit sehr viel kleineren Perforationen entwickelt, die hohe Frequenzen nahezu transparent durchlassen und weniger sichtbar sind. Allerdings können Perforationsmuster mit den Pixelrastern moderner Projektoren interferieren und Moiré-Effekte erzeugen. In solchen Fällen sind gewebte, akustisch transparente Leinwände – etwa von Screen Research – notwendig.
Übrigens wird davon abgeraten, den Center-Lautsprecher „außermittig“ zu platzieren, um Platz für einen Videomonitor zu schaffen. Stattdessen sollte man den Lautsprecher anheben, über dem Monitor positionieren und – wie in Abb. 2-6 gezeigt – etwas nach hinten versetzen, um einen „akustischen Schatten“ zu erzeugen und die direkten Reflexionen vom Mischpult zu reduzieren. Dies ist zulässig, da das Gehör empfindlicher auf horizontale als auf vertikale Platzierungsfehler reagiert.
Ein „Top-und-Bottom“-Ansatz für den Center-Kanal, um ein vertikales Phantomzentrum auf dem Bildschirm zu erzeugen, mag zunächst attraktiv erscheinen, hat jedoch zwei große Probleme. Erstens haben diese beiden Schallquellen aufgrund unterschiedlicher HRTFs am Trommelfell unterschiedliche Frequenzgänge. Zweitens wird man extrem empfindlich gegenüber der Ohrhöhe des Zuhörers: Schon eine Abweichung von einem Zoll vom optimalen Punkt kann eine hörbare Kammfilter-Auslöschung in den Höhen verursachen.
Links und Rechts
Ein Problem bei der Verwendung von ±30° für die linken und rechten Lautsprecher bei Bildton ist, dass diese Lautsprecher bei einem so großen Winkel oft außerhalb der Bildfläche liegen. Filmton basiert darauf, dass die Lautsprecher knapp innerhalb der linken und rechten Bildgrenzen positioniert sind, um Stereoabbildungen zu erzeugen, die zur Bildbreite passen. So stimmen linke Tonereignisse mit linken Bildereignissen überein.
Wird Filmton jedoch auf Video übertragen und die Lautsprecher befinden sich außerhalb der Bildgrenzen, können Probleme auftreten. Professionelle Hörer bemerken horizontale Bild-Ton-Verschiebungen von etwa 4°, und etwa 50 % des Publikums empfinden eine Verschiebung von 15° als störend. Ist das Bild deutlich schmaler als 60°, muss ein Kompromiss gefunden werden zwischen optimalem Klang (±30°) und optimaler Bild-Ton-Kongruenz (nicht mehr als etwa 4° außerhalb der Bildgrenzen). Für Produktionen ohne Bild ist dies irrelevant, ebenso für Programme, bei denen die exakte Bild-Ton-Zuordnung weniger kritisch ist. Bei einem HDTV-Bildschirm mit insgesamt 32° horizontalem Sehwinkel [3] gelten Lautsprecher bei ±30° als zu weit außen und werden üblicherweise näher an die Bildränder oder sogar leicht innerhalb gesetzt (bei Frontprojektion mit perforierten Leinwänden). Dies reduziert zwar die wahrgenommene Quellbreite der Direktkanäle, ist aber notwendig, wenn Bild- und Tonortung übereinstimmen müssen.
[3] Dieser Winkel ergibt sich daraus, dass HDTV horizontal 1920 Pixel hat und 20/20-Sehschärfe einer Winkelauflösung von 1/60° entspricht. 1920 geteilt durch 60 ergibt 32°.
Surround
Selbst wenn die Surround-Lautsprecher dasselbe Modell wie die Frontlautsprecher sind, wird ein Unterschied im wahrgenommenen Frequenzgang bestehen. Ursache sind die HRTFs: Entscheidend ist der Frequenzgang im Gehörgang, nicht der am Mikrofon gemessene. Der Kopf reagiert unterschiedlich auf Schall von vorne und aus dem hinteren Quadranten. Selbst bei identischen Schallfeldern an der Kopfposition klingen Front- und Surround-Signale unterschiedlich. Eine Abbildung in Kapitel 6 zeigt die erforderliche Entzerrung, um den Surround-Lautsprecher spektral an den Center anzugleichen (nur Direktschall, ohne Reflexionen und Nachhall).
Die Surround-Lautsprecher können gegenüber den Fronts erhöht werden, ohne größere Probleme zu verursachen. Bei zu großer Höhe werden sie jedoch schwerer voneinander unterscheidbar und wirken eher wie ein monophoner Kanal. Experimente zeigen für die meisten Programme kaum Unterschiede zwischen 0° und 45° Elevation. Einige Mischer beklagen sich jedoch bei Programmen mit Publikumsgeräuschen (z. B. Applaus), dass erhöhte Surrounds den Eindruck vermitteln, man sitze unterhalb des Publikums.
Subwoofer
In einem Fall bei FCC-Listening-Tests für niedrigbitratige Codecs im Digitalfernsehen platzierte ich zunächst zwei Subwoofer zwischen Links und Center sowie zwischen Center und Rechts. Da keine Zeitverzögerungen einstellbar waren (siehe unten), schien dies die beste Ankopplung an die Hauptkanäle zu ergeben. Diese symmetrische Anregung des Raums führte jedoch zu einem ungleichmäßigen Frequenzgang. Durch das Versetzen eines Subwoofers auf halbem Weg zwischen Front- und Surround-Lautsprechern wurde der Frequenzgang deutlich glatter. Dieser Vorgang wird „Placement Equalization“ genannt und erfordert zwar einen Spektrumanalysator, ist aber sehr effektiv.
Die Verwendung eines gemeinsamen Subwoofers für alle fünf Kanäle basiert auf psychoakustischen Prinzipien. Tiefe Frequenzen sind schwer zu lokalisieren, da ihre langen Wellenlängen kaum Pegelunterschiede zwischen den Ohren erzeugen. Der Schall beugt sich um den Kopf, Zeitunterschiede sind zwar vorhanden, werden aber bei sinkender Frequenz weniger wahrnehmbar. Deshalb nutzen die meisten Systeme fünf Lautsprecher mit begrenztem Frequenzbereich und einen Subwoofer, der sowohl die tiefsten Frequenzen aller fünf Kanäle als auch den .1-Kanal übernimmt. Die Wahl der Übergangsfrequenz – basierend auf Experimenten mit den empfindlichsten Hörern und Programmmaterialien – führte zur Festlegung von 80 Hz für hochwertige Consumer-Systeme.
Ein weiterer Faktor bei der Ortung von Subwoofern ist die Steilheit der Filter, insbesondere des Tiefpasses. Ist dieser nicht steil genug (z. B. weniger als 24 dB/Oktave), gelangen höhere Frequenzanteile durch den Filter und ermöglichen eine Ortung. Zusätzlich kann der Subwoofer durch Verzerrungen oder durch Strömungsgeräusche an Bassreflexöffnungen lokalisiert werden. Beide erzeugen höhere Frequenzanteile außerhalb des Subwooferbereichs. Sorgfältige Konstruktion und eine Platzierung, bei der Portgeräusche nicht direkt zum Hörer zeigen, helfen hier.
Niemand fordert, dass alle fünf Kanäle einzeln bis 20 Hz reichen müssen. In realen Räumen würde dies aufgrund unterschiedlicher Raumanregungspunkte zu stark variierendem Bass führen. Selbst „Full-Range“-Profimonitore haben meist eine untere Grenzfrequenz von 40–50 Hz, weshalb Bassmanagement darunter sinnvoll bleibt. Bei sehr großen PMC-Monitoren auf der CES fand ich die beste Ankopplung an einen Whise-616-Subwoofer (1,5 m Würfel mit vier 15-Zoll-Treibern, −1 dB bei 16 Hz) bei 25 Hz. Das Zuschalten des Subwoofers für 16–25 Hz war bei manchen Konzertaufnahmen hörbar. Dennoch bleibt der Markt pragmatisch: Die besten Kinosubwoofer liegen meist bei −1 dB um 24–26 Hz.
Close-Field-Monitoring
Die Idee des „Near-Field-Monitorings“, besser als Close-Field-Monitoring bezeichnet, erscheint zunächst plausibel: Kleine Lautsprecher nahe am Hörer erzeugen ein Schallfeld mit dominantem Direktschall und geringerer Raumbeeinflussung. Angeblich resultiert daraus ein gleichmäßigerer Frequenzgang.
In der Praxis sind diese Vorteile jedoch meist nicht realisierbar. Die kleinen Lautsprecher strahlen breit ab, interagieren stark mit nahen Flächen und reflektieren z. B. auf Mischpultoberflächen in deutlich hörbarem Maß. Zudem erweitern diese Flächen die Schallwand des Lautsprechers und verändern den Grundtonbereich. Auch im Nahfeld gibt es nur eine Übertragungsfunktion zwischen Quelle und Hörer. Raummoden wirken sofort – auch in kleinen Räumen – sodass die Annahme, man entgehe Raumproblemen, falsch ist.
Ein weiteres Problem ist der Übergangsbereich zwischen Tieftöner und Hochtöner. Bei geringer Hördistanz wird die exakte Hörposition kritisch: Schon eine Bewegung von 15 cm kann den Direktschall-Frequenzgang stark verändern und hörbar sein.
Close-Field-Monitore entstanden ursprünglich als Ersatz für einfache Kontrolllautsprecher auf dem Mischpult. Im Mehrkanalbetrieb könnte man versucht sein, ein großes Referenzsystem und ein kleines Nahfeldsystem zu kombinieren – das wäre jedoch ein Fehler:
- Eingebaute Großmonitore sind oft zu hoch und erzeugen starke Reflexionen.
- Close-Field-Monitore leiden unter den genannten Problemen.
- Sie erreichen oft nicht den nötigen Pegel für Referenzkalibrierung.
Das beste System liegt vermutlich zwischen diesen Extremen: ausreichend laut, verzerrungsarm, mit breitem und glattem Frequenzgang und geeignet für Referenzpegel und Headroom.
Zeitliche Anpassung der Lautsprecher
Einige hochwertige Heimcontroller bieten pro Kanal einstellbare Laufzeiten, was sehr hilfreich ist, wenn Lautsprecher nicht ideal positioniert werden können. Muss der Center z. B. näher am Hörer stehen als Links und Rechts, kann er verzögert werden, sodass alle Kanäle akustisch gleich weit entfernt erscheinen.
Der Hauptvorteil liegt bei Phantomschallquellen zwischen den Kanälen. Ist der Center näher als der linke Lautsprecher, wandert ein zwischen Links und Center gepannter Klang ungewollt Richtung Center. Das Stereobild „fällt“ zur Mitte zusammen – ein Effekt der Präzedenzwirkung. Korrekte Laufzeitanpassung behebt dieses Problem und erklärt, warum manche Musikproduzenten Schwierigkeiten mit dem Center-Kanal haben.
Schall breitet sich bei Raumtemperatur mit etwa 344 m/s aus. Ist der Center 30 cm näher, kommt sein Signal etwa 1,1 ms früher an. Verzögerungen in 1-ms-Schritten sind daher ausreichend. Ähnliches gilt für Surrounds, die oft weiter entfernt stehen. Auch der Subwoofer kann so angepasst werden.
Diese Verzögerungen sind deutlich kleiner als die, die für Lippensynchronität relevant sind (ab ca. 20 ms sichtbar). Zu beachten ist jedoch, dass Videosignale oft verzögert werden, ohne das Audio entsprechend anzupassen. Audio und Video sollten möglichst innerhalb von 20 ms synchron bleiben. Kinofilme sind absichtlich so gemischt, dass der Ton um ein Bild (42 ms) vorauseilt und erst in etwa 14 m Entfernung synchron wahrgenommen wird – einer typischen Zuschauerposition.
