stereofonia

Klasycznym zastosowaniem stereofonii jest system stereo lub system hi-fi do słuchania utworów muzycznych w sektorze prywatnym.

W przypadku stereofonii (od starożytnych greckich στερεός stereos , niemieckie , twarde, sztywne „ i φωνή Fone , Loud”, „dźwięk”) określa się techniki, które tworzą przestrzenne wrażenie dźwięku w naturalnym słyszeniu przy użyciu dwóch lub więcej źródeł dźwięku.

fabuła

Najwcześniejsi prekursorzy technologii stereo sięgają do francuskiego pioniera lotnictwa i wynalazcy Clémenta Adera . Podczas Międzynarodowej Wystawy Energii Elektrycznej w 1881 r. kazał on wystawiać spektakle operowe przesyłane elektrycznie do odległego pokoju za pomocą wielu kanałów, gdzie sygnały te można było odsłuchiwać przez słuchawki telefoniczne. Ader nazwał swój system „Theatrophone”.

W 1925 roku inżynier Heinrich Kluth-Nauen opracował urządzenie, które tworzy wrażenie przestrzenne z sygnału mono poprzez różnicę faz 180°. Nazwał to „stereofonem”.

Pierwsze nagrania dźwiękowe zostały wykonane w USA w 1930 roku, w których to samo wykonanie zostało zarejestrowane przez dwa mikrofony w różnych pozycjach i które później można było połączyć w nagrania stereo. Nie wiadomo jednak, czy przy tych nagraniach było przeznaczone odtwarzanie stereofoniczne, czy po prostu chcieli wypróbować różne pozycje mikrofonów.

Alan Dower Blumlein , inżynier elektryk i wynalazca w dziale badawczym EMI , rozpoczął w 1931 roku eksperymenty z tym, co nazwał „binauralnymi” technikami nagrywania, początkowo z mową. W trakcie tych eksperymentów zgłosił szereg patentów, w tym kilka standardowych obecnie metod mikrofonów stereo: AB, XY i MS. Zbieżny system dwóch ustawionych pod kątem mikrofonów o ósemkowej charakterystyce, znany dziś jako „proces Blumleina”, został nazwany na jego cześć, ale wydaje się, że nie został przez niego wymyślony. Blumlein odegrał również kluczową rolę w opracowaniu igły tnącej, aby móc rejestrować sygnały binauralne na płytach szelakowych. Na początku 1934 roku działały EMI "Abbey Road Studios" z technologią "binaural", a pierwsze eksperymenty z muzyką przeprowadzono 11 i 12 stycznia 1934 roku. Kilka dni później, 19 stycznia 1934, nagrano tam również próbę pod dyrekcją Sir Thomasa Beechama z London Philharmonic Orchestra na łącznie dziewięciu płytach. Przećwiczony nr Symfonii Mozarta 41 „Jowisz” (KV551).

Walt Disney wypuścił swój film animowany Fantasia (1940) w „Fantasound”, wczesny stereofoniczny proces dźwiękowy, który w tym czasie było w stanie odtworzyć tylko nieliczne kina.

W 1944 roku Reichs-Rundfunk-Gesellschaft w Berlinie dokonał pierwszych nagrań stereofonicznych na taśmie magnetycznej za pomocą magnetofonu . Pierwsze nagrania powstały we współpracy z dyrygentem Herbertem von Karajanem .

Możliwe, że użycie przez Blumleina terminu „binaural” w jego patentach zapobiegło dalszemu rozprzestrzenianiu się tego terminu w celu uniknięcia roszczeń patentowych. Po szybkim wdrożeniu technologii taśm magnetycznych do przemysłowej produkcji nośników dźwięku w latach pięćdziesiątych, utrwalił się termin „stereo”, wywodzący się z wizualnej technologii stereoskopii .

Sidney Frey, szef wytwórni Audio Fidelity Records , wypuścił pierwszą płytę stereofoniczną w 1957 roku: Z jednej strony słychać było hałas pociągu, z drugiej Dixieland Jazz z Dukes of Dixieland . W pierwszych kilku latach pojawiły się znaczne problemy z normalizacją, a także z zapewnieniem jakości w produkcji blach.

Na przykład The Beatles początkowo nagrywali swoje piosenki z pewnego rodzaju „techniką stereo”, która, jeśli przyjrzeć się bliżej, jest dwukrotnie „mono”. Na jednym kanale umieszczono akompaniament instrumentalny, a na drugim wokal. Ma to niewiele wspólnego ze stereo, z wyjątkiem tego, że z każdego głośnika wyszło coś innego. Termin „stereo ping-pong” jest również znany z tego okresu i odnosi się do techniki nagrywania, która pozwala instrumentom poruszać się od lewej do prawej - lub odwrotnie. Było to szczególnie ważne w początkach technologii nagrywania stereo dla muzyki popularnej: system stereo był symbolem statusu na początku lat 60. – a przecież ludzie chcieli wyraźnie słyszeć ten efekt iz dumą demonstrować go przyjaciołom.

Radiowych , pod warunkiem że coraz bardziej atrakcyjne programy oferowane przez telewizję innowację techniczną dwujęzycznych przeciwnie. Stereofonia FM została wprowadzona do nadajników VHF ( FM ) w Niemczech na 25. Wielkiej Niemieckiej Wystawie Radiowej w Berlinie 30 sierpnia 1963 roku . W latach 1967/68 każdy nadawca państwowy posiadał co najmniej jedną sieć stereofonicznych nadajników FM. Umożliwiło to nadawanie radia w lepszej jakości dźwięku niż w telewizji. Radio osiągnęło dalsze korzyści jakościowe w 1973 roku, wprowadzając binauralne nagrywanie dźwięku . Jednak ta „ stereofonia atrapy głowy ” nie mogła zwyciężyć.

Na początku lat 70. nagrania mono były „stereofoniczne” ze względu na sprzedaż, czyli generowano sztuczny sygnał stereo, który określano mianem pseudostereofonii lub „stereo elektronicznego”. Często stosowaną do tego metodą jest metoda Lauridsena-Schoddera lub jej wielokanałowa wersja.

Podstawy

Znak stereo (dźwięk 2.0) na opakowaniach DVD
Schematyczne przedstawienie stereofonii

W najprostszym przypadku poziomo rozmieszczone mapowania następuje jedynie przez różnice poziomu hemibursztynianu L lub przez różnice czasu tranzytu hemibursztynianu t dwóch sygnałów głośnikowych . Odwzorowanie gradacji głębi opiera się na wykorzystaniu wczesnych odbić i kolorowania dźwięku przez pasma Blauerta w celu wypracowania „rozproszenia i teraźniejszości” w odwzorowaniu oraz podkreślenia przestrzennego odwzorowania głębi ze stosunku składowych dźwięku bezpośredniego  D i dźwięku pomieszczenia składowe  R oraz różnice poziomów .

Podczas gdy słuchanie jest zjawiskiem psychoakustycznym wykorzystywanym przez człowieka ze swoimi uszami ze względu na międzyuszne różnice poziomów ( interaural Level Difference , ILD ) i różnice w czasie trwania ( interaural time difference , ITD ), kierunek źródeł dźwięku może zlokalizować. Ustawienie w trójkącie stereo zapewnia dobre warunki odsłuchowe do odtwarzania przez głośniki stereo . Indywidualna odległość ucha człowieka bawiącego się stereofonią głośnikową nie ma znaczenia, ale prawdopodobnie w technice binauralnego nagrywania ( stereofonia atrapy głowy ), która nadaje się tylko do odtwarzania przez słuchawki: Stereofonia atrapy głowy z różnicami sygnału międzyusznego nie mogłaby przeważyć nad jego odtworzeniem obowiązkowe są wymagane słuchawki . Normalne sygnały stereo mogą być odtwarzane przy użyciu słuchawek, ale nie można odtwarzać sztucznych nagrań głowy przy użyciu głośników; To ostatnie prowadzi do przebarwień dźwięku i wadliwego lub brakującego wrażenia stereofonicznego, ponieważ sygnały ucha wewnętrznego uzyskane za pomocą sztucznego mikrofonu nagłownego nie mogą być utożsamiane z sygnałami głośnika. Oznacza to, że ILD i ITD nie są równe Δ L i Δ t . Uszy słuchacza wykorzystują sygnały z głośników stereo do tworzenia własnych sygnałów dousznych za pomocą osobistego HRTF (funkcja przenoszenia głowy).

Aspekty akustyczne

Istnieje kilka metod nagrywania sygnałów stereofonicznych dla stereofonii głośnikowej . Jeśli chodzi o mikrofonowanie , rozróżnia się stereofonię runtime i stereofonię intensywności ( stereofonia różnicowa). Formy mieszane nazywane są stereofonią równoważną .

W przypadku stereofonii intensywnej stosuje się dwa mikrofony, których efekt kierunkowy jest wykorzystywany w taki sposób, że różnica poziomów między sygnałami na dwóch kanałach powoduje określony kierunek zdarzenia słuchowego podczas odtwarzania na podstawie głośnika stereo . Dokładniej, tylko różnice ciśnienia akustycznego są tutaj skuteczne i decydują o kierunku słyszanego fantomowego źródła dźwięku . Jeśli sygnał dźwiękowy jest rozprowadzany identycznie do dwóch głośników stereo, słuchacz odbiera fantomowe źródło dźwięku dokładnie ze środka zestawu stereo. Jeśli poziom sygnału na głośniku zostanie zwiększony, źródło dźwięku fantomowego przesuwa się w kierunku tego głośnika; przy różnicy poziomów około 18  dB (16 dB do 20 dB) słuchacz dostrzega całkowite odchylenie od kierunku głośnik. Najprostsze konfiguracje mikrofonów głównych to stereofonia X / Y (dwa mikrofony kardioidalne z odpowiednim kątem osi względem siebie, ale blisko tego samego miejsca) i stereofonia MS (mikrofon dookólny dla sumy mono (M) i mikrofon ósemkowy dla sygnał różnicowy lewy/prawy (p ), zmiksowany z lewą i prawą stroną za pomocą matrycy elektronicznej). Zobacz mikser kierunkowy i panpot . Dzięki stereofonii różnicowej największa ostrość lokalizacji źródeł dźwięku fantomowego jest generowana podczas odtwarzania głośników .

W stereofonii czasu tranzytu dwa mikrofony są ustawiane w pewnej odległości od siebie, podstawy mikrofonu , ale także w pewnej odległości od źródła dźwięku, dzięki czemu zdarzenia dźwiękowe są rejestrowane w zależności od ich położenia w różnym czasie na dwóch kanałach jako różnica czasu przejścia Δt . Jeśli sygnał dźwiękowy jest rozprowadzany identycznie do dwóch głośników stereo, słuchacz odbiera fantomowe źródło dźwięku dokładnie ze środka zestawu stereo. Jeśli sygnał w jednym głośniku zostanie teraz zmieniony przez opóźnienie , kierunek zdarzenia dźwiękowego przesuwa się w kierunku drugiego głośnika. Przy różnicy czasu przejścia około Δt = 1,5 ms (1 do 2 ms) słuchacz odbiera całkowite odchylenie (100% kierunek zdarzenia słuchowego) od kierunku głośnika. Ze względu na różną odległość między mikrofonami a źródłem dźwięku zawsze występuje pewna różnica poziomów, przynajmniej w przypadku instrumentów znajdujących się blisko mikrofonu . Najbardziej znaną konfiguracją mikrofonu głównego jest stereofonia A/B. Są to dwa mikrofony dookólne w określonej odległości, czyli podstawie mikrofonu, od siebie. Rozróżnia się „mała A / B” dla podstawy mniejszej niż 35 cm (quasi podwójna głowica) i „duża A / B” dla odpowiednio większej podstawy. Ta wartość nie jest ogólnie zdefiniowana.

Stereofonia czasu przejścia daje lepsze wrażenie przestrzenne wynikowego sygnału dźwiękowego, ale ma tę wadę w porównaniu z stereofonią intensywności, że ostrość lokalizacji źródeł dźwięku fantomowego jest niższa, a dźwięk sygnału może być odtwarzany w mniej zgodny sposób poprzez urządzeń odtwarzających mono , ponieważ wzrasta wraz z przesunięciem czasowym Zjawiska interferencyjne (usuwanie pewnych częstotliwości) mogą zafałszować wrażenie dźwięku (niekompatybilność mono).

Formy mieszane, które zgodnie z zasadą stereofonii równoważności zawierają informację lokalizacyjną zarówno o czasie pracy, jak i różnicy poziomów, próbują połączyć zalety obu metod. Dobrze znane konfiguracje mikrofonów to na przykład ORTF i NOS .

Jako rzadki sposób rejestracji należy tutaj pamiętać o technice rejestracji sztucznej głowy. Odwzorowywany jest kształt ludzkiej głowy, a w miejscu dwojga uszu mocowane są mikrofony . Ta technologia nagrywania rejestruje sygnał dźwiękowy w taki sam sposób, w jaki osoba słyszy go bezpośrednio na bębenkach usznych. Jeśli to nagranie jest słuchane przez słuchawki zgodnie z przeznaczeniem (oddzielenie głowy), słuchacz ponownie odbiera oryginalne zdarzenie dźwiękowe w uszach i może zlokalizować kierunki dźwięków , chociaż dokładna lokalizacja wstępna nie zawsze jest udana. Odwzorowanie sztucznych nagrań głowy można poprawić poprzez dostosowanie do indywidualnego HRTF , czyli funkcji przenoszenia głowy słuchacza, a także poprzez tzw. head tracking, w którym ruchy głowy uwzględniane są w obliczeniach funkcja przenoszenia głowy. Szczególną formą tego procesu jest prawdziwa stereofonia głowy, w której osoba nosi mikrofony w przewodzie słuchowym. Nagrania binauralne, czyli nagrania ze sztuczną głową, generalnie nie są przeznaczone do odtwarzania w postaci zwykłej stereofonii głośnikowej.

Łatwo zauważyć, że metody nagrywania, które reprezentują formy hybrydowe między stereofonią głośnikową i słuchawkową, w praktyce nie mogą działać zadowalająco. Jednak niektóre z nich, jak np. płyta Jecklin (rozstaw mikrofonów teraz 35 cm), są czasami używane przez amatorów.

Jeśli nagranie dźwiękowe (które nie zostało nagrane za pomocą sztucznej głowy) jest odtwarzane przez dwa głośniki stereofoniczne, które znajdują się w płaszczyźnie przed słuchaczem, w pomieszczeniu pojawia się nakładka pola dźwiękowego, która tworzy wrażenie dźwięku stereofonicznego na linia środkowa między głośnikami. Jest to równoboczny „ trójkąt stereo 60° ”. Idealnie słuchacz powinien znajdować się w „najlepszym miejscu” pośrodku, przed głośnikami stereo.

Jeśli kilka głośników zostanie ustawionych obok siebie, z których każdy odtwarza określoną mieszankę sygnałów prawego i lewego, obszar, w którym słuchacz może odbierać przestrzenne wrażenie słuchowe, może być w ten sposób powiększony. Tak może być na przykład w kinie z większymi odległościami głośników.

Technologia transmisji

Ikona stereo przewodnika telewizyjnego

Pierwsze płyty z nagraniami stereo były dostępne w Niemczech od 1958 roku. W 1964 r. rozpoczęto transmisję radiową z dźwiękiem stereo na FM/VHF ( metoda multipleksowania tonu pilota ), a na początku lat 80. audycje telewizyjne otrzymywały również dźwięk stereo. Zastosowano odpowiednie procedury, aby zapewnić, że nowe sygnały są kompatybilne z sygnałami mono , aby mogły być nadal odtwarzane na starych urządzeniach. W międzyczasie możliwe było również prowadzenie transmisji stereofonicznych w zakresie fal długich, średnich i krótkich ( AM stereo ) oraz wykonywanie połączeń stereofonicznych.

Stereo w muzyce pop

W produkcjach studyjnych muzyki pop poszczególne elementy dźwiękowe (wokal, instrumenty, ...) są nagrywane oddzielnie od siebie i jeden po drugim w osobnych utworach . Podczas miksowania materiału pozycja w obrazie stereo jest ustawiana dla każdej ścieżki za pomocą kontrolera panoramy (zwanego również panpot , od panoramy i potencjometru). Inżynierowie dźwięku nazywają ten rodzaj nagrywania i miksowania kijową stereofonią . Do śpiewania często umieszcza się go dokładnie pośrodku, tj. H. głos brzmi równie głośno z obu głośników. Dodatkowo można miksować sztuczny dźwięk przestrzenny ( pogłos ).

Stereo w praktyce

Zobacz także szerokość podstawy .

Aby uzyskać dobre wrażenie dźwięku stereofonicznego, należy spełnić szereg warunków:

  • Oba głośniki powinny znajdować się w równej odległości od tylnej ściany i bocznych ścian pomieszczenia. W szczególności głośniki podłogowe nie powinny znajdować się zbyt blisko ściany.
  • Siedzenie słuchacza powinno znajdować się u góry trójkąta równobocznego utworzonego przez niego i głośniki. W praktyce oznacza to, że odległość między głośnikami powinna odpowiadać odległości między słuchaczem a każdym z głośników. Daje to kąt słuchania ± 30 ° = 60 °.
  • Głośniki muszą być skierowane w stronę słuchacza. Warto zwrócić uwagę na oś promieniowania, ponieważ głośność wysokich częstotliwości głośników ma różne właściwości (strefa 30°). Przy kolumnach silnie skupiających powinny być skierowane do wewnątrz.
  • Głośniki wysokotonowe powinny być skierowane na uszy słuchacza. W tym celu można je ustawić na wysokości uszu lub niżej/wyżej i odpowiednio pochylić tak, aby do uszu docierał dźwięk bezpośredni – ale odbicia od ścian nie odbijają się już od razu na poziomie uszu.
  • Pomieszczenie powinno mieć rozsądny poziom tłumienia (mały pogłos, małe odbicia od ścian).

Chociaż większość gospodarstw domowych, szkół czy sal konferencyjnych ma obecnie opcję odtwarzania stereo, wspomniane warunki są rzadko spełniane ze względu na warunki przestrzenne. Kolumny często ustawione są w niekorzystnym położeniu lub na ścianach pojawiają się niepożądane odbicia, więc tutaj trzeba iść na kompromisy.

Przenośne urządzenia stereo ( radiofony , zwane też „getto blasters”) mają głośniki zainstalowane na stałe w odległości od 20 do 30 cm od siebie. Chociaż odtwarzanie jest stereofoniczne, słuchacz musiałby trzymać głowę bezpośrednio przed urządzeniem, aby uzyskać dobre wrażenie stereo. W przypadku urządzeń przenośnych z niewielką odległością głośników często stosuje się elektroniczne rozszerzenie podstawy lub powiększenie podstawy (zwane również „efektem stereo 3D”). Aby to zrobić, niektóre wysokie częstotliwości każdego kanału są miksowane w przeciwfazie (tj. z odwrotną polaryzacją) do drugiego kanału. Dzięki dyskryminacji uszu w czasie pracy powstaje wrażenie akustyczne, że głośniki są dalej od siebie oddalone lub słyszenie kierunkowe poprawia się nawet przy większej odległości słuchania.

Wiele systemów kina domowego wykorzystuje efekt polegający na tym, że lokalizacja niskich częstotliwości poniżej 100 Hz nie ma znaczenia dla wrażenia kierunkowości stereo. Dlatego mają tylko jeden głośnik ( subwoofer ) do odtwarzania basów, który zwykle zawiera wszystkie kanały wzmacniacza jednocześnie i może być skonfigurowany zgodnie z życzeniem. Jedynie skrzynki do odtwarzania średnich i wysokich częstotliwości (satelity) są ustawiane w miejscach, które są nieruchome względem słuchacza.

literatura

  • Gustav Büscher, A. Wiegemann: Małe ABC elektroakustyki . Wydanie szóste. Franzis, Monachium 1972, ISBN 3-7723-0296-3 .
  • Thomas Görne: Inżynieria dźwięku . Wydanie I. Carl Hanser, Lipsk 2006, ISBN 3-446-40198-9 .
  • Gregor Häberle, Heinz Häberle, Thomas Kleiber: Specjalizacja w dziedzinie elektroniki radiowej, telewizyjnej i radiowej . 3. Wydanie. Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 1996, ISBN 3-8085-3263-7 .
  • Matthias Thalheim: Dramaturgiczne konsekwencje inscenizacyjne sztucznej stereofonii głowy w produkcjach funk-dramatycznych , praca dyplomowa, Humboldt University Berlin 1985, Sekcja Kulturoznawstwa i Estetyki, Teatroznawstwa, epubli Berlin 2016, ISBN 9783737597814

Zobacz też

linki internetowe

Indywidualne dowody

  1. ↑ Ilustrowana technologia dla każdego, wydanie 11/1925, s. 10
  2. ^ John McDonough: 1932 Duke Ellington Stereo: Czy to niespotykany eksperyment czy wypadek? W: Chicago Tribune . Chicago 30 czerwca 1985 r. (Amerykański angielski, chicagotribune.com ).
  3. ^ Robert Alexander: „Wynalazca Stereo: życie i twórczość Alana Dowera Blumleina” Oxford: Taylor i Francis, 2000
  4. ^ Robert Alexander: „Wynalazca Stereo: życie i twórczość Alana Dowera Blumleina” Oxford: Taylor i Francis, 2000, s. 78
  5. ↑ Russell Sanjek: Amerykańska muzyka popularna i jej biznes: od 1900 do 1984 , 1988, s. 360
  6. ↑ R. Sanjek: American Popular Music and Its Business: Od 1900 do 1984 , 1988, S. 361f.
  7. ^ Robert Rotifer: George Martin (1926-2016). Dał Technicolor Beatlesom. Nawet jeśli nie rozumiał stereo , orf.at, 9 marca 2016, dostęp 29 listopada 2016.
  8. ↑ Patent EP0825800A2: Sposób i urządzenie do generowania sygnału wielotonowego z sygnału mono. W: patents.google.com. Europejski Urząd Patentowy, 1 sierpnia 1997, dostęp 26 maja 2021 .
  9. ↑ 22 marca 2009 - 45 lat temu: radio WDR rozpoczyna nadawanie stereofoniczne