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Problematiken und Optimierung

Die Qualitätsanforderungen an den TV-Ton steigen mit der zunehmenden Qualitätsverbesserung beim Bild durch HDTV und digitale Distributionswege. Hierbei spielen drei Punkte eine wesentliche Rolle: Verbesserung der Audioqualität, Vermeidungen von Störungen und Mehrwert durch den Einsatz neuer Mehrkanaltonformate.

Wenn wir die Übertragungsstrecke des TV-Tons von der Aufnahme zum Endverbraucher betrachten, offenbaren sich schnell Problematiken und Optimierungsmöglichkeiten des TV-Tons. MEDIEN BULLETIN startet mit diesem Artikel eine Serie, die sich diesem Thema von der Tonquelle über die Aufzeichnung und Mischung, Produktionsabwicklung bis hin zur Sende-Processing und der Distribution widmet.

Am Anfang steht die Planung und Konzeption, und hierzu gehören natürlich die Auswahl von Mikrofontypen und Verfahren sowie die optimale Platzierung vor Ort. Für das Segment des Stereotons sind die Möglichkeiten und Optimierungen weitgehend bekannt. Anders sieht es aber beim Surround-Sound aus. Die Mehrkanalübertragung ist für viele TV-Produzierenden und Tonschaffenden absolutes Neuland. Fehlende Praxiserfahrung und auch ein Engpass an Information führen häufig zur Ablehnung dieser äußerst innovativen Technik. Die Gefahr, konzeptionelle Fehler zu machen, ist auch in der Tat deutlich größer als beim Stereoformat. Aus diesem Grund schenkt MEDIEN BULLETIN dem Mehrkanalton eine besondere Aufmerksamkeit und wird einmal die verschiedenen Mehrkanal-Mikrofonverfahren für den Einsatz im Bereich des TV-Ton aufzeigen und auf ihre Eignung für bestimmte Einsatzbereiche hin bewerten.

Surround-Mikrofonverfahren
In den letzten Jahren wurden eine ganze Reihe von brauchbaren Produkten, zum Teil speziell für das Einsatzgebiet TV-Ton, entwickelt und in den Markt gebracht. Die technischen Konzepte und Ideen hinter den Produkten unterscheiden sind zum Teil sehr deutlich. So eignen sich diese Mehrkanal-Mikrofonverfahren mehr oder weniger für bestimmte Einsatzsegmente. Um diese Vorteile zu verstehen, muss man sich mit den Hintergründen dieser Verfahren auseinandersetzen. Die Mehrkanalmikrofonverfahren, die sich ausschließlich für die Aufnahme von Musik- beziehungsweise Orchester eignen, sollen dabei nicht näher betrachtet werden.
Mikrofonverfahren lassen sich nach verschiedenen Arten klassifizieren, wie zum Beispiel nach Eignung für Surround-Kanalgruppen und Formaten: Rear-Kanäle, Frontkanäle, Aufnahme aller Surround-Kanäle und die gleichzeitige Aufnahme verschiedener Formate.

Eine weitere Klassifizierung ergibt sich nach Anwendungszweck wie: Dialogaufnahme, Ambience/Atmo-Aufnahme, Aufnahme von Effekte und dynamische Sportereignisse. Und nicht zuletzt gibt es eine Unterteilung nach technischen Verfahren: Verfahren, bei dem jedem Kanal direkt ein Mikrofon zugewiesen ist, und Verfahren, bei denen die Zuordnung über eine Matrix beziehungsweise ein nachgeschaltetes Processing erfolgt.
Zunächst einmal zu den Verfahren für die Aufnahme der Frontkanäle. Für die Aufnahme der Frontkanäle bieten sich zum Beispiel das so genannte OCT-Verfahren (Optimized-Cardiode-Triangel) an. Ursprünglich besteht diese Anordnung aus zwei zur Seite zeigenden Mikrofonen mit Supernieren-Charakteristik im Abstand von 40 bis 90 cm (entspricht einem Aufnahmewinkel von 90 bis 160 Grad) und eine in der Mitte angeordneten Nierenkapsel, die um zirka acht Zentimeter nach vorne versetzt angeordnet wird. Diese Anordnung wird auch leicht modifiziert angewandt, indem das Center-Mikrofon um zirka 40 anstelle nur acht Zentimeter nach vorne versetzt wird. Mit dem System erreicht man eine sehr gute natürliche Abbildung beziehungsweise Ortung der Schallquellen. Es eignet sich gut für kleinere und mittlere Entfernungen. Auch im Sportbereich lässt sich das System gut einsetzen.

Das System lässt sich für die Rear-Kanäle noch um zwei nach hinten versetzte Nieren (zirka 40 cm nach hinten versetzt und 20 cm breiter als Frontabstand, Mikrofonrichtung nach hinten) ergänzen, oder man verwendet ein spezielles Ambience-Mikrofon im Abstand von zwei bis drei Metern. Hier lässt sich beispielsweise das so genannte IRT-Kreuz einsetzen. Dabei werden vier Mikrofone mit Nierencharakteristik im 90 Grad Winkel angeordnet und zwar zwei nach vorne (L/R-Kanäle) und zwei nach hinten (LS/RS). Speziell im Außenbereich für Atmo ist diese Anordnung sehr geeignet. Durch die Anpassung der Pegelverhältnisse von L/R zu LS/RS lässt sich die Integration der Atmo-Geräusche noch an die Bedürfnisse anpassen.

Ein anderes Surround-Hauptmikrofon stellt das so genannte INA-5 (INA steht für „Ideale Nierenanordnung“) mit all seinen Abwandlungen dar. Es kommen dabei fünf Nierenmikrofone zum Einsatz. Die vorderen L/R-Mikros sind zum Center-Mikrofon um 90 Grad versetzt, und die hinteren haben einen Winkel von 60 Grad zueinander. Es gibt viele Hersteller, die mittlerweile entsprechende Spinnen, sprich Mikrofonhalter mit fünf Auslegern, anbieten wie etwa Brauner, Microtech Gefell oder DPA. Die Anordnung ist ITU-775-kompatibel und kann sehr universell eingesetzt werden. Ein komplettes System, bei dem auch die Richtcharakteristik der Mikrofone geändert werden kann, wird von SPL mit dem Atmos-System angeboten. Es eignet sich aufgrund der Größe weniger für Dialog-Aufnahmen sondern mehr, um Schallereignisse größerer Ausdehnung aufzunehmen. So wurde das INA-5 bei Formel 1 Mehrkanalübertragungen sehr erfolgreich eingesetzt.
Der kanadische Hersteller Rising Sun Production Ltd. bietet mit seiner Mikrofonfamilie Holophone eine Palette von Produkten an, die sich aufgrund der akustischen Eigenschaften und der Mikrofongröße auch beim Dialog-Recording, Closed-Mic-Applikationen oder bei Aufnahmen, bei denen das Mikrofon nachgeführt werden muss, sehr gut einsetzen lassen.

Das Verfahren arbeitet nach dem Prinzip des Trennkörpers und lehnt sich sehr stark an das Kugelflächenmikrofon an. Durch die Form eines American Football mit der spitzen Seite nach vorne, erhöht sich die Kanaltrennung. Die Größe des Modells H2-Pro für Multimehrkanalformate (Front L/C/R, Rear L/C/R, Top und LFE) sowie des Modells H3-D für das 5.1-Format beträgt zirka 20 Zentimeter. Die Mikrofonkörper lassen sich auf ein Stativ aufschrauben, aber sie werden auch mit einem Pistolengriff für manuelle Nachführung geliefert.
Das Modell H4 SuperMINI ist mehr für den Dialog-Recording gedacht und bietet neben 5.1-Format auch noch den Anschluss eines externen Center-Mikrofons, wie zum Beispiel ein Mono-Richtrohr, und verfügt über eingebaute Mikrofonvorverstärker und integriertes, virtuelle Surround-Kopfhörer-Monitoring. Die Mikrofone eignen sich sehr gut im Nahfeld und mittleren Entfernungsbereich, speziell bei Außenaufnahmen. Bei Aufnahmen in kleinen oder mittleren Räumen mit viel Nachhall bekommt man allerdings schnell Probleme mit einer Übertonung der akustischen Rauminformationen.

Die MS-Aufnahmetechnik (Mitte/Seite) ist ein Klassiker unter den Stereoaufnahmeverfahren beim TV-Ton. Aus dieser Technik heraus entstand das Doppel-MS-Verfahren. Das Stereo-MS-Verfahren mit einer Niere nach vorne und einer Acht zu den Seiten wird um eine weitere Niere nach hinten ergänzt. Aus den drei Signalen Mitte-Front, Mitte-Hinten und Seite lassen sich über eine Matrix beliebige Surround- und auch Stereo-Formate erzeugen. Der Hersteller Schoeps bietet zum Beispiel für ein solches System eine entsprechende Halterung mit elastischer Aufhängung und Windschutzkorb sowie optionalem Windjammer für Außenaufnahmen. Die Signale lassen sich entweder über das Mischpult, über eine Hardware-Matrix (zum Beispiel Schoeps MDMS U) oder über ein VST-Plug-In mit vielen Nachbearbeitungs- beziehungsweise Processing-Möglichkeiten für Workstations, in das gewünschte Zielformat überführen. Dabei lässt sich neben dem Surround-Signal parallel auch gleich noch das Stereosignal erzeugen. Ein sehr universelles Verfahren für verschiedenste Anwendungen. Speziell für Anwendungen mit Dialog oder entfernten Schallereignissen bietet sich das Doppel-MS-Verfahren mit einem Shotgun als Front-Mitten-Mikrofon an. Auch hier hat Schoeps eine Lösung mit Halterung und Pistolengriff.

Der englische Hersteller Soundfield bietet eine Familie von Array-Mikrofonen an. Beim Soundfield-Prinzip besteht das Mikrofon-Array aus einer Anordnung von vier Mikrofonen, die Schall aus verschiedenen Richtungen aufnehmen. Die diskreten Ausgangssignale der vier Mikrofone bezeichnet Soundfield als A-Fomat. Aus diesem Format werden über einen Prozessor analog oder digital vier Signale erzeugt, die als B-Format bezeichnet werden. Diese vier Signale entsprechend drei Mikrofonen mit Achtcharakteristik (Kanäle X, Y, Z) sowie eines mit Kugelcharakteristik (Kanalbezeichnung W) – also ohne Richtungsinformationen. Der X-Kanal bildet dabei Front/Rear- (Tiefe), der Y-Kanal die Rechts/Links- (Breite) und der Z-Kanal die Oben/Unten-Information (Höhe) ab.
Aus diesem B-Format lässt sich über eine Matrizierung das gewünschte Zielformat erstellen. Auch hierfür stehen Prozessoren und auch ein VST-Plug-In (Surround-Zone) zur Verfügung. So lassen sich auch die Richtcharakteristiken der virtuellen Mikrofone, die das Endformat bestimmen, verändern beziehungsweise bei Aufzeichnung des B-Formates auch im Nachhinein jederzeit ändern. Die Palette von Soundfield-Mikrofonen und Prozessoren ist mittlerweile sehr groß. So gibt es das portable ST350 mit analoger Technik und auch eine ganze Reihe von Systemen mit digitalen Prozessoren für verschiedenste Anwendungszwecke wie das DSF-2 Broadcast System. Auch beim Soundfieldsystem steht die Universalität im Vordergrund. Ein Allrounder für viele Anwendungszwecke.

Ein anderes System mit einem Mikrofon-Array ist das System SRP (Surround-Recording-Platform) des französischen Herstellers Trinnov Audio. Das System arbeitet mit einem Mikrofon-Array bestehend aus acht Mikrofonen. In den Haltern lassen sich zum Beispiel Schoeps-Mikrofone einsetzen. Ein Prozessor errechnet aus den Array-Signalen dann das entsprechende Zielformat. Der Hersteller nennt sein Verfahren Spatial Recording. Durch die höhere Anzahl der Mikrofone lässt sich das akustische Abbild präziser berechnen. Eine so hoher Aufwand dürfte aber bei vielen TV-Produktionen abschrecken.

Die einzelnen Mikrofonverfahren
Bei einer TV-Produktion werden unter Umständen mehrere Surround-Mikrofone, wie bei Sportereignissen, eingesetzt. Nicht überall sind es identische Mikrofone, und an manchen Orten steht vielleicht aus Kostengründen auch kein Surround-Mikrofon bereit. Hier lässt sich dann aus einer Kombination aus einem oder mehreren Atmo-Mikrofonen und Stereo-Mikrofonen (zum Beispiel Shotguns) für die Front eine entsprechende Mischung realisieren – zum Beispiel bei einem Skirennen. Der Vorteil ist hierbei, dass der zusätzliche Mikrofonaufwand für Surround-Sound gering ausfällt. Überhaupt wird man in der Praxis häufig eine Kombination der Verfahren in einer TV-Produktion vorfinden.

Einsatz von digitalen Mikrofonen
Schon seit einiger Zeit gibt es digitale Mikrofonsysteme – genauer gesagt: Mikrofonsysteme mit einer digitalen Schnittstelle. Diese AES-42-Schnittstelle ist vom Audiodatenstrom her der üblichen AES-3-Schnittstelle (AES/EBU) für digitale Audiodaten sehr ähnlich und lässt sich so leicht überführen. Die AES-42 digitale Mikrofonschnittstelle leistet aber noch einiges mehr. Und zwar gestattet sie die Fernbedienung der Mikrofone, und es wird im Synchronmodus ein Steuersignal zur Abtastratentaktsteuerung zum Mikrofon übertragen. Beim asynchronen Betrieb entfällt dies, und man nutzt am Mischpulteingang einen Abtastratenwandler.
Wo liegt denn nun der Vorteil der digitalen Mikrofonsysteme mit AES-42? Ein wesentlicher Vorteil ist, dass die Mikrofone entweder intern oder aufgesetzt über einen A/D-Wandler verfügen, der idealerweise den gesamten Dynamikbereich der Mikrofonkapsel erfasst. Stageboxen mit A/D-Wandlern und Mikrofonvorverstärkern werden somit überflüssig. Viele der Digitalmikrofone verfügen sogar intern über Filter und Dynamikfunktionen wie Kompressoren und Limiter. Durch die Abbildung des gesamten Dynamikumfangs ergeben sich auch deutlich geringere Probleme mit Übersteuerungen. Auch lässt sich bei einigen Modellen die Richtcharakteristik per Fernbedienung ändern.

Neumann bietet mit der Solution-D-Serie einmal das Großmembranmikrofon „D-01“ mit umschaltbarer Richtcharakteristik sowie mit dem „KM D“ eine Serie von digitalen Kleinmikrofonen mit insgesamt sechs Kapseln für verschiedenste Anwendungen. 2008 wird auch Sennheiser ein Digitalmodul für seine MKH 8000er-Serie anbieten. Schoeps bietet mit dem „CMD 2U“ ein Digitalmikrofonverstärker für den asynchronem Betrieb an, auf denen die vielen Kapseln der Colette-Serie aufgeschraubt werden können. Es wird also nicht an digitalen Mikrofonen mangeln.
Es gibt zurzeit außer dem deutschen Hersteller Stagetec leider keine Mischsysteme mit AES-42-Eingängen. Man muss also externe Interfaces einsetzen. Neumann bietet mehrere Interfaces an, wie zum Beispiel das „DMI-2“ für den Anschluss von zwei Digitalmikrofonen mit Fernsteuermöglichkeit sowie ein AES/EBU und ein S/PDIF Connection Kit, bei denen allerdings keine Fernsteuermöglichkeit gegeben ist. In Kürze wird der Audio-Interface-Spezialist RME ein achtkanaliges AES-42-Interface anbieten. Die Zeit ist also reif für den Einsatz von Digitalmikrofonen, und die Vorteile liegen auf der Hand: mehr Funktionalität, sicherer Betrieb, weniger Dynamik- und Aussteuerungsprobleme und besseres Handling.

Abhörhilfsmittel für Surround
Gerade bei TV-Produktionen hat man es häufig nicht mit optimalen akustischen Abhörbedingungen zu tun. Schon beim Abhören von Stereomaterial ist dies problematisch. Beim Beurteilen von Surround-Sound ist die Situation jedoch noch deutlich kritischer. Hier ist es zum Teil fast unmöglich, vor Ort im Ü-Wagen oder in einem mobilen Studio optimale Abhörbedingungen zu realisieren. Es gibt jedoch technische Hilfsmittel, die hier dienlich sind – auch wenn sie zurzeit noch kaum praktisch genutzt werden. Es sind halt neue Werkzeuge, die sich noch etablieren müssen, die aber schon jetzt praxistauglich sind. Um die Abhörbedingungen über Lautsprecher zu verbessern, eignet sich zum Beispiel der Audio Optimizer von Trinnov Audio.

Eine Abhöralternative für die Beurteilung von Mehrkanalton stellt das Abhören über spezielle Mehrkanal-Kopfhörersysteme dar. Der Vorteil ist die Unabhängigkeit der akustischen Gegebenheiten im Abhörraum. Es kommen hier so genannte binaurale Techniken zum Einsatz. Dabei wird die Außenohrübertragungsfunktion, also der Kopf und die Ohrmuscheln, simuliert und es wird ein Raum hinzugefügt. In diesem Raum werden, je nach Mehrkanalformat, virtuelle Lautsprecher platziert. So kann man über einen normalen Stereokopfhörer Mehrkanalsignale wiedergeben.
Die Güte des Systems wird durch die Qualität der Simulationen beziehungsweise durch die Systemrechenleistung beschränkt. Auch die Diffusfeldentzerrung des jeweiligen Kopfhörers muss noch berücksichtigt werden. Damit das Schallfeld beim Drehen des Kopfes stabil bleibt, ist noch ein so genanntes Headtracking erforderlich. Hierbei wird die Kopfposition ermittelt und das gesamte Schallfeld in der Simulation entsprechend der Kopfposition gedreht. Das heißt anders ausgedrückt, dass ein Schallereignis auch bei Drehen des Kopfes immer aus der gleichen Richtung wahrgenommen wird und der Richtungseindruck nicht mit der Kopfbewegung mitwandert. Dabei hat es sich gezeigt, dass besonders kleine Kopfbewegungen dem Gehirn dazu dienen, die Genauigkeit der Richtungserkennung zu erhöhen. In der Praxis braucht der Anwender eine gewisse Eingewöhnungszeit an die Simulation. Durch den Einsatz des Headtrackings wird diese Zeit verkürzt. Es hat sich aber auch gezeigt, dass mit etwas Übung auch der Betrieb mit ausgeschaltetem Headtacking möglich ist. Im Ü-Wagen führt die kopfstellungsabhängige Richtungskompensation des Schallfeldes zum Teil zu Irritierung, wenn der Toningenieur zum Beispiel sich zur Kommunikation oder zum Einstellen eines Gerätes zur Seite dreht.

Es gibt verschiedene Systeme am Markt, die auch ganz unterschiedliche Verfahren zur Erfassung der Winkelstellung des Kopfes nutzen. Der Hersteller EMT bietet zum Beispiel mit dem System „Phoenix 5.1“ eine Surround-Kopfhörer-Simulation mit einem elektrostatischen Kopfhörer der Firma STAX an. Die Erfassung der Kopfstellung erfolgt mit einem aufwändigen System über ein Magnetfeld, wie man es auch aus dem militärischen Bereich her kennt. Das magnetische System lässt sich bei Bedarf auch an dem Drehstuhl des Toningenieurs befestigen. Es gibt Anwender die diese Kompensation bevorzugen. Kleine Kopfbewegungen, die zur Referenzierung dienen, werden hierbei ja trotzdem kompensiert.

Auch der Kopfhörerhersteller Beyerdynamic bietet mit dem „Headzone PRO“ ein Surround-Kopfhörersystem. Zusätzlich zum halboffenen DT 880 PRO HT kann der Anwender nun auch den geschlossenen DT 770 PRO Kopfhörer mit Headtracking nutzen. Die DSP-Algorithmen sind auf beide Hörer entsprechend abgestimmt. Das Headtracking erfolgt beim Headzone mit Ultraschall über Laufzeitmessungen, was in der Praxis erstaunlich gut funktioniert. Es lassen sich sogar zwei Systeme in einem Raum parallel betreiben. Die Algorithmen und Simulationsansätze sind nicht ganz so aufwändig wie im Phoenix-5.1-System, aber dafür ist das System deutlich preiswerter.

Beurteilung von Mehrkanalton
Auch die technische Analyse von Surround-Sound-Signalen hilft, besonders bei schlechten Abhörbedingungen, die Beurteilung des Tonsignals zu verbessern. Besonders wichtig ist die wahrgenommene Pegelwichtung. Unter schlechten Abhörbedingungen oder schon leicht bei einer Abhörposition außerhalb des Sweet-Spot, können sich deutliche Fehlinterpretationen ergeben. Hier helfen entsprechende Analyzer, die Signale technisch zu beurteilen.

Hierfür stehen verschiedene Produkte bereit. So zum Beispiel das Surround Meter der Hamburger Firma Pinguin. Es handelt sich um eine Software für Windows PCs mit ASIO-Treibern. Der Entwickler Ralph Kessler hat eine ganze Reihe von sehr interessanten Analysefunktionen in sein Produkt implementiert. So gibt es ein spezielles Diagramm, mit dem man den Lautheitsschwerpunkt angezeigt bekommt. Weiter werden neben den Pegeln auch alle möglichen Phasenkorrelationen angezeigt und zwar von jedem zu jedem anderem Kanal – insgesamt verfügt dass Tool also über zehn Korrelatoranzeigen. Auch RTW bietet eine ganze Reihe von Hardware-basierenden Analyzern/Surround-Meter, auch mit SDI-Eingang wie etwa das RTW Modell 10600. Hier wird eine andere Darstellungsform für die Pegelwichtung zwischen den Kanälen verwendet. Aber auch das RTW zeigt die Phasenbeziehungen zwischen den Kanälen an. Ein weiterer Hersteller ist DK Technologies aus Dänemark. Mit dem MSD600M++ beziehungsweise der Rack-Version PT0600M, bietet man ein Surround-fähiges Meter an. Bei der Darstellung der Pegelwichtung und der Phasenbeziehungen wird ein etwas anderes Konzept verfolgt. Man kann zwischen dem Jelly Fish und dem neuen Star Fish wählen. Letzteres bindet auch die Phasenbeziehungen in die Anzeige mit ein und berücksichtigt zudem die wahrgenommenen Pegel unter Rücksichtnahme der Phasenbeziehungen.
Peter Kaminski (MB 11/07)


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