SCHRIFTLICHE ARBEIT ZUR 2. DIPLOMPRÜFUNG - Filmton Rösner

Universität für Musik und darstellende Kunst Wien
Institut für Komposition und Elektroakustik
SCHRIFTLICHE ARBEIT ZUR
2. DIPLOMPRÜFUNG
EMPIRISCHER VERGLEICH VON SURROUND-
HAUPTSYSTEMEN ANHAND EINER
ORCHESTERAUFNAHME
Peter Rösner
Studienrichtung Tonmeister
Matrikelnummer: 0273028

Wien, 5. Januar 2010
Hiermit erkläre ich, PETER RÖSNER (Tonmeisterstudent an der Universität für
Musik und darstellende Kunst Wien, Matrikelnummer 0273028), die vorliegende
schriftliche Arbeit selbständig verfasst und keine anderen als die angegebenen
Hilfsmittel verwendet zu haben. Die Arbeit wurde in dieser oder ähnlicher Form
noch keiner Prüfungskommission vorgelegt.
Peter Rösner
II

Vorwort
Besonderer Dank gilt:
Ulrich Treutwein, Florian Mayerhoffer, und Sergey Martynyuk für die Hilfe bei
dem Aufbau des Test-Setups im großen Saal des Wiener Musikvereins.
Josef Schütz für die Ermöglichung der Aufnahme im großen Saal des Wiener
Musikvereins, die Bereitstellung einer großen Anzahl von Mikrofonen sowie
weitere Unterstützung.
Thomas Lang für die kurzfristige Zurverfügungstellung der Mikrofon-
Vorverstärker und A/D-Wandler.
Ruth und Sascha Rathey, Benedikt David und Ina Nikolow für das
Korrekturlesen dieser Arbeit.
Prof. Ulrich Vette und Dipl. Ing. Hermann Freiberger für die Beratung und die
anregenden Gespräche.
III

Inhaltsverzeichnis
Vorwort ............................................................................................................. III
1 Einleitung ....................................................................................................... 1
1.1 Erklärung von häufig verwendeten Begriffen in dieser Arbeit ...................... 2
2 Beschreibung der zu vergleichenden Hauptsysteme ................................ 4
2.1 Trinnov SRP ....................................................................................................... 4
2.1.1 Grundgedanke des Trinnov-SRP ..................................................................... 4
2.1.2 Vermeidung parasitärer Abbildungen durch hohe Richtwirkung ............. 5
2.1.3 Optimale Anpassung des Mikrofonsignals an ein Surround-
Wiedergabesystem nach ITU. .................................................................................... 7
2.1.4 Generierung der erforderlichen Richtcharakteristiken 5. Ordnung
mittels Mikrofon-Array und FIR-Filtermatrix ......................................................... 10
2.1.5 Vertikale Veränderbarkeit der Richtcharakteristik ..................................... 12
2.2 Mikrofon-Array nach Michael Williams et al. ................................................. 13
2.2.1 Aufbau eines WMA ........................................................................................... 14
2.2.2 Theoretische Grundlagen des WMA ............................................................. 16
2.3 Jecklin-Scheibe (Surround-Version) .............................................................. 21
2.3.1 Anordnung der getesteten Surround-Scheibe nach Jecklin .................... 22
2.3.2 Theoretische Grundlagen der Surround-Aufnahmetechnik nach Jecklin
....................................................................................................................................... 23
2.4 Surround-Mikrofonierung des ORF im Großen Saal des Wiener
Musikvereins ......................................................................................................... 25
2.4.1 Aufbau des Surround-Hauptsystems ........................................................... 25
2.4.2 Decca Tree-ähnliche Anordnung als Front-Triplet ..................................... 26
2.4.3 Hamasaki-Square-ähnliche Aufstellung als Raumsystem ........................ 27
3. Versuchsanordnung .................................................................................. 29
3.1. Aufnahmeort: Der Große Saal des Wiener Musikvereins ............................ 29
3.2 Technik............................................................................................................. 31
3.3 Positionierung der Hauptsysteme .................................................................. 31
3.4 Vorbereitung des Vergleichsmaterials für den Hörvergleich ....................... 33
3.5 Die Abhörsituation .......................................................................................... 34
3.6 Zu bewertende Parameter ............................................................................... 35
3.6.1. Erklärung der gewählten Parameter ............................................................ 36
3.7 Ablauf der Testreihe ........................................................................................ 38
4. Testergebnisse ........................................................................................... 39
4.1 Auswertung und Statistik ............................................................................... 39
4.1.1 Berechnung des arithmetischen Mittelwertes............................................. 39
IV

4.1.2 Berechnung des Konfidenzintervalls P über die Varianz σ² .................... 39
4.2 Fehlerbalkendiagramme ................................................................................. 40
4.3 Interpretationsmöglichkeiten der Ergebnisse ............................................... 45
4.3.1 Klangfarbe .......................................................................................................... 45
4.3.2. Abbildung .......................................................................................................... 45
4.3.3 Tiefenstaffelung ................................................................................................ 46
4.3.4 Räumliche Umhüllung ..................................................................................... 46
4.3.5 Verbindung vorne-hinten ................................................................................ 47
4.3.6 Gesamteindruck ................................................................................................ 47
5. Zusammenfassung und Ausblick ............................................................. 50
Literaturverzeichnis ....................................................................................... 52
Abbildungsverzeichnis .................................................................................. 54
Anhang A: Fragebogen .................................................................................. 56
Anhang B: Histogramme ............................................................................... 57
Anhang C: Fotos des Mikrofon-Setups ........................................................ 61
V

1. Einleitung 1
1 Einleitung
Vorliegende Arbeit befasst sich mit vier verschiedenen Möglichkeiten einer
Surround-Haupt-Mikrofonierung. Den untersuchten Mikrofon-Systemen liegen
verschiedene Methoden der Erzeugung von wiedergabeseitigen
Hörereignisrichtungen zugrunde. Bei der Summenlokalisation von
Phantomschallquellen können Laufzeit-, Intensitäts- und Spektraldifferenzen
richtungsbestimmend sein. Die im Folgenden behandelten Systeme arbeiten
mit einem oder mehrerer dieser Faktoren.
Für den empirischen Vergleich der Mikrofon-Systeme wurde mit einem Trinnov-
SRP, Williams-Array, einer Version von einer Jecklin-Surroundscheibe und
einem ABC mit Raumsystem und Stützmikrofonierung zunächst eine
Orchesteraufnahme erstellt. Dabei wurden die Signale der verschiedenen
Systeme zeitgleich aufgezeichnet.
Die erhaltenen Signale wurden, so wie es für die verschiedenen Mikrofon-
Systeme vorgesehen ist, digital bearbeitet und den richtigen
Wiedergabekanälen zugeordnet.
21 Testhörer werteten das so gewonnene Tonmaterial, mittels eines vom Autor
entworfenen Testbogens, in einer Surround-Abhör-Umgebung aus.
Da der technische Aufwand für einen Vergleichstest, bei denen alle
Testsysteme zeitgleich eingesetzt werden, mit der Anzahl der verglichenen
Systeme steigt, wurden nur vier Möglichkeiten untersucht. Sie stellen jedoch
lediglich einen kleinen Bruchteil der heute vorhandenen, von
Tonverantwortlichen anerkannten Verfahren dar. Trotzdem wurde die
Möglichkeit, vier verschiedene Systeme mit demselben Tonmaterial testen zu
können, von der Mehrheit der Testhörer als sehr interessant empfunden. Der
gezielte Einsatz von Mikrofonierungs-Methoden für bestimmte musikalische und
akustische Begebenheiten kann, nach Meinung des Autors, besonders gut mit
solchen Hörvergleichen geübt werden.

1. Einleitung 2
Dieser Vergleichstest befasst sich nicht mit dem Low-Frequency-Effect-Kanal,
da keines der verglichenen Surround-Mikrofon-Systeme ein dezidiertes LFE-
Signal erzeugt.
1.1 Erklärung von häufig verwendeten Begriffen in dieser
Arbeit
1. In dieser Arbeit werden ausschließlich Mikrofon-Konfigurationen
behandelt, die für die Wiedergabe über ein 5.0-Lautsprecheranordnung nach
ITU 1 -Norm (ITU-R BS.775-1) vorgesehen sind. Erforderlich hierfür sind fünf
identische Breitbandlautsprecher, die zum Hörer äquidistant angeordnet sind.
Die Winkelanordnung der Lautsprecher aus dem Blickwinkel des Hörers sind:
Center 0°, Front ± 30°, Surround ± 110°
110°
Abb. 1 Lautsprecheranordnung nach ITU-R BS.775-1
2. Der ideale Abhörpunkt ist jener, der von allen Lautsprechern dieselbe
Entfernung aufweist. Er wird im Folgenden „Sweet Spot“ genannt.
3. Die Lautsprecherkanäle dieser Anordnung werden mit L, R, C, LS und
RS für Links, Rechts, Center, Links Surround und Rechts Surround abgekürzt.
4. Druckempfänger werden mit dem Begriff „Kugel“ abgekürzt,
Druckgradientenempfänger mit dem Feldübertragungsfaktor � � � � �� � ��� �
1 International Telecommunication Union
30°
Sweet Spot

1. Einleitung 3
mit dem Begriff „Acht“, sowie Druckgradientenempfänger mit dem
Feldübertagungsfaktor � � � � �� � �1 � ��� �� mit dem Begriff „Niere“. 2
5. Der Begriff „Mikrofonarray“ bezeichnet eine Mikrofonkonstellation mit
festgelegten Abständen und/oder Winkeln.
6. Als „Triplet“ oder „Front-Triplet“ werden die Mikrofone oder Lautsprecher
für die vorderen Kanäle L, R und C bezeichnet.
7. Als „Aufnahmewinkel“ wird jener maximale Ausschnitt des Schallfeldes
bezeichnet, der in einer stereophonen Lautsprecherbasis annähernd
richtungsgetreu abgebildet wird; als „Abdeckungswinkel“ jedoch wird jener
maximale Ausschnitt eines Schallfeldes bezeichnet, der zwischen zwei
benachbarten Lautsprechern einer Mehrkanalanlage annähernd
richtungsgetreu abgebildet wird.
8. Der „Öffnungswinkel“ bezeichnet den Winkel zwischen zwei Mikrofon-
Hauptachsen eines Mikrofonsystems.
9. „Parasitäre Phantomschallquellen“ entstehen aufgrund von
Übersprechen in nicht benachbarte Mikrofone eines Surround-Systems, was zu
Mehrfachabbildungen zwischen benachbarten und nicht benachbarten
Lautsprechern führt.
2 ��� ist der Feldübertragungsfaktor bei senkrechtem Schalleinfall auf die Membran, � ist der
Schalleinfallswinkel. Siehe [Boré et al. 1999]

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 4
2 Beschreibung der zu vergleichenden Hauptsysteme
2.1 Trinnov SRP
Die Firma Trinnov Audio, mit Sitz in Bry-sur-Marne in Frankreich, spezialisiert
sich seit dem Jahr 2000 auf die Entwicklung von digitalen Filtersystemen, die
aufgrund von akustischen Messungen am Abhörplatz Frequenz- und
Phasengang der Wiedergabekette optimieren. Neben den so genannten
„Optimizern“ 3 hat Trinnov auch ein Surround-Aufnahmesystem konzipiert, das
Trinnov SRP (Surround-Recording-Platform). Dieses System wurde erstmals
2004 im Rahmen der 116. AES-Convention in Berlin vorgestellt.
2.1.1 Grundgedanke des Trinnov-SRP
Das Trinnov-SRP bildet das Schallfeld ausschließlich über Intensitäts-
Differenzen ab. Die Entwickler begründen diesen Ansatz im AES-Convention-
Paper 6116 4 mit folgenden Argumenten:
� Die psychoakustischen Grundlagen für die Wiedergabe über zwei
Lautsprecher, die Schallereignisse über Laufzeit- und Intensitäts-Differenzen
(ITD und ILD) 5 abbilden, sind ausreichend erforscht, während dies für die
Mehrkanal-Wiedergabe nicht der Fall ist. Die Erforschung der Abbildung des
Schallfeldes über eine Kombination von ITD und ILD für die Mehrkanal-
Wiedergabe kann derzeit nur über Hörversuche vorgenommen werden. Die
hierbei annähernd unendlichen Möglichkeiten, Richtcharakteristiken, Abstände
und Winkel der Mikrofone zu kombinieren, stellen ein großes Hindernis für die
systematische Erforschung dar.
� Für die optimale Abbildung von Phantom-Schallquellen über ILD durch
ein Surround-Abhörsystem nach ITU-Norm sind mehrere sogenannte Panning-
Laws entwickelt worden 6 . Es handelt sich hierbei um mathematische
Funktionen, die, abhängig von der zu erzielenden Hörereignisrichtung, für die
jeweiligen Surroundkanäle die Schallintensität bestimmen.
3
Siehe hierzu http://www.trinnov-audio.com/en/optimization/concept
4
Siehe: [Laborie et al. 2004]
5
ITD: interaural time difference, ILD: interaural level difference
6 Siehe: [Craven 2003]

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 5
2.1.2 Vermeidung parasitärer Abbildungen durch hohe Richtwirkung
Für die Abbildung eines Schallereignisses werden nur zwei benachbarte
Lautsprecher angesteuert. Diese schließen jenen Winkel ein, aus welchem das
Schallereignis abgebildet werden soll:
TRINNOV-SRP
Abb. 2 Phantomschallquellen generiert von Trinnov-SRP und herkömmlicher
Surround-Mikrofonierung
Herkömmliche Arten der Surround-Mikrofonierung mit Mikrofonen, deren Richt-
charakteristiken zwischen 0. und 1. Ordnung liegen (also zwischen Kugel und
Acht), erfahren Übersprechen und reproduzieren daher das Schallfeld nicht
ohne parasitäre Phantomschallquellen.
Damit ein Übersprechen in nicht benachbarte Mikrofone vermieden wird, bedarf
es Mikrofon-Richtcharakteristiken höherer Ordnung. Die Entwickler von Trinnov
haben sich für Jene 5. Ordnung entschieden. Diese hohe Richtwirkung hat zur
Folge, dass Punktschallquellen ausschließlich von zwei benachbarten
Lautsprechern wiedergegeben werden. Die hohe Richtwirkung bezeichnen die
Entwickler im Übrigen als hohe räumliche Auflösung.
Herkömliche Surround-Hauptmikrofone
bestehend aus Richtcharakteristika
0. bis 1. Ordnung

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 6
Front-Triplet Trinnov-SRP:
2 Schnittpunkte des Schalleinfall-Richtungsvektors:
Kein Übersprechen in den linken Kanal. Wiedergabe
ausschließlich über 2 LS.
Richtcharakteristik 5. Ordnung.
270
300
240
Abb. 3 Schalleinfall-Richtungsvektoren und deren Schnittpunkte bei Systemen
mit Richtcharakteristiken 5. und 1. Ordnung
Die erforderlichen Richtcharakteristiken 5. Ordnung haben folgende
Eigenschaften:
330
210
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
180
30
150
270
� Hohe räumliche Auflösung (HSR: High Spatial Resolution)
300
240
60
120
90
Front-Triplet INA 5:
3 Schnittpunkte des Schalleinfall-Richtungsvektors:
Übersprechen in den linken Kanal; Wiedergabe der
Schallquelle über mehr als 2 LS
Richtcharakterisik 1. Ordnung.
� Asymmetrie der Richtcharakteristik: Im Vergleich zur Richtcharakteristik
des Center-Kanals sind alle anderen asymmetrisch. Asymmetrische
330
210
0
0
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
180
30
150
60
120
90

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 7
Richtcharakteristiken und solche höherer Ordnung sind mit heutigen,
herkömmlichen Mikrofonen ohne digitale Signalverarbeitung nicht herstellbar.
� Vollkommene Ergänzung: die Summe aller Kanäle (L, C, R, SL, SR)
ergibt eine omnidirektionale Richtcharakteristik.
Am Beispiel der vorderen drei Kanäle einer INA-5 7 -Mikrofonierung (siehe Abb.
3) lässt sich erkennen, warum Richtcharakteristiken höherer Ordnung
notwendig sind, um Übersprechen in weitere Kanäle zu vermeiden: Der Schall-
Einfallsvektor verursacht bei einem Winkel von 30° im Polardiagramm 3
Schnittpunkte. Der Schnittpunkt des Polardiagramms des linken Mikrofons
(grüne Linie) repräsentiert ein Übersprechen des Schallereignisses auch in das
linke Mikrofon: dies bedeutet eine Abbildung des Schallereignisses mittels ILD
zwischen:
� Center und Rechts (erwünscht)
� Links und Rechts (parasitär)
� Links und Center (parasitär)
Die Überlagerung dieser drei Abbildungen führt zu einer Unschärfe der
Richtungs-wiedergabe des Schallereignisses.
2.1.3 Optimale Anpassung des Mikrofonsignals an ein Surround-
Wiedergabesystem nach ITU.
Die Entwickler von Trinnov haben sich entschieden das Surround-Mikrofon-
System so zu entwickeln, dass die Richtcharakteristiken der Surround-Kanäle
den Übertragungsfunktionen des Panning-Laws 5. Ordnung gleichen. Erst eine
räumliche Auflösung 5. Ordnung hat zur Folge, dass Punktschallquellen
ausschließlich über zwei benachbarte Lautsprecher des ITU-Setups
wiedergegeben werden. Bei Betrachtung der mathematischen Beschreibung
der einzelnen Kanäle wird ersichtlich, warum von Richtcharakteristiken 5.
Ordnung gesprochen wird. Jede Übertragungsfunktion hat 5 winkelabhängige
7 INA: Ideale Nieren Anordnung nach Hermann/Henkels: Diplomarbeit an der FH Düsseldorf 1998,
Version 5 der Konfiguration.

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 8
Summanden. Desweiteren weisen die Faktoren des Schalleinfallswinkels φ der
Terme den Betrag 0 bis 5 auf:
“Center:
0.08333 + 0.16286*cos(φ) + 0.15187*cos(2*φ) + 0.13485*cos(3*φ) + 0.11360*cos(4*φ) +
0.09024*cos(5*φ)
Left:
0.15278 + 0.19053*cos(φ) - 0.20492*sin(φ) - 0.00799*cos(2*φ) - 0.21249*sin(2*φ) -
0.08529*cos(3*φ) - 0.09837*sin(3*φ) - 0.05832*cos(4*φ) - 0.03253*sin(4*φ) - 0.04284*cos(5*φ)
- 0.02502*sin(5*φ)
Right:
0.15278 + 0.19053*cos(φ) + 0.20492*sin(φ) - 0.00799*cos(2*φ) + 0.21249*sin(2*φ) -
0.08529*cos(3*φ) + 0.09837*sin(3*φ) - 0.05832*cos(4*φ) + 0.03253*sin(4*φ) -
0.04284*cos(5*φ) + 0.02502*sin(5*φ)
Left Surround:
0.30556 - 0.27196*cos(φ) - 0.30007*sin(φ) - 0.06794*cos(2*φ) + 0.06337*sin(2*φ) +
0.01786*cos(3*φ) + 0.08685*sin(3*φ) + 0.00152*cos(4*φ) - 0.02502*sin(4*φ) -
0.00228*cos(5*φ) + 0.00152*sin(5*φ)
Right Surround:
0.30556 - 0.27196*cos(φ) + 0.30007*sin(φ) - 0.06794*cos(2*φ) - 0.06337*sin(2*φ) +
0.01786*cos(3*φ) - 0.08685*sin(3*φ) + 0.00152*cos(4*φ) + 0.02502*sin(4*φ) -
0.00228*cos(5*φ) - 0.00152*sin(5*φ)”
[Laborie et al. 2004]
Die Gleichungen der Feldübertragungsfaktoren von Mikrofonen mit
Richtcharakteristiken 0. und 1. Ordnung weisen analog die Faktoren für den
Schalleinfallswinkel φ 0 bis 1 auf:
� � � � �� � �1 � ��� φ� � � �� � � �� � cos φ
� � �� � cos�0 � φ� � � �� � ��� �1 � φ� (Beispiel Niere)
� � � 1 � � �� � ����0 � φ� (Beispiel Kugel)
� �… Feldübertragungsfaktor.
� ��… Feldübertragungsfaktor bei senkrechtem Schalleinfall auf die Membran.
φ… Schalleinfallswinkel in Grad [°]

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 9
270
300
240
Abb. 4 Polardiagramm des Intensitäts-Panning-Gesetzes 5. Ordnung
Genaugenommen besitzen die rückwärtigen Kanäle LS und RS
Richtcharakteristiken 3. Ordnung; aufgrund der Aufstellungsnorm des
Wiedergabesystems nach ITU bedarf es rückwärtig keiner höheren räumlichen
Auflösung.
330
210
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
30
150
60
120
90

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 10
2.1.4 Generierung der erforderlichen Richtcharakteristiken 5. Ordnung
mittels Mikrofon-Array und FIR-Filtermatrix
Die Mikrofon-Halterung hält die Mikrofone in vorgesehene Abstände. Die
nachgeschaltete Filtermatrix kann im Grunde als ein ∆T/∆I-Konverter 8
verstanden werden. Die Parameter der Filter sind so gewählt, dass das
Schallfeld über das Wiedergabesystem gemäß dem Intensitäts-Panning-Gesetz
5. Ordnung abgebildet wird.
Um das Schallfeld auf diese Art und Weise für beliebige Lautsprechersetups zu
vermessen, wären wesentlich mehr Mikrofone notwendig 9 . Da die
Lautsprecher-Aufstellung jedoch bekannt ist, ist die Filtermatrix so
implementiert, dass sie mit acht Kugel-Signalen auskommt.
8 Zeitdifferenzen (∆T) werden in Pegeldifferenzen (∆I) umgewandelt.
9 Siehe: [Laborie et al. 2004]
7 FRONT 8
4
Abb. 5 Trinnov-SRP Mikrofon-Array
Trinnov-SRP Mikrofon-Array
(Schematisch)
5
3
1 2
6

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 11
Blockdiagramm der Filtermatrix:
1
2
3
4
5
6
7
8
Abb. 6 Trinnov-SRP Signalverarbeitung: FIR-Filter-Matrix
Die Bestimmung der Filterparameter basiert auf eine Fourier-Bessel-
Erweiterung 10 . Die Filter arbeiten mit einem FFT-Algorithmus 11 . Um die
10 Siehe: [Laborie et al. 2003]
11 FFT: Fast-Fourier-Transformation: Berechnet das Frequenzspektrum eines zeitlich begrenzten
Audiosignales.
FIR FIR FIR FIR FIR
FIR FIR FIR FIR FIR
FIR FIR FIR FIR FIR
FIR FIR FIR FIR FIR
FIR FIR FIR FIR FIR
FIR FIR FIR FIR FIR
FIR FIR FIR FIR FIR
FIR FIR FIR FIR FIR
SL L C R SR

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 12
Arbeitsweise der Filtermatrix zu beschreiben bedarf es höherer Mathematik,
welche zu erläutern den Rahmen dieser Arbeit sprengen würde.
2.1.5 Vertikale Veränderbarkeit der Richtcharakteristik
Wie bereits beschrieben, ergibt die Summe der Richtcharakteristiken aller
Surround-Signale Aufnahmeseitig eine omnidirektionale Richtcharakteristik.
Erfordert eine Aufnahmesituation, dass Reflexionen von Boden und Decke
gedämpft werden müssen, stellt das SRP die Möglichkeit bereit, die Gesamt-
Richtcharakteristik anzupassen. Die resultierende Gesamt-Richtcharakteristik
bekommt eine ovale Form.
Diese wird von den Entwicklern des Trinnov-SRP als „Oblate“ bezeichnet. Die
Filtermatrix in Kombination mit dem Mikrofon-Array ist also auch in der Lage, in
vertikaler Richtung aufzulösen.
Abb. 7 Trinnov-SRP-Signalflow
7 8
4
5
3
1 2
FULL MATRIX
FILTERING
6

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 13
2.2 Mikrofon-Array nach Michael Williams et al.
Konzepte der Mikrofonierung für Mehrkanalzwecke veröffentlichte Michael
Williams bereits 1991, im Zuge der 91. AES-Convention in New York. Hier
behandelte er erstmals die Berechnung sogenannter Mikrofon-Arrays. Da es zu
dieser Zeit noch keine Standardisierung der Surround-Lautsprecheraufstellung
seitens der ITU gab 12 , waren die Mikrofonarrays zunächst für kreisförmig
aufgestellte Setups von 4, 5 und 6 Lautsprechern vorgesehen.
Mikrofonarrays für das ITU-Lautsprechersetup beschrieb Williams erstmals
1999 bei der 107. AES-Convention in New York, und 2000 anlässlich der 108.
AES-Convention in Paris in seinen Convention-Papers 4997 (“Microphone
Array Analysis for Multichannel Sound Recording”) und 5157 (“Multichannel
Microphone Array Design”). Hierbei handelt es sich nicht um festgelegte
Konfigurationen, sondern vielmehr um Prinzipien, nach denen man ein
Surround-Hauptmikrofon optimal an die Gegebenheiten der Aufnahmesituation
und des Klangkörpers anpassen kann.
Das für diesen Vergleich verwendete Mikrofonarray ist dem AES-Convention-
Paper 5336 („The Quick Reference Guide to Multichannel Microphone Arrays
Part 1: Using Cardioid Microphones“) entnommen. In diesem Paper sind 220
WMA-Konfigurationen beschrieben, die ausschließlich mit Nieren arbeiten. Der
Vorteil dieser Auflistung von Arrays liegt darin, dass für bestimmte
Aufnahmesituationen ein geeignetes Array ausgesucht werden kann, ohne
dieses erst berechnen zu müssen.
Das Mikrofonarray nach Michael Williams wird in Folge mit WMA abgekürzt.
12 Die Lautsprecheraufstellung und die Anzahl der Kanäle für Surround-Wiedergabe wurden durch die
ITU 1992 standardisiert.

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 14
2.2.1 Aufbau eines WMA
2.2.1.1 Prinzipieller Aufbau
Ein WMA kann aus Mikrofonen beliebiger Richtcharakteristik bestehen. Dabei
können die Arrays aus Mikrofonen gleicher Richtcharakteristik, oder aus
Kombinationen aufgebaut werden. Die Berechnungsprinzipien von Williams
ergeben Winkel, Abstände, sowie elektronische Offsets 13 der Mikrofone des
Mikrofonarrays. Die Parameter können in Abhängigkeit der verwendeten
Richtcharakteristiken und der Ausdehnung des Klangkörpers so gewählt
werden, dass eine homogene Abbildung des Schallfeldes über 360° erzielt und
der frontale Aufnahmebereich der Aufnahmesituation angepasst werden kann.
ABSTAND
Abb. 8 Prinzipieller Aufbau eines WMA
WINKEL
RICHTCHARAKTERISTIK
13 ETO („Electrical Time Offset“) und EIO („Electrical Intensity Offset“) werden später beschrieben.

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 15
2.2.1.2 Aufbau des untersuchten Arrays
Das in dieser Arbeit untersuchte Array besteht ausschließlich aus Nieren. Der
Aufnahmebereich der vorderen Triplets beträgt 144°. Die Wahl dieses Winkels
wurde aufgrund der Ausdehnung des Orchesters und dem Abstand des Arrays
zum Klangkörper gewählt.
315,00 mm
50,00°
730,00 mm
320 mm
Abb. 9 Technische Daten des untersuchten WMA
40,00°
320,00 mm
Dieses Array weist keine elektronischen Offsets auf. Laufzeit- und
Intensitätsunterschiede in den Kanälen sind rein physikalischen Ursprungs.

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 16
2.2.2 Theoretische Grundlagen des WMA
2.2.2.1 Einteilung des zu reproduzierenden Schallfeldes in Segmente
Williams unterteilt das zu reproduzierende Schallfeld in fünf Segmente:
LLS
FLS
Abb. 10 Fünf Segmente des Schallfeldes
� FLS (Front Left Segment)
� FRS (Front Right Segment)
� LLS (Lateral Left Segment)
� LRS (Lateral Right Segment)
� und RS (Rear Segment)
Dabei wird jedes Segment von zwei benachbarten Mikrofonen als
eigenständiges Äquivalenz-Stereosystem abgebildet. Williams führt für den
Aufnahmewinkel der Mikrofonpaare, die ein Segment abbilden, den Begriff
„Coverage-Angle“, also Abdeckungswinkel ein.
RS
FRS
LRS

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 17
2.2.2.2 Critical Linking
Aus der Stereophonie ist bekannt, dass der Aufnahmebereich, je nach
Kombination von Abstand und / oder Winkel der Mikrofone des Stereosystems,
nicht dem Öffnungswinkel der Mikrofone gleichen muss:
Abb. 11 Öffnungswinkel ≠ Aufnahmewinkel
Für einen nahtlosen Übergang der Abbildung zwischen zwei Segmenten wäre
daher z. B. eine Anordnung aus 2 ORTF-Stereosystemen nicht geeignet. Der
Abdeckungsbereich wäre dem Öffnungswinkel ungleich und der Segment-
Übergang würde in diesem Fall ein Abbildungs-Loch aufweisen.
Aufnahmebereich 96°
Öffnungswinkel 110°
Stereosystem ORTF
Aufnahmebereich: 96°
Öffnungswinkel: 110°
Abb. 12 Critical Linking ist ohne elektronischem Offset mit 2 ORTF-Systemen
als Front-Triplet nicht möglich
17 cm
Loch im Aufnahmebereich:
Kein Critical Linking
Aufnahmebereich 96°
Öffnungswinkel 110°

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 18
Die Kombination von beispielsweise zwei EBS 14 -Stereosystemen jedoch würde
ein „Critical Linking“ erlauben, da der Öffnungswinkel der Mikrofonhauptachsen
dem Aufnahmebereich gleicht:
Abb. 13 Critical Linking gewährleistet: Öffnungswinkel der
Mikrofonhauptachsen = Aufnahmebereich
Der umgekehrte Fall würde auch ein Problem darstellen: Wählte man eine
Mikrofonkonfiguration, deren Abdeckungswinkel größer als der Aufnahmewinkel
ist, ergäbe dies eine Überlappung an dem Segment-Übergang. Die Folge wäre
eine Konzentration der Abbildung im Segment-Übergang und somit eine
Verzerrung des Abbildes.
2.2.2.3 Drehung der stereofonen Aufnahmewinkel durch Verschieben von
Laufzeit und Intensität
Aufnahmebereich: 90°
Öffnungswinkel: 90°
Critical Linking:
Aufnahmebereich kontinuierlich.
Um „Critical Linking“ für alle Segmentübergänge zu erreichen, müssten also alle
benachbarten Mikrofone eines WMA aus Stereosystemen bestehen, dessen
Öffnungswinkel gleich dem Abdeckungswinkel sind. Damit dieses Surround-
Aufnahmesystem jedoch den Anforderungen verschiedener
Aufnahmesituationen gerecht werden kann, müssen die Abdeckungswinkel
unabhängig vom Öffnungswinkel der Mikrofone sein. Um diese Flexibilität zu
erhalten, können durch die Einführung von elektronischen Versätzen sowie
Positionsversätzen die symmetrischen stereofonen Abdeckungswinkel der
14 EBS: Stereo-System nach Eberhard Sengpiel: Abstand der Kapseln 25cm, Öffnungswinkel der
Mikrofonhauptachsen 90°. Besonderheit des Systems: Aufnahmebereich = Öffnungswinkel
25 cm
25 cm
Aufnahmebereich: 90°
Öffnungswinkel: 90°

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 19
Mikrofonpaare gedreht werden. Hierbei unterscheidet Williams zwischen vier
möglichen Arten, die Abdeckungswinkel zu manipulieren 15 :
� EIO (Electronic Intensity Offset)
� ETO (Electronic Time Offset)
� MPIO (Microphone Position Intensity Offset)
� MPTO (Microphone Position Time Offset)
Williams führt zur Vereinheitlichung folgende Konvention ein: ein positiver
Offset ergibt eine Rotation des Abdeckungswinkels im Uhrzeigersinn, ein
negativer Offset eine Rotation gegen den Uhrzeigersinn.
Graphisches Beispiel eines negativen EIO:
Kein Offset
Abb. 14 Stereosystem ohne Offset und Stereosystem mit elektrischer
Anhebung des Pegels des linken Mikrofons
Ein negativer Offset ist z.B. gegeben, wenn die Verstärkung des rechten
Mikrofones relativ zum linken Mikrofon angehoben wird: Die Intensitätsachse
wird nach rechts gedreht; die graphische Addition mit der Zeitachse ergibt den
Betrag der Drehung der gesamten Abbildung.
„Zeitachse und Intensitätsachse können addiert werden unter der Annahme,
dass bei breitbandigen Signalen die Hörereignisrichtung b in % von der Mitte
aus - bei gleichsinnigem Auftreten von Pegel- und Laufzeitdifferenz - durch eine
15 Aus: [Williams et al 1999]
Intensitäts-Achse
Zeit-Achse
EIO-Electrical Intensity Offset
Intensitäts-Achse
Zeit-Achse

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 20
lineare Addition der Einflüsse beider Größen zustande kommt. Für die
Lautsprecher-Stereofonie gilt dann folgende Gleichung:“ [Sengpiel 1994]
��∆�, ∆�� � � � �∆�, �� � � ���, ∆��
�… Hörereignisrichtung in %
∆� … Intensitätsdifferenz
∆�… Laufzeitdifferenz
Graphisches Beispiel eines negativen MPTO:
Abb. 15 Negativer Offset mit MPTO
Dieselbe Rotation der Abbildung kann auch durch Veränderung der Position
des Mikrofons erreicht werden: In Abb. 15 verursacht das linke, nach hinten
verschobene Mikrofon einen Laufzeitunterschied: Dieser bewirkt eine nach links
gedrehte Zeitachse, die in der graphischen Addition mit der Intensitätsachse
eine Drehung der gesamten Abbildung nach links bewirkt.
Williams empfiehlt bei der Berechnung eines WMA eher MPTO und MPIO, die
„natürlichen“ Offsets durch Positionierung, anzuwenden. Er warnt insbesondere
vor einem Einsatz von EIO:
„Any use of electronic intensity offset must be done with caution, as this may
affect the smooth energy distribution around the system” 16 [Williams 1999]
16 Aus: [Williams, 1999], S. 6
MPTO-Microphone Position Time Offset
Zeit-Achse
Intensitäts-Achse

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 21
2.3 Jecklin-Scheibe (Surround-Version)
Jürg Jecklin, ehemals Schweizer Rundfunktonmeister und gegenwärtig
Lehrbeauftragter an der Universität für Musik und darstellende Kunst Wien, hat
ein Mikrofonsystem entwickelt, welches zur stereophonen Abbildung Laufzeit-
und Spektraldifferenzen 17 verwendet. Für die Erzeugung der
Spektraldifferenzen wird ein Trennkörper zwischen zwei Kugeln positioniert.
Abb. 16 OSS-Scheibe mit technischen Daten.
Diese sog. OSS-Scheibe (Optimal Stereo Signal) hat mittlerweile zahlreiche
Adaptierungen an das 5.0-Format erfahren.
So gibt es z.B. die Version OSIS 321 (Optimal Sound, Image, Space), welche
zusätzlich zu den Kugeln für den Center-Kanal ein Richtrohr vorsieht. Für die
Signalgewinnung der rückwärtigen Lautsprecher wird eine zusätzliche „Space-
Scheibe“ aufgestellt, die mit zwei parallel nach hinten ausgerichteten Nieren
bestückt ist. 18
320,00 mm 360,00 mm
Die in dieser Arbeit getestete Version besteht aus einer einzigen Scheibe.
17 Spektraldifferenzen: Frequenzabhängige Pegeldifferenzen
18 Siehe: [Jecklin 2003], Paper „Surrround Sound Aufnahmetechnik OSIS 321“
60,00°

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 22
2.3.1 Anordnung der getesteten Surround-Scheibe nach Jecklin
Abb. 17 OSIS-Scheibe mit vier Nierenmikrofonen seitlicher Einsprache.
Grundlage für die Surround-Scheibe nach Jecklin ist die oben beschriebene
stereophone Aufnahmetechnik: Zu den Kugeln werden koinzident pro Seite
jeweils zwei Nieren mit seitlicher Einsprache hinzugefügt. Hierbei werden ein
Mikrofon mit der Auslöschung nach vorne, und ein Mikrofon mit der
Auslöschung nach hinten gerichtet.
Um die klanglichen Vorteile der Kugeln voll auszuschöpfen, jedoch trotzdem die
vordere und hintere Hemisphäre getrennt aufzunehmen, werden den vorderen
Lautsprecher-Kanälen L und R zu den jeweiligen kugelcharakteristischen
Signalen jene der nach hinten gerichteten Nierenmikrofone phasengedreht
beigemischt. So entstehen zwei nach vorne gerichtete Nierencharakteristiken
mit dem vollen Frequenzgang einer Kugel. Auf dieselbe Art und Weise wird das
Signal für die hinteren Lautsprecher-Kanäle aufbereitet.

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 23
2.3.2 Theoretische Grundlagen der Surround-Aufnahmetechnik nach
Jecklin
Für die Beurteilung von Aufnahmen hat Jecklin eine Systematik entwickelt, die
er nun auch für die Entwicklung eines Surround-Mikrofonsystems anwendet.
So teilt er Faktoren für das zu simulierende 19 Schallfeld in vier Unterkategorien
ein:
� IMAGE: Beschreibt den Direktschall-Eindruck, den eine Aufnahme
vermittelt: Ausdehnung des Klangkörpers sowie Positionen einzelner
Schallquellen.
� SPACE: Beschreibt den Eindruck der Räumlichkeit einer Aufnahme:
enthält also akustische Informationen über die Raumgröße (z.B. erste
Reflexionen, Nachhall), und Raumbeschaffenheit (z.B. Diffusionsgrad 20 ,
Frequenzgang des Nachhalls).
� Trennung von IMAGE und SPACE: die Trennung von Image und
Space ist notwendig, um bei der Nachbearbeitung des Tonmaterials die
Mischung beider Faktoren bestimmen zu können. Da Mikrofon-Anordnungen für
die Gewinnung des Image- und Space-Signals sich in der Regel im selben
Raum befinden, lässt es sich schwer vermeiden, dass auch das Space-System
Direktschallinformationen enthält. Die so entstehenden, verschiedenen
Abbildungen des Klangkörpers im Image- und Space-Signal können in der
Kombination zu Unschärfen in der Abbildung und Klangverfärbungen führen.
Typische Problematik bei der Surround-Wiedergabe ist z.B. auch das „nach
hinten Schwappen“ der Direktschall-Signales. Daher Jecklins Forderung: „No
Space in Image, no Image in Space!“
� SOUND: Beschreibt die Klangfarbe einer Aufnahme, die so natürlich wie
möglich ausfallen soll.
Zentrale Punkte für die Entwicklung eines Surround-Mikrofonsystems sind also,
nach Jecklin, eine optimale Abbildung des Klangkörpers mit der bestmöglichen
19 Die Reproduktion des Schallfeldes ist nach Jecklin über ein 5.1 Lautsprechersystem schon deshalb
nicht möglich, da nur es nur horizontal, also nur 2-dimensional wiedergegeben werden kann. Daher ist die
korrekte Terminologie „Simulation“. Siehe: [Jecklin 2003]
20 Diffusionsgrad = 1 bedeutet die völlig gleichmäßige Verteilung der reflektierten Schallstrahlen,
Diffusionsgrad = 0 die Bündelung der reflektierten Schallstrahlen. Siehe [Willems 2008]

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 24
Klangfarbe, sowie die Simulation der Räumlichkeit mittels Signalen, die
möglichst keinen Direktschallanteil haben.
Die im Rahmen dieser Arbeit getestete Surround-Scheibe ist zur Erfüllung
dieser Forderungen entwickelt worden:
� Die Abbildung des Direktschalls wird mittels Laufzeit- und
Spektraldifferenzen realisiert. Da zur Phantomschalquellenbildung keine
Intensitätsdifferenzen notwendig sind, wird der Einsatz von Kugeln möglich,
deren Frequenzgänge bauartbedingt sehr linear sein können. Dies ist
Voraussetzung für das Erzielen einer guten Klangfarbe der Aufnahme.
� Die phasengedrehten Signale der nach hinten gerichteten Nieren werden
mit den Kugelsignalen zusammengemischt und in die Kanäle L und R geroutet.
Die phasengedrehten Signale der nach vorne gerichteten Nieren werden mit
den Kugelsignalen gemischt und in die Kanäle SL und SR geroutet. So wird für
die Aufnahme die vordere Hemisphäre des Schallfeldes von der hinteren
getrennt, gleichzeitig aber das ausgewogene Frequenzgangverhalten der
Kugeln für alle Kanäle beibehalten. Dies ist Jecklins Ansatz zur Trennung von
Image- und Space-Signal.
� Eine koinzidente Anordnung der vorderen und hinteren Mikrofonsysteme
(in diesem Fall ein XY mit 180° Öffnungswinkel) wei st nach Jecklin ein
unproblematisches Verhalten für die Kopplung der vorderen und hinteren
Hemisphäre auf:
“For the lateral information the use of angle dependent arrival time and spectral
differences between front and surround channels makes no sense. It is
sufficient and reasonable to use just intensity differences between the front and
surround channels. This can be realized with two lateral XY.” [Jecklin 2008]
X1 X2
Y1 Y2
Abb. 18 Zwei XY für eine laterale Abbildung auf Intensitätsbasis

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 25
2.4 Surround-Mikrofonierung des ORF im Großen Saal des
Wiener Musikvereins
Der österreichische Rundfunk sendet seit dem 13. Februar 2005
Konzertmitschnitte aus dem Großen Saal des Wiener Musikvereins in Stereo
und 5.1 Surround. Hierfür wurde die Hauptmikrofonierung adaptiert.
Die Wahl der Mikrofonierungsart wurde durch mehrere Faktoren bestimmt:
� Die zusätzlichen Kosten für die Erweiterung auf das Surround-Format
mussten so gering wie möglich gehalten werden.
� Das Konzerterlebnis sollte so wenig wie möglich optisch durch das
Hängen von zusätzlichen Mikrofonsystemen gestört werden.
� Das Stereo-Signal musste aus dem Surroundsignal generiert werden
können, und zwar möglichst ohne klangliche Einbußen.
2.4.1 Aufbau des Surround-Hauptsystems
1,2m
2,5m
2,5m
Abb. 19 Surround-Hauptmikrofonierung im Großen Saal des Wiener
Musikvereins
1,2m
2,5m

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 26
2.4.2 Decca Tree-ähnliche Anordnung als Front-Triplet
Die Decca Tree-Mikrofonkonstellation wurde von den Toningenieuren der
Decca in den 50er Jahren entwickelt. Die Anordnung wurde empirisch gefunden
und hat keine mathematisch-psychoakustischen Berechnungsmethoden zur
Grundlage.
Ursprünglich wurde das Neumann M50 verwendet, ein Mikrofon mit
Kugelcharakteristik. Das Kleinmembran-Mikrofon wurde durch den Einbau der
Kapsel in eine Plexiglas-Kugel mit 4cm Durchmesser diffusfeldentzerrt.
Die Abstände der Mikrofone des Decca Trees hängen von der
Aufnahmesituation und dem musikalischen Werk ab. Prinzipiell gibt es jedoch
eine Faustregel, die besagt, dass die Abstände der Mikrofone zueinander
mindestens 1m betragen müssen. Außerdem kann man von einer missglückten
Aufstellung ausgehen, wenn das Mikrofon im Center mehr als 3dB gegenüber
den anderen Mikrofonen abgesenkt werden muss. 21
Das Decca Tree-Hauptsystem hat viele Tonschaffende zu Variationen inspiriert.
Auch der ORF verwendet im Musikvereins-Saal eine Decca Tree-ähnliche
Konstellation. Der Vorteil für die Stereo-Surround-Kompatibilität liegt nahe: Das
Center-Mikrofon kann entweder in den Center-Kanal eines Surround-
Lautsprecher-Systems geroutet werden oder, wie es die Decca-Ingenieure auch
taten, in die Mitte einer Stereoabhöre panoramisiert werden.
Abb. 20 Decca Tree mit typischen Mikrofonabständen
21 Siehe: [Sengpiel 2007]
45,00°
2,0m
1,5m

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 27
2.4.3 Hamasaki-Square-ähnliche Aufstellung als Raumsystem
Hamasaki schlägt zur Wiedergabe der Räumlichkeit ein Mikrofonarray vor, das
aus vier Mikrofonen mit Achter-Charakteristik besteht:
2m-3m
Abb. 21 Hamasaki-Square
Er geht aufgrund umfangreicher Hörtests 22 davon aus, dass die vier
Lautsprecher L, R, SL, und SR vollkommen ausreichen, um den räumlichen
Eindruck einer Aufnahmesituation wiederzugeben. Hierfür ordnet er die
vorderen beiden Mikrofone L und R zu, die hinteren SL und SR.
Die Auslöschung der Achtercharakteristik ist auf die Schallquelle ausgerichtet.
Hierdurch soll bei der Mischung die Räumlichkeit unabhängig vom Direktschall
geregelt werden können.
Bühne
2m-3m
Die vier Mikrofone nehmen so primär seitliche Reflexionen des
Aufnahmeraumes auf. Zwar schlägt Hamasaki auch Varianten des Hamasaki-
Squares vor, bei denen das hintere Mikrofonpaar aus Nieren besteht, jedoch
warnt er vor möglichen Rückwürfen (Echos) der Rückwand 23 :
22 Aus: [Hamasaki et al. 2002] S. 3.
23 Hierbei wird von einem quaderförmigen Konzertsaal ausgegangen.
2m-10m

2. Beschreibung der verglichenen Hauptsysteme 28
„If these reflections are very noticeable, the feed to rear loudspeakers causes
an annoying delay between front loudspeakers and rear loudspeakers.“ 24
[Hamasaki et al. 2002]
Die Abstände der Mikrofone bestimmt Hamasaki rechnerisch und empirisch:
Zunächst stellt er in Messungen fest, dass zwei Kugeln bei einem Abstand von
2m schon ab 100Hz keine Kreuzkorrelation mehr aufweisen:
Abb. 22 Kreuzkorrelation von 2 Kugeln abhängig vom Abstand
Mit Hilfe von 11 Toningenieuren, die als Testpersonen verschiedene Abstände
im Vergleich hörten, ermittelte er die für die räumliche Wiedergabe am besten
geeigneten Abstände der vier Achten. Diese liegen im Bereich zwischen 2m
und 3m.
Das Raumsystem des ORF weist ca. 2,5m Kantenlänge auf und liegt somit
innerhalb des Bereichs der von Hamasaki vorgeschlagenen Abstände. Das
vordere Mikrofonpaar besteht aber davon abweichend aus Nieren, die zwar in
Richtung der Rückwand des Musikvereinsaals gerichtet sind, jedoch laut ORF-
Tonmeister Josef Schütz, aufgrund der terrassenartigen Architektur der
Rückwand keine Echos aufnimmt, sondern einen für die Wiedergabe der
Räumlichkeit geeigneten Diffusschall des rückwärtigen Raumteiles.
Ein weiterer Unterschied zu dem ursprünglichen Hamasaki-Square besteht in
der Zuordnung der Signale: Die des vorderen Mikrofonpaares (Nieren) werden
zwischen L und SL und R und SR panoramisiert, während das Signal des
hinteren Paares (Achten) in SL und SR geroutet werden.
24 Aus: [Hamasaki et al. 2002] S. 3.

3. Versuchsanordnung 29
3. Versuchsanordnung
Für einen Surround-Hauptmikrofon-Test ist ein Orchester nach Meinung des
Autors ein angemessener Klangkörper. Diese Entscheidung wurde aus
folgenden Gründen getroffen:
� Da ein Orchester ein ausgedehnter Klangkörper ist, lassen sich die
Qualitätsmerkmale eines Mikrofonsystems hinsichtlich horizontaler Abbildung
und Tiefenstaffelung gut prüfen.
� Von der großen Trommel bis zur Triangel decken die Instrumente eines
Orchesters ein sehr breites Frequenzspektrum ab. Daher ist das Orchester
auch zur Beurteilung des Frequenzverhaltens eines Mikrofonsystems gut
geeignet.
� Die von einem Orchester abgestrahlte Schallenergie reicht i.A.
vollkommen aus, um einen Konzertsaal anzuregen. Somit kann die Qualität des
Mikrofonsystems auch hinsichtlich der Übertragung der Räumlichkeit untersucht
werden.
Daher wurde für den Vergleich die Generalprobe des Webern-Symphonie-
Orchesters am 15. Mai 2009 im Großen Saal des Wiener Musikvereins
aufgenommen.
Programm:
� Anton Bruckner: 7. Symphonie
� Alban Berg: Violinkonzert; Solistin: Patricia Kopatchinskaja
Dirigent: Ralf Weikert
3.1. Aufnahmeort: Der Große Saal des Wiener Musikvereins
Leo Beranek schreibt in seinem Werk „Concert Halls and Opera Houses”:
“The superior acoustics of the Hall are due to its rectangular shape, its relatively
small size, its high ceiling with resulting long reverberation time, the irregular

3. Versuchsanordnung 30
interior surfaces, and the plaster interior. Any Hall built with these
characteristics would be an excellent hall, especially for symphonic music of the
Romantic and Classical periods.” 25 [Beranek 2003]
Abb. 23 Großer Saal des Wiener Musikvereins
V 15.000m³ Gesamtes Raumvolumen
Sa 690m² Sitzfläche
SA 955m² Sitzfläche und Zwischenräume
S0 163m² Fläche der Bühne
ST 1118m² ST=Sa+SA+S0
N 1680 Sitze
H 17,4m durchschnittliche Raumhöhe
W 19,8m durchschnittliche Raumbreite
L 35,7m durchschnittliche Raumlänge
D 40,2m weitester Abstand zwischen Bühne und Hörer
V/ST 13,4m Raumvolumen zu ST
V/SA 15,7m Raumvolumen zu SA
V/N 8,93m³ Raumvolumen pro Hörer
SA/N 0,57m² Sitzfläche mit Zwischenraum pro Hörer
Sa/N 0,41m² Sitzfläche pro Hörer
H/W 0,88 durchschnittliche Raumhöhe zu durchschnittlicher Raumbreite
L/W 1,8 durchschnittliche Raumlänge zu durchschnittlicher Raumbreite
ITDG 12msec Initial-time-delay-gap: Zeit in ms zwischen Direktschall und 1. Reflexion 26
25 Aus: [Beranek 2003], S. 173
26 Aus: [Beranek 2003], S. 176

3. Versuchsanordnung 31
3.2 Technik
Für einen neutralen Vergleich ist es unumgänglich so viele technische
Parameter wie möglich gleichwertig zu gestalten:
� Alle im Test verwendeten Mikrofone sind von derselben Marke und des
gleichen Typus: Es wurden ausschließlich Schoeps MK2S, MK4 und MK6
verwendet.
� Fast alle Kanäle wurden durch den gleichen Vorverstärker / A/D-Wandler
digitalisiert: Für die Anordnungen Trinnov SRP, WMA und Jecklin-Surround-
Scheibe wurden alle Kanäle mit RME-Mixtasy vorverstärkt und gewandelt; ABC,
Hamasaki-Square und Stützmikrofone wurden von Studer D950 Vorverstärkern
und A/D-Wandlern prozessiert. Dies stellt eine Diskontinuität in der Signalkette
dar. Die qualitativen Unterschiede dieser Geräteeinheiten dürften aber nach
Meinung des Autors marginal ausfallen und die Ergebnisse des Testes nicht
beeinflussen.
3.3 Positionierung der Hauptsysteme
Die gleichwertige Positionierung der Hauptsysteme stellte eine besondere
Herausforderung dar. Hier sieht der Autor die größtmögliche Fehlerquelle für
die gerechte Beurteilung der Mikrofonsysteme:
� Aufgrund der Unterschiede des Bündelungsfaktors 27 der von den
Systemen verwendeten Mikrofone (WMA: Mikrofone mit Nierencharakteristik,
Trinnov SRP: Charakteristik bis 5. Ordnung, ABC: Mikrofone mit
Kugelcharakteristik) müssen die Systeme in verschiedenen Abständen zum
Klangkörper aufgestellt werden, um ein gleich empfundenes Verhältnis
zwischen Direkt- und Diffusschall zu erreichen.
� Um dieselbe Balance zwischen den Instrumenten zu erhalten, müssten
sich die Systeme (abhängig vom Bündelungsfaktor) auf derselben Höhe
befinden. Dies ist aber nicht möglich, da der Platz auf einer Ebene begrenzt ist.
Desweiteren sollten sich die physischen Ausmaße der Systeme klanglich nicht
27 Der Bündelungsfaktor gibt an, wie viel mal größer der Besprechungsabstand eines Mikrofons mit
gerichteter Charakteristik gegenüber dem eines Mikrofons mit kugelförmiger Richtcharakteristik sein
kann, um das gleiche D/R-Verhältnis zu erhalten (D = Direktschall, R = Reflektierter Schall). Auf
Englisch heißt er DSF = distance factor.

3. Versuchsanordnung 32
gegenseitig beeinflussen (z.B. durch Platzieren eines Trennkörpersystems in
die Nähe eines Systems basierend auf Äquivalenz).
Alle Mikrofonsysteme wurden nach subjektiv gleich empfundenem Direkt-
Diffusschall-Verhältnis aufgestellt. die Systeme wurden hierfür während des
Einspielens des Orchesters in der ORF-Tonregie des Musikvereins abgehört.
ABC und Hamasaki-Square
KM
Trinnov-SRP
OSIS
VL 2
730 ,00 mm
7 8 A B
Abb. 24 Position der Hauptsysteme (qualitativ)
730,00 mm
730,00 mm
C
5
4
6
3
1 2
VC
Vla I
SR1L SR1R
SR2L SR2R
730,00 mm
730,00 mm
WMA

3. Versuchsanordnung 33
3.4 Vorbereitung des Vergleichsmaterials für den Hörvergleich
Im Wesentlichen galt es bei der Vorbereitung des Audiomaterials zu
garantieren, dass alle Kanäle in den richtigen Lautsprechern wiedergegeben
und die Signale richtig dekodiert werden:
� Trinnov SRP: Die Signale der acht Mikrofone des Arrays wurden mittels
der SRP-Signal-Prozessor-Einheit dekodiert. Die hierbei möglichen
wiedergabe-seitigen Eingriffe (oblatenförmige Gesamt-Richtcharakteristik oder
Dämpfung der rückwärtigen Kanäle) wurden außer Acht gelassen. Die Gesamt-
Richtcharakteristik des Systems war für den Test kugelförmig.
� WMA: Die Signale des WMA bedurften keiner Nachbearbeitung. Die
Signale wurden den entsprechenden Wiedergabekanälen zugeordnet.
� OSIS: Die Signale der nach vorne und hinten gerichteten Nieren wurden
phasengedreht den Signalen der Kugeln beigemischt:
Abb. 25 Signalflow für OSIS

3. Versuchsanordnung 34
� ABC und Hamasaki-Square: Das ABC wurde nach Ermessen des Autors
mit den Signalen der Stützmikrofone und dem Hamasaki-Square gemischt.
ABC und Hamasaki-Square können nach Meinung des Autors ohne
Stützmikrofonie nicht als eigenständiges System betrachtet werden, da die
angemessene Lokalisierungsschärfe der Instrumentengruppen und die als
richtig empfundene Balance von Direkt- und Diffusschall erst mit der
Beimischung der Stützmikrofone erreicht wird. Unter dem Autor bekannten
Tonmeistern ist diese Vorgehensweise üblich. Nur in wenigen Ausnahmefällen
werden Kugel-Hauptsysteme nicht mit Stützmikrofonen kombiniert.
Die auf diese Art und Weise gewonnenen Surround-Signale wurden nun für den
Test auf gleiche Lautheit eingestellt.
Hierbei ist dem Autor aufgefallen, dass programmabhängig (also im Wechsel
zwischen lauten und leisen Stellen der Musik) die Lautheit der vier
Surroundsysteme variiert: Wurde die Lautheit beispielsweise an einer leisen
Stelle der Testmusik angeglichen, konnte sie sich an einer lauten Stelle wieder
erheblich unterscheiden. Dies deutet darauf hin, dass die Systeme
verschiedene Wirkungsgrade der Schallwandlung aufweisen.
Bei der Anpassung der Lautheit wurde daher versucht, den besten Kompromiss
zu finden. Um die Systeme perfekt aufeinander anzupassen, wäre eine
Lautstärken-Automation erforderlich gewesen, die wiederum die Dynamik der
Systeme verfälscht hätte.
Den vier Systemen wurden Mute-Gruppen zugeordnet, so dass die
Testpersonen mit einem Knopfdruck zwischen den Systemen wechseln
konnten. Die Systeme wurden auf Mischpult sowie Fragebogen mit Nummern
versehen.
3.5 Die Abhörsituation
Als Testumgebung wurde Studio 2 des Institutes für Komposition und
Elektroakustik der Wiener Musikuniversität gewählt. Dieses Studio stellt einen
gewohnten Arbeitsplatz der Wiener Tonmeisterstudenten dar. Da die
Testpersonen ausschließlich aus Studenten und Lehrenden des Tonmeister-
Institutes bestanden, geht der Autor davon aus, dass diese in der gewohnten

3. Versuchsanordnung 35
akustischen Umgebung in der Lage waren, ein genaues Urteil über das
Audiomaterial zu fällen.
Die Lautsprecher wurden vor dem Test kalibriert. Abstände zum Sweetspot und
Winkel wurden gemessen und die Lautsprecherposition gegebenenfalls
korrigiert.
Zum Einstellen der Pegel wurde ein Schallpegelmessgerät verwendet, dessen
Messmikrofon im Sweet-Spot etwa auf Ohr-Höhe platziert wurde. Laut
Empfehlungen des „Producers and Engineers Wing“ 28 wurden dann die
Lautsprecher mit rosa Rauschen bespielt und auf 85dB SPL eingepegelt. Das
Schallpegelmessgerät wurde hierfür auf C-Gewichtung und die Zeitbewertung
auf „langsam“ gestellt.
3.6 Zu bewertende Parameter
Als Grundlage für die Festlegung der zu bewertenden Parameter diente die in
Kapitel 2.3.2 erwähnte Systematik Jecklins zur Beurteilung von Aufnahmen. Die
zu bewertenden Merkmale einer Aufnahme Sound (Klangfarbe), Image
(Abbildung) und Space (Räumlichkeit), hat der Autor mit Unterkategorien
versehen und um die Kategorie der persönlichen Präferenz der Probanden
erweitert:
1. Klangfarbe
2. Abbildung
a. natürlich – verfärbt
b. satt – dünn
a. klar – undefiniert
b. stabil – instabil
3. Tiefenstaffelung
a. plastisch – flach
4. Räumliche Einhüllung
28 Siehe: [Ainlay et al. 2004], S. 35

3. Versuchsanordnung 36
a. gut – schwach
5. Verbindung vorne – hinten
a. kontinuierlich – aufgerissen
6. Gesamteindruck
a. glaubwürdig – artifiziell
b. gefällt mir – gefällt mir nicht
3.6.1. Erklärung der gewählten Parameter
� Klangfarbe: Die Unterkategorien „natürlich - verfärbt“ und „satt - dünn“
beschreiben eigentlich das Verhalten zweier Frequenzbänder des
Audiomaterials. Wird eine Verfärbung empfunden, so bezieht sich dieser
Ausdruck nach Meinung des Autors auf einen nicht linearen Frequenzgang im
Bereich der Formanten, während die Begriffe „satt“ bzw. „dünn“ eher eine
Aussage über die Eigenschaften des Frequenzverlaufs im Bereich der Mitten
und tiefen Mitten repräsentieren. Was die Begrifflichkeit betrifft, gibt es hierfür
keine genau definierten Konventionen.
� Abbildung: Unter einer „klaren“ Abbildung versteht sich das Ausmaß der
horizontalen Lokalisierungsschärfe: Ist bei der Wiedergabe einer Aufnahme der
Hörer in der Lage, einzelnen Instrumenten eine Richtung, bzw.
Instrumentengruppen eine Dimension und Richtung zuzuordnen, so kann man
von einer klaren horizontalen Abbildung sprechen. Das Gegenteil hiervon wäre
eine „undefinierte“ horizontale Abbildung.
Selbst wenn eine klare Abbildung erreicht ist, kann es vorkommen, dass
Schallquellen (insbesondere Soloinstrumente oder Gesangssolisten) innerhalb
der Lautsprecherbasis nicht „stabil“ aus einer Richtung abgebildet werden,
sondern sich im Verlauf der Wiedergabe horizontal zu bewegen scheinen 29 . In
der Praxis hat sich gezeigt, dass solche Effekte bei einer Wiedergabe als
„geisterhaft“ empfunden werden und daher nicht erwünscht sind. 30
29 Bei im Sweetspot befindlichem, nicht bewegtem Kopf des Hörers.
30 Im Rahmen der Vorlesung „Aufnahmeanalyse“ hat Jecklin von Versuchen berichtet, Opernaufnahmen
mit bewegten Sängern zu produzieren. Aufnahmen mit bewegten Phantomschallquellen waren jedoch,
nach Jecklin, unter den Hörern nicht besonders beliebt.

3. Versuchsanordnung 37
� Tiefenstaffelung: Ist die Tiefenstaffelung plastisch, können Schallquellen
aus verschiedenen, virtuellen Ebenen der Lautsprecherbasis geortet werden.
Jecklin teilt diese Dimension in folgende Unterkategorien auf:
„Layer 0
Die Schallquellen werden raumlos in der Ebene der Wiedergabelautsprecher
abgebildet. […]
Layer 1
Schallquellen oder Schallquellengruppen sind in einem beim direkten Hören als
angenehm empfundenen Abstand hinter der Lautsprecherebene abgebildet.[…]
Layer 2
Schallquellengruppen werden in einem der Gruppengröße angemessenen
Abstand hinter der Lautsprecherebene abgebildet. […]
Layer 3
Zweite Ebene eines tiefengestaffelten, großen Klangkörpers. Die Akustik des
Aufnahmeraumes ist deutlich wahrnehmbar. […]
Layer 4
Deutlich entfernt platzierte Schallquellen, die im Raum, oder sogar außerhalb
des Raumes abgebildet erscheinen. Beispiel: Fernorchester“ […]
[Jecklin 2003]
Wird also ein Orchester z.B. nur in einer Ebene (Layer) abgebildet, kann man
von einer „flachen“, also praktisch nicht vorhandenen Tiefenstaffelung
sprechen.
� Räumliche Umhüllung: „Das Gefühl, sich mitten im Klang zu befinden -
von Klang umgeben zu sein.“ [Meindl 2006]
Dieser Begriff steht für das Ausmaß des Gefühls, durch die
Mehrkanalwiedergabe in das ursprüngliche Schallfeld der Aufnahme
zurückversetzt zu sein. Eine gute räumliche Umhüllung dürfte entstehen, wenn
ein Mikrofonsystem erste Reflexionen und Nachhall eines Raumes annähernd
unverzerrt und richtungstreu wiedergibt. Hierbei ist auch der korrekte relative
Pegel zwischen Direkt- und Diffusschall ausschlaggebend.

3. Versuchsanordnung 38
� Eine besondere Herausforderung stellt die psychoakustische Verbindung
zwischen vorderem und hinterem Schallfeld durch die Lautsprecher einer
Surroundanlage dar, zumal die Abbildung des Schallfeldes lateral nicht so
unproblematisch funktioniert wie vorne und hinten:
„Unsere Ohren stehen zu den beiden seitlichen Lautsprechern (hiermit sind SL
und SR gemeint) sehr ungünstig. Schon leichte Kopfbewegungen lassen das
lokalisierte Hörereignis seitlich nach vorn und hinten springen, weil sich dabei
die Laufzeitdifferenzen und die Pegeldifferenzen stark ändern - was irritierend
ist. Die Seitenschallquellen sind also leicht flüchtig.“ [Sengpiel, 2000]
Daher ist es ebenfalls eine positive Eigenschaft eines Surround-
Mikrofonsystems, wenn sich dieses in der lateralen Abbildung unproblematisch
verhält, also eine Kontinuität des Klangbildes auch seitlich erzeugt.
� Eine Unterkategorie der persönlichen Präferenz fordert den Probanden
dazu auf, die Aufnahme hinsichtlich der Glaubwürdigkeit zu prüfen. Mit der
Frage nach der „Glaubwürdigkeit“ einer Aufnahme möchte der Autor evaluieren,
ob das Aufnahmesystem das Schallfeld so aufzeichnen kann, dass das
Tonmaterial bei der Wiedergabe einen realitätsnahen Eindruck hinterlässt.
Hierbei gilt es nicht, dies nach einzelnen Parametern zu untersuchen, sondern
den Gesamteindruck zu beschreiben. Der Autor geht davon aus, dass sich die
Testhörer bei der Frage nach einem Gesamteindruck nicht mehr auf einzelne,
oben genannte Parameter beziehen, sondern jenes Gefühl dokumentieren,
welches die Summe der Parameter hervorbringt.
3.7 Ablauf der Testreihe
Den insgesamt 21 Probanden wurden die Parameter des Fragebogens und die
Bedienung des Mischpultes erklärt. Die Testpersonen hatten dann die
Möglichkeit das Probematerial selbständig zu beurteilen. Hierfür gab es keine
zeitlichen Limitierungen.
In der Regel benötigten die Testpersonen zwischen 20 und 30, in seltenen
Fällen bis zu 45 Minuten zur Beurteilung des Audiomaterials.

4. Testergebnisse 39
4. Testergebnisse
4.1 Auswertung und Statistik
Zur Auswertung der Untersuchungen wurde der Mittelwert aller Parameter,
sowie das Konfidenzintervall von 95% berechnet. Dieses gibt einen Bereich der
Mittelwerte des jeweiligen Parameters für eine Gesamtheit aller möglichen
Stichproben an, die unter denselben Bedingungen entstehen. Bei dem
Konfidenzniveau von 95% bleibt eine Wahrscheinlichkeit von 5% bestehen,
dass bei der Gesamtheit aller möglichen Stichproben der Mittelwert nicht
innerhalb des Konfidenzintervalls liegt 31 .
Für psychoakustische Tests ist das Konfidenzintervall deshalb sehr interessant,
weil die Aussagekraft (Signifikanz) einer Stichprobe direkt abgelesen werden
kann. War die Streuung in der Beurteilung eines Parameters groß, so
vergrößert diese Tatsache das Konfidenzintervall; je breiter dieses ist, desto
geringer ist die Aussagekraft (Signifikanz) des mittels einer Stichprobe
ermittelten arithmetischen Mittelwertes.
4.1.1 Berechnung des arithmetischen Mittelwertes
��……..Mittelwert des Parameters
�……..Wert des Parameters
�……..Anzahl der Testergebnisse
�……..Ordnungszahl der Testergebnisse
�
�� � 1
� � �� ���
4.1.2 Berechnung des Konfidenzintervalls P über die Varianz σ²
� � � � ∑�� ����� �
�����
� � �� � � �
σ……..Standardabweichung P……..Konfidenzintervall
σ²……..Varianz
31 Aus: [Wikipedia 2009], Stand: 16.12.2009
√�
; � � 1,96
z……..Standardnormalverteilung für Konfidenzintervall
95%: 1,96

4. Testergebnisse 40
4.2 Fehlerbalkendiagramme
Die Fehlerbalkendiagramme bieten eine gute Übersicht und
Vergleichsmöglichkeit der einzelnen Test-Parameter:
natürlich verfärbt
Obere Grenze des Konfidenzintervalls
Arithmetischer Mittelwert
Untere Grenze des Konfidenzintervalls
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
KLANGFARBE: natürlich - verfärbt
ABC TRINNOV-SRP WMA JECKLIN
Abb. 26 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Klangfarbe“: natürlich -
verfärbt

4. Testergebnisse 41
satt dünn
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
ABC TRINNOV-SRP WMA JECKLIN
Abb. 27 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Klangfarbe“: satt - dünn
klar undefiniert
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
KLANGFARBE: satt - dünn
ABBILDUNG: klar - undefiniert
ABC TRINNOV-SRP WMA JECKLIN
Abb. 28 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Abbildung“: klar - undefiniert

4. Testergebnisse 42
stabil instabil
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
ABC TRINNOV-SRP WMA JECKLIN
Abb. 29 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Abbildung“: stabil - instabil
plastisch flach
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
ABBILDUNG: stabil - instabil
TIEFENSTAFFELUNG: plastisch - flach
ABC TRINNOV-SRP WMA JECKLIN
Abb. 30 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Tiefenstaffelung“: plastisch -
flach

4. Testergebnisse 43
gut schwach
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
ABC TRINNOV-SRP WMA JECKLIN
Abb. 31 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „räumliche Umhüllung“: gut -
schwach
kontinuierlich aufgerissen
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
RÄUMLICHE UMHÜLLUNG: gut - schwach
VERBINDUNG VORNE-HINTEN:
kontinuierlich - aufgerissen
ABC TRINNOV-SRP WMA JECKLIN
Abb. 32 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Verbindung vorne - hinten“:
kontinuierlich - aufgerissen

4. Testergebnisse 44
glaubwürdig artifiziell
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
ABC TRINNOV-SRP WMA JECKLIN
Abb. 33 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Gesamteindruck“:
glaubwürdig - artifiziell
gefällt gefällt nicht
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
GESAMTEINDRUCK: glaubwürdig - artifiziell
GESAMTEINDRUCK: gefällt - gefällt nicht
ABC TRINNOV-SRP WMA JECKLIN
Abb. 34 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Gesamteindruck“: gefällt –
gefällt nicht

4. Testergebnisse 45
4.3 Interpretationsmöglichkeiten der Ergebnisse
Im Folgenden wird versucht, die Testergebnisse mit den technischen
Eigenschaften der Systeme in Beziehung zu bringen. Hierbei handelt es sich
um Interpretationsversuche des Autors.
4.3.1 Klangfarbe
Der Parameter Klangfarbe weist, abgesehen vom Gesamteindruck, die größten
Differenzen zwischen den Mikrofonsystemen auf. ABC hat in beiden
Unterkategorien klar die besten Ergebnisse erzielt. Was den Klang betrifft, ist
die Kugelcharakteristik aufgrund des linearsten Frequenzganges im Vergleich
zu anderen Richtcharakteristiken am meisten zu empfehlen. Dass die Jecklin-
Scheibe, die ebenfalls mit Kugeln arbeitet, klanglich den 3. Platz erhält, könnte
damit zusammenhängen, dass gewisse Einfärbungen durch den Trennkörper
entstehen. Am erstaunlichsten ist das relativ schlechte Ergebnis für das Trinnov
SRP. Wahrscheinlich erhalten die Kugelsignale bei der aufwändigen, digitalen
Signalverarbeitung durch die Filtermatrix eine nicht vorteilhafte Einfärbung. Für
die Tatsache, dass das WMA ausschließlich aus Nieren besteht, schneidet es
klanglich mit dem 2. Platz hervorragend ab. Der entfernungsabhängige
Frequenzgang der Nieren scheint, was die Wiedergabe tiefer Frequenzen
betrifft, in diesem Fall nicht so stark ins Gewicht zu fallen.
4.3.2. Abbildung
Was die Lokalisierungsschärfe betrifft, lassen sich am Ergebnis des ABC klar
die Nachteile eines auf Laufzeitdifferenz basierten Mikrofonsystems erkennen,
auch wenn diese durch den Einsatz von Stützmikrofonen verbessert wurde.
Das aufwändig generierte Signal vom Trinnov SRP zeichnet sich jedoch trotz
theoretisch perfekter Phantomschallquellen nicht deutlich in der
Lokalisierungsschärfe vom ABC ab. Die genaueste Abbildung wurde beim
WMA erzielt. Hier scheinen die Berechnungen der Segment-
Abdeckungsbereiche gute Wirkung zu erzielen. Die Richtwirkung der Nieren
des Systems tragen sicherlich zu diesem Ergebnis bei, da so die Abbildung
nicht nur auf Laufzeit- sondern auch Pegelunterschieden basiert. Die
Problematik der parasitären Phantomschallquellen behandelt Williams in seinen

4. Testergebnisse 46
Dokumentationen über das WMA nicht. Die Testhörer haben dem Ergebnis
zufolge keine Verschlechterung der Abbildung durch parasitäre
Phantomschallquellen festgestellt.
Die Jecklin-Scheibe bewegt sich in dieser Kategorie auf der gleichen Ebene wie
das Trinnov SRP, bildet also als System, das Laufzeit- mit Spektraldifferenzen
kombiniert, etwas besser ab als das ABC.
Für die Stabilität der Abbildung scheint das Konzept des Trinnov SRP
aufzugehen. Die restlichen Systeme wurden etwas schlechter bewertet,
verhalten sich untereinander jedoch annähernd gleich, was diesen Parameter
betrifft.
4.3.3 Tiefenstaffelung
Das WMA scheint auch die Tiefenstaffelung am besten zu beherrschen, gefolgt
vom ABC. Obwohl das ABC vorsichtig gestützt wurde (was für die vom
Hauptsystem entfernteren Instrumentengruppen eine geringe Erhöhung des
Direktschallpegels bedeutet), wurde die Tiefenstaffelung besser bewertet als
bei der Jecklin-Scheibe. Das Klangbild des Trinnov SRP wurde als das am
wenigsten tiefengestaffelte wahrgenommen.
4.3.4 Räumliche Umhüllung
Die beste räumliche Umhüllung bot das WMA. Nach Meinung des Autors spielt
auch hierfür die Tatsache eine Rolle, dass das WMA jedes Segment mit einem
passend gestalteten Stereosystem abbildet und somit den Raum „logisch“
wiedergibt – und das nicht, wie das Trinnov SPR, nur auf Intensitätsdifferenzen
basierend, sondern Laufzeit- und Intensitätsdifferenzen kombinierend. Das ABC
an zweiter Stelle ist sicherlich gut, was räumliche Umhüllung betrifft, da das
hinzugefügte Hamasaki-Square die hierfür notwendigen dekorellierten
Raumsignale liefert:
„In order to reproduce the spatial impression of a concert hall, it is necessary to
have four uncorrelated feeds to the left, right, rear left and rear right
loudspeakers.” [Hamasaki et al. 2002, S. 1]
Die Jecklin-Scheibe weist keine besonders großen Mikrofonabstände auf; die
für eine gute räumliche Umhüllung notwendigen dekorellierten Signale kann das
System daher anscheinend nicht im ausreichenden Ausmaß herstellen.

4. Testergebnisse 47
4.3.5 Verbindung vorne-hinten
Dem Hamasaki-Square kann man wahrscheinlich auch die gute Verbindung
zwischen vorne und hinten zuschreiben. Die dekorellierten Signale scheinen
sich gut zu eignen, Stabilität zwischen vorne und hinten zu gewährleisten und
auch unempfindlich auf Kopfbewegungen der Probanden zu reagieren.
Allerdings ist keine richtungstreue Abbildung der 1. Reflexionen zu erwarten,
wie sie das WMA bietet.
Das WMA schneidet in dieser Kategorie schlechter ab; die laterale Abbildung
verlangt eine genaue Ausrichtung des Hörers und reagiert flüchtiger auf
Variationen der Kopfposition.
Da Trinnov-SRP und Jecklin-Scheibe beide lateral auf Intensitätsdifferenzen
basieren, kann es sein, dass diese Tatsache für die Verbindung zwischen vorne
und hinten nicht hilfreich ist. In diesem Test führten anscheinend eine
Kombination aus Intensitäts- und Laufzeitdifferenzen auch lateral zu einem
besseren Ergebnis.
4.3.6 Gesamteindruck
Das ABC wurde als bestes System gewählt- hier zeigt sich, dass der Klang
einer Aufnahme ausschlaggebend ist. Die gute Klangfarbe ist den Kugeln
zuzuschreiben. Überraschenderweise überragt das ABC, laut Testergebnis,
auch in Bezug auf Realismus das WMA. Das ist ein interessantes Ergebnis, da
das ABC, mit der Dekka-Tree-ähnlichen Konfiguration und dem Hamasaki-
Square, kein System ist, welches genaue, richtungstreue Phantomschallquellen
bilden kann.
Auf dem 2. Platz der Präferenz ist das WMA; auch dieses Ergebnis ist für ein
Hauptsystem, das ausschließlich aus Nieren besteht und daher nicht den Klang
von Kugeln bieten kann, überraschend.
Auch war zu Beginn des Tests nicht zu erwarten, dass das technisch
aufwändigste und in der Anschaffung teuerste System, das Trinnov-SRP, mit
deutlichem Abstand die schlechtesten Beurteilungen erhalten sollte. Der Autor
vermutet zwei wesentliche Gründe für dieses Ergebnis:
1. die offensichtliche Klangverfärbung, wahrscheinlich durch die aufwendige
Filterung der Dekodierungseinheit verursacht.

4. Testergebnisse 48
2. die Simulation des Schallfeldes ausschließlich durch Intensitäts-
differenzen.
Koinzidente Anordnungen sind heutzutage selbst als stereophone
Hauptmikrofone kaum mehr üblich. Mikrofon-Systeme, die mehrere
psychoakustische Parameter 32 kombinieren, werden, nach Meinung des Autors,
allgemein vorgezogen, da sie ein realistischeres Klangbild erzeugen.
Auch stellt sich die Frage, ob das Intensitäts-Panning-Gesetz 5. Ordnung das
geeignetste für eine intensitätsdifferenzbasierte Wiedergabe ist.
Beispielsweise kommt Peter Craven in seinem AES-Conference-Paper, nach
zahlreichen Hör-Tests, zu dem Ergebnis, dass ein Intensitäts-Panning-Gesetz
4. Ordnung subjektiv am besten geeignet ist, ein Schallfeld über 360°
abzubilden. 33
270
300
240
330
210
Abb. 35 Polardiagramm des Intensitäts-Panning-Gesetzes 4. Ordnung nach
Peter Craven
Aus diesem Polardiagramm ist jedoch ersichtlich, dass es Schnittflächen der
Richtcharakteristiken gibt, die von drei Kanälen gebildet werden: Dies bedeutet
wiederum, dass bei dem Intensitäts-Panning-Gesetz 4. Ordnung parasitäre
32 Z.B. Laufzeit- Intensitäts- und Spektraldifferenzen.
33 Siehe: [Craven 2003], S. 4: “Subjective Evaluation”, Stand: Juni 2003
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
30
150
60
120
90

4. Testergebnisse 49
Phantomschallquellen entstehen. Laut des von Craven beschriebenem Test
verursacht dies jedoch subjektiv keine Abbildungs-Unschärfe:
„Panning a sound across the front gives a smooth transition. It's clearly better
compared to constant-power panning, both timbrally and spatially. There's
hardly any change in quality as a sound passes through C and only a little bit
more as a sound is panned beyond L and R. The sound image remains stable
for about ±40 to 45 degrees (perceived angle.)“ [Craven 2003]
Dies könnte nach Meinung des Autors ein Indiz dafür sein, dass bei
Audiosystemen die physikalisch am saubersten anmutende Lösung subjektiv
nicht automatisch als Schönste empfunden wird.
Das Netzdiagramm bietet einen guten Überblick über alle Ergebnisse:
Gesamteindruck2
Gesamteindruck1
Verbindung vornehinten
Umhüllung
Klangfarbe1
10 =schlecht
9
8
7
6
5
4
3
2
1 =gut
Abb. 36 Netzdiagramm aller Mittelwerte
Klangfarbe2
Tiefenstaffelung
Abbildung1
Abbildung2
ABC
Trinnov
WMA
Jecklin

5. Zusammenfassung und Ausblick 50
5. Zusammenfassung und Ausblick
Diese Arbeit behandelte den Vergleich von vier Surround-Mikrofon-Systemen:
Trinnov-SRP: Phantomschallquellen werden durch Intensitätsdifferenzen
erzeugt; durch rechnerische Simulation von Richtcharakteristiken 5. Ordnung
werden parasitäre Phantomschallquellen vermieden.
WMA: Phantomschallquellen werden durch Laufzeit-und Intensitätsdifferenzen
erzeugt. Jedes Segment erhält ein der Aufnahmesituation angepasstes
stereophones Mikrofonsystem.
Jecklin-Surround-Scheibe: Phantomschallquellen frontal und retrograd werden
durch Laufzeit- und Spektraldifferenzen erzeugt. Die laterale Abbildung wird
durch eine koinzidente Anordnung realisiert.
ABC+Raum+Stützmikrofonie: Eine empirisch gefundene Mikrofonaufstellung.
Die frontale Abbildungsschärfe wird durch Stützmikrofonierung erhöht.
Die Systeme wurden technisch beschrieben und anhand einer
Orchesteraufnahme und einem nachfolgenden Hörtest miteinander verglichen.
Hierbei kam es zu folgenden wesentlichen Ergebnissen:
ABC + Raum- + Stützmikrofonierung wird als klanglich bestes System bewertet,
obwohl diese Anordnung empirisch entwickelt wurde und ihr keine
psychoakustischen Berechnungen zugrunde liegen.
Das WMA erhält den 2. Platz der Gesamtbewertung und sticht als besonders
gutes System, was die Abbildung und Tiefenstaffelung betrifft, heraus. Die
Klangfarbe wird trotz der Tatsache, dass bei diesem System ausschließlich
Nieren zum Einsatz kommen, kommt auf den 2. Platz in der Bewertung.
Die Jecklin-Scheibe, erzielt gute Bewertungen für die horizontale
Abbildungsschärfe, fällt aber für die restlichen Bewertungen auf den 3. Platz.
Dies ist für den Klang-Aspekt besonders bemerkenswert, da für die Jecklin-
Scheibe Kugeln verwendet werden. Die Implementierung von
Spektraldifferenzen scheint sich positiv auf die horizontale Abbildungsschärfe
auszuwirken, gleichzeitig negativ auf die Klangfarbe des Systems.

5. Zusammenfassung und Ausblick 51
Die Simulation eines koinzidenten Surround-Mikrofons mit Richtcharakteristiken
höherer Ordnung durch ein Mikrofonarray und nachfolgender digitaler
Signalverarbeitung hat ein relativ unspektakuläres Klangbild zur Folge. Das
errechnete Surround-Signal wird von den Testhörern als verfärbt empfunden.
Das Trinnov-SRP konnte allein für den Aspekt „Stabilität der Abbildung“ ein
gutes Ergebnis erzielen.
Es zeigt sich, dass das Aufnehmen von Musik völlig berechtigt als Kunstform
gehandhabt wird. Die empirisch gefundene Mikrofon-Anordnung hat die besten
Ergebnisse erzielt.
Desweiteren zeichnet sich ab, dass die Entwicklung von Mikrofon-Anordnungen
nach psychoakustischen Gesichtspunkten dann mehr Erfolg hat, wenn
möglichst viele psychoakustische Parameter kombiniert werden. Die genau
berechnete Kombination von Laufzeit- und Intensitätsdifferenzen des WMA hat
gute Ergebnisse erzielt, während die Abbildung des Schallfeldes lediglich über
Intensitätsdifferenzen des Trinnov-SRP keine große Akzeptanz erfuhr.
Bei den Recherchen für die vorliegende Arbeit hat der Autor bemerkt, dass für
die Problematik der lateralen Abbildung des Schallfeldes 34 in einer 5.X
Abhöranordnung anscheinend bislang sehr wenig Forschung betrieben wurde.
Die psychoakustischen Erkenntnisse für die frontale Abbildung lassen sich
offensichtlich nicht auf die laterale Abbildung übertragen. Es stellt sich auch die
Frage, ob die 5.1-Lautsprecheranordnung nach ITU für die seitliche Abbildung
überhaupt gut geeignet ist.
Diesbezüglich gibt es noch viel Forschungsbedarf.
Der Hörtest wurde von den Probanden in nachfolgenden Gesprächen als sehr
lehrreich empfunden. Für das Tonmeisterstudium sieht der Autor einen großen
Bedarf an solchen Studien. Durch die direkte Vergleichsmöglichkeit von
Mikrofonanordnungen können Erkenntnisse entstehen, die die Entscheidung für
oder wider bestimmte Mikrofonierungstechniken erleichtern.
34 Gemeint ist die laterale Abbildung des Schallfeldes mit nach vorne orientiertem Kopf; denn wird der
Kopf zur Seite gedreht, gelten wieder die psychoakustischen Prinzipien für die frontale Abbildung.

Literaturverzeichnis 52
Literaturverzeichnis
[Ainlay et al. 2004] Chuck Ainlay, Joe Chiccarelli, Bob Clearmountain, Frank
Filipetti, Leslie Ann Jones, Rory Kaplan, Jeff Levison, Bob Ludwig, George
Massenburg, Howard Massey, Hank Neuberger, Phil Ramone, Elliot Scheiner,
Eric Schilling, Al Schmitt, Jeff Skillen, Paul Stubblebine: Recommendations for
surround sound production, © 2004 The National Academy of Recording Arts &
Sciences, Inc. www.cc-music-online.de/media//DIR_22312/5_1_Rec.pdf, Stand:
Dezember 2009
[Beranek 2003] Leo Beranek: Concert Halls and Opera Houses, Second
Edition, Springer-Verlag 2003
[Boré et al. 1999] Gerhard Boré / Stephan Peus: “Mikrophone”, Stand: 1999
[Craven 2003] Peter Craven: AES-Conference-Paper 9: “Continuous Surround-
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[Hamasaki et al. 2002] Kimio Hamasaki und Koichiro Hiyama: ”Reproducing
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www.mdw.ac.at/I101/iea/tm/scripts/jecklin/tt10aufnahmen.pdf, Stand: Mai 2003
[Jecklin 2003] Jürg Jecklin: „Paper Surround Sound Aufnahmetechnik OSIS
321“, www.mdw.ac.at/I101/iea/tm/scripts/jecklin/special/osis321.pdf ,Stand: Mai
2003
[Jecklin 2008] Jürg Jecklin: “One Spot Surround with the OS Surround Disc”,
preliminary Paper, Stand: August 2008
[Laborie et al. 2003] Arnaud Laborie, Rémy Bruno, Sébastien Montoya: 114th
AES Convention, preprint 5717: “A new comprehensive approach of surround
sound recording”, Stand: März 2003

Literaturverzeichnis 53
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AES-Convention-Paper 6116, Stand: Mai 2004
[Meindl 2006] Marie-Josefin Meindl: „Vergleich von Mikrofonaufstellungen zur
Raumwiedergabe über 5.1 Surround“ Diplomarbeit, Universität für Musik und
darstellende Kunst Wien
[Sengpiel 1994] Eberhard Sengpiel: „Die Wirkung gleichsinniger Pegel- und
Laufzeitdifferenz von Lautsprechersignalen auf die Hörereignisrichtung“,
www.sengpielaudio.com/WirkungGleichsinniger.pdf, Stand: Mai 1994
[Sengpiel 2000] Eberhard Sengpiel: „Seitliche Phantomschallquellen gibt es
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Stand: Februar 2000
[Sengpiel 2007] Eberhard Sengpiel: „Decca Tree“
www.sengpielaudio.com/Decca-Tree-Tutorium.pdf, Seite 1, Stand: November
2007
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Statistische Operationen, Stand: Dezember 2009
[Willems 2008] Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang M. Willems, Bauphysik III –
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Dezember 2009
[Williams et al. 1999] Michael Williams, Guillaume le Dû: AES-Convention-
Paper 4997: “Microphone Array Analysis for Multichannel Sound Recording”
Stand: Mai 1999
[Williams et al. 2001] Michael Williams, Guillaume le Dû: AES-Convention-
Paper 5336 „The Quick Reference Guide to Multichannel Microphone Arrays
Part 1: using Cardioid Microphones“, Stand: Mai 2001

Abbildungsverzeichnis 54
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1 Lautsprecheranordnung nach ITU-R BS.775-1 .................................. 2
Abb. 2 Phantomschallquellen generiert von Trinnov-SRP und
herkömmlicher Surround-Mikrofonierung ..................................................... 5
Abb. 3 Schalleinfall-Richtungsvektoren und deren Schnittpunkte bei
Systemen mit Richtcharakteristiken 5. und 1. Ordnung ............................... 6
Abb. 4 Polardiagramm des Intensitäts-Panning-Gesetzes 5. Ordnung ....... 9
Abb. 5 Trinnov-SRP Mikrofon-Array ............................................................. 10
Abb. 6 Trinnov-SRP Signalverarbeitung: FIR-Filter-Matrix ......................... 11
Abb. 7 Trinnov-SRP-Signalflow ..................................................................... 12
Abb. 8 Prinzipieller Aufbau eines WMA ........................................................ 14
Abb. 9 Technische Daten des untersuchten WMA ...................................... 15
Abb. 10 Fünf Segmente des Schallfeldes ..................................................... 16
Abb. 11 Öffnungswinkel ≠ Aufnahmewinkel ................................................ 17
Abb. 12 Critical Linking ist ohne elektronischem Offset mit 2 ORTF-
Systemen als Front-Triplet nicht möglich .................................................... 17
Abb. 13 Critical Linking gewährleistet: Öffnungswinkel der
Mikrofonhauptachsen = Aufnahmebereich .................................................. 18
Abb. 14 Stereosystem ohne Offset und Stereosystem mit elektrischer
Anhebung des Pegels des linken Mikrofons ............................................... 19
Abb. 15 Negativer Offset mit MPTO .............................................................. 20
Abb. 16 OSS-Scheibe mit technischen Daten. ............................................. 21
Abb. 17 OSIS-Scheibe mit 4 Nierenmikrofonen seitlicher Einsprache. ..... 22
Abb. 18 Zwei XY für eine laterale Abbildung auf Intensitätsbasis ............. 24
Abb. 19 Surround-Hauptmikrofonierung im Großen Saal des Wiener
Musikvereins ................................................................................................... 25
Abb. 20 Decca Tree mit typischen Mikrofonabständen .............................. 26
Abb. 21 Hamasaki-Square ............................................................................. 27
Abb. 22 Kreuzkorrelation von 2 Kugeln abhängig vom Abstand ............... 28
Abb. 23 Großer Saal des Wiener Musikvereins ........................................... 30
Abb. 24 Position der Hauptsysteme (qualitativ) .......................................... 32
Abb. 25 Signalflow für OSIS .......................................................................... 33

Abbildungsverzeichnis 55
Abb. 26 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Klangfarbe“: natürlich -
verfärbt ............................................................................................................ 40
Abb. 27 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Klangfarbe“: satt - dünn
......................................................................................................................... 41
Abb. 28 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Abbildung“: klar -
undefiniert ....................................................................................................... 41
Abb. 29 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Abbildung“: stabil -
instabil ............................................................................................................. 42
Abb. 30 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Tiefenstaffelung“:
plastisch - flach .............................................................................................. 42
Abb. 31 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „räumliche Umhüllung“:
gut - schwach ................................................................................................. 43
Abb. 32 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Verbindung vorne -
hinten“: kontinuierlich - aufgerissen ............................................................ 43
Abb. 33 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Gesamteindruck“:
glaubwürdig - artifiziell .................................................................................. 44
Abb. 34 Fehlerbalkendiagramm des Parameters „Gesamteindruck“: gefällt
– gefällt nicht .................................................................................................. 44
Abb. 35 Polardiagramm des Intensitäts-Panning-Gesetzes 4. Ordnung
nach Peter Craven .......................................................................................... 48
Abb. 36 Netzdiagramm aller Mittelwerte ....................................................... 49

Anhang A: Auswertungsbogen 56
Anhang A: Fragebogen
SYSTEM 1 SYSTEM 2
KLANGFARBE KLANGFARBE
natürlich verfärbt natürlich verfärbt
satt dünn satt dünn
ABBILDUNG ABBILDUNG
klar undefiniert klar undefiniert
stabil instabil stabil instabil
TIEFENSTAFFELUNG TIEFENSTAFFELUNG
plastisch flach plastisch flach
RÄUMLICHE EINHÜLLUNG RÄUMLICHE EINHÜLLUNG
gut schwach gut schwach
VERBINDUNG VORNE-HINTEN VERBINDUNG VORNE-HINTEN
kontinuierlich aufgerissen kontinuierlich aufgerissen
GESAMTEINDRUCK GESAMTEINDRUCK
glaubwürdig artifiziell glaubwürdig artifiziell
gefällt mir gefällt mir nicht gefällt mir gefällt mir nicht
SYSTEM 3 SYSTEM 4
KLANGFARBE KLANGFARBE
natürlich verfärbt natürlich verfärbt
satt dünn satt dünn
ABBILDUNG ABBILDUNG
klar undefiniert klar undefiniert
stabil instabil stabil instabil
TIEFENSTAFFELUNG TIEFENSTAFFELUNG
plastisch flach plastisch flach
RÄUMLICHE EINHÜLLUNG RÄUMLICHE EINHÜLLUNG
gut schwach gut schwach
VERBINDUNG VORNE-HINTEN VERBINDUNG VORNE-HINTEN
kontinuierlich aufgerissen kontinuierlich aufgerissen
GESAMTEINDRUCK GESAMTEINDRUCK
glaubwürdig artifiziell glaubwürdig artifiziell
gefällt mir gefällt mir nicht gefällt mir gefällt mir nicht

Anhang B: Histogramme
Anhang B: Histogramme
57

Anhang B: Histogramme
58

Anhang B: Histogramme
59

Anhang B: Histogramme
60

Anhang C: Fotos des Mikrofon-Setups 61
Anhang C: Fotos des Mikrofon-Setups
WMA und Trinnov-SRP
Hauptsysteme und Vorverstärker (rechts unten)