Sie sind hier : Startseite →  Hifi Historie und Geschichte→  Historischer Rückblick von 1998→  (5) Die Stereofonie und Quadro

Ein historischer Rückblick auf die Entwicklungen von

Schall, Optik, Foto, Film und die moderne Technik. Viele Daten sind sehr sauber recherchiert bzw. aneinander gereiht, manche Daten stimmen aber doch nicht und manche Daten/Zeiten sind an der falschen Stelle. Doch insgesamt sind die Kapitel angenehm zu lesen und beeindruckend illustriert.
Der 1. Teil beginnt hier im Hifi-Museum, der 2. Teil beginnt hier im Fernseh-Museum.

.

Die Stereofonie

.

Die akustische Raumwirkung wird untersucht

Relativ spät gelang der Wissenschaft der Nachweis, daß der Mensch zur Ortung einer Schallquelle beide Ohren benötigt. Das „Topophon" (1880) ist der erste Versuch, diese Tatsache anzuwenden, um Notsignale von Schiffen im Nebel besser lokalisieren zu können.

Der Traum von der Stereofonie ist älter, als man gemeinhin annimmt. Die erste Stereoschallplatte kam zwar erst 1958 auf den Markt, aber Versuche mit dem beidohrigen Hören wurden schon wesentlich früher angestellt. Heute kann man die Tatsache als bekannt voraussetzen, daß der Mensch zur Richtungsortung einer Schallquelle beide Ohren braucht.

Aber zu Beginn des 19. Jahrhunderts war das keineswegs selbstverständlich. Befangen in überkommenen Vorstellungen der Philosophie, war die Wissenschaft der Meinung, daß Töne nicht wie die Objekte der gegenständlichen Welt einen Raum einnähmen, sondern keine räumliche Ausdehnung besäßen und deshalb auf keinen Fall mit Hilfe des Gehörsinns geortet werden könnten. Eine Logik, der das Verständnis der heutigen Zeit kaum noch zu folgen vermag.

Noch im Jahr 1838 bestritt der schottische Philosoph und Professor an der Universität von Aberdeen, Alexander Bain (1818 bis 1903), ganz energisch, daß das beidohrige Gehörsystem des Menschen bei der Schallokalisation eine Rolle spielt. Bain vertrat den Standpunkt, daß ein Beobachter, der vor einer Menschenreihe steht, nicht feststellen kann, wer von diesen Menschen gerade spricht, es sei denn, er bemerkt es an den Lippenbewegungen oder kennt die Stimme des Sprechers. Aber es dauerte nur acht Jahre, bis Bains Behauptung widerlegt werden konnte.
.

Der binaurale Gehörsinn

Als erster beschäftigte sich der deutsche Physiologe Ernst Heinrich Weber (1795 bis 1878) mit der Bainschen These. Durch einen einfachen Versuch mit zwei Uhren, die jeweils ein ganz charakteristisches Ticken hören ließen, führte er Bains Behauptung ad absurdum. Seine Versuchspersonen konnten nämlich sehr genau angeben, welche Uhr an welchem Ohr tickte. Und damit war der Nachweis erbracht, daß die Schallokalisation ausschließlich mit Hilfe des Gehörsinns stattgefunden hatte. 30 Jahre lang blieb Webers Experiment die wichtigste Nachweismethode für den binauralen Gehörsinn.

Erst durch die Versuche des englischen Physikers John William Strutt, Lord von Rayleigh (1842-1919), erhielten die Forschungen um den Gehörsinn neuen Auftrieb. 1876 führte er auf einer Rasenfläche in Cambridge sein berühmt gewordenes Experiment durch. Mit geschlossenen Augen stellte er sich in einen Kreis, den seine Assistenten um ihn gebildet hatten. Seine
Mitarbeiter benutzten Stimmgabeln als Tonquellen. Jedesmal, wenn eine Stimmgabel angeschlagen wurde, konnte er ihren Standort mit ziemlicher Genauigkeit bestimmen, allerdings mit einer Einschränkung: Einen Ton, der direkt hinter ihm erklang, konnte er nicht von einem Ton unterscheiden, der direkt vor ihm angeschlagen wurde.

Das zweite wichtige Ergebnis seines Versuchs war die Feststellung, daß ein tiefer Ton viel schwieriger zu orten war als ein Ton mit einer hohen Frequenz. Weiter fand er heraus, daß die Schallintensität in dem der Schallquelle zugewandten Ohr größer war als in dem Ohr, das in der Richtung mehr von der Schallquelle abgewandt war. Später erkannte der Physiker, daß diese Art der „Intensitätsortung" nur für die höheren Frequenzen, etwa ab 400 Hertz und mehr, zutraf.

Der Gehörsinn mußte also noch eine andere Möglichkeit haben, auch die tiefen Töne zu lokalisieren. 1907 stellte Rayleigh schließlich seine „Phasentheorie" vor. Da das der Schallquelle zugewandte Ohr die Schallwelle etwas früher wahrnimmt als das andere, wird man die Minima und Maxima einer Welle zuerst mit dem einen, dann mit dem anderen Ohr hören. Anders ausgedrückt heißt das, die Töne in den beiden Ohren sind zueinander phasenverschoben. Dieser winzige Phasenunterschied hilft mit, die Schallquelle zu orten.
.

Die ersten Stereofonischen Versuche

Beide Abbildungen: Das „Theatrophon" von Clement Ader von 1881 stellt bereits ein stereofoni-sches Aufnahme- und Wiedergabesystem dar. Auf der Bühne ist jeder Spieler über ein Mikrofonpaar mit den beiden Empfängern eines jeden Zuhörers verbunden.
Seine Erfindung ließ sich Ader als „Neuerungen an Telephonanlagen für Theater" patentieren, und sie wurde auch als „Adler-Telephon" bezeichnet

Schon bevor genauere Untersuchungen über menschliche Schallortung vorlagen, machte sich die Marine dieses neuentdeckte Phänomen zunutze. 1880 wurde ein Gerät mit Namen „Topophon" (Bild weiter oben) patentiert, ein Schallrichtungssucher, der den Kapitänen ermöglichen sollte, bei Nebel genau zu bestimmen, aus welcher Richtung sie das Tuten des Nebelhorns eines anderen Schiffes gehört hatten.

Zwei Hörrohre auf einem Schultergestell konnten wesentlich besser eine Schallquelle lokalisieren als die nah beieinanderliegenden Ohren eines Menschen. Das hatte zwar noch sehr wenig mit der Stereofonie im heutigen Sinne zu tun, war aber immerhin ein erster tastender Schritt in diese Richtung des plastischen Hörbildes aus zwei Kanälen.

Am 30. August 1881 war der zweite Schritt getan, und zwar ein ganz gewaltiger Schritt in Richtung elektronische Stereofonie. An diesem Tag nämlich schützte das Kaiserliche Patentamt in Berlin dem Pariser Ingenieur Clement Ader (1841-1925) ein Verfahren, das er als „Neuerungen an Telephonanlagen für Theater" bezeichnete. Mit Telefonanlagen hatte Monsieur Ader seine Erfahrungen. Er vervollkommnete den Fernsprecher und konstruierte das berühmte „Ader-Telephon".

Mit seinem „Theatrophon" nun beschrieb Ader eine Einrichtung, die einen Fernabonnenten zu Hause in die Lage versetzen sollte, sich ein naturgetreues Hörbild vom Geschehen auf der Bühne zu machen. Mit Mikrofonen links und rechts vom Souffleur-Kasten vor der Bühne gelang ihm 1881 eine zweikanalige Übertragung aus der Pariser Oper in Stereo. Die Technik der Stereofonie war damit also erfunden.

Aber mit der Möglichkeit der Aufzeichnung lag es noch im argen. Weder Schallplatte noch Tondraht waren vorerst in der Lage, ihren Teil zur Stereofonie beizutragen. Dazu wären zwei Kanäle notwendig gewesen, wie schon Ader festgestellt hatte.

Die pseudo-raumakustische Abtastung

Das „Ultraphon" der Firma Küchenmeister (1926) verdient noch nicht das Prädikat „stereofonisch". Zwei miteinander gekoppelte Tonabnehmer, die in kurzen Abständen nacheinander eine Schallrille abtasten, täuschen lediglich einen räumlichen Klang vor.

Zunächst behalf man sich mit einem Trick, um so etwas Ähnliches wie einen Raumklang zu erreichen. Eine Anzahl von Plattenspielern verschiedener Bauarten wurden angeboten, die durch eine zeitverschobene zusätzliche Abspielung einen raumakustischen Effekt hervorbringen sollten. Zwei mechanisch gekoppelte Schalldosen tasteten hintereinander dieselbe Rille ab.

Mit einem gewaltigen Werbeaufwand wurde 1925 ein Gerät namens „Ultraphon" auf den Markt gebracht, das begeisterte Aufnahme fand. Der Brockhaus von 1934 berichtete: „Die von einer Sprechmaschine wiedergegebenen Darbietungen klingen - wie die Übertragungen im Rundfunk - flächenhaft, so daß der raumakustische Effekt, den man beim unmittelbaren Hören gewöhnt ist, hier verloren geht.

Dieser Nachteil wird bei dem 1921 von Küchenmeister erfundenen Ultraphon bis zu einem gewissen Grade ausgeglichen."

Man drückte sich also sehr vorsichtig aus. Von Stereofonie, was immer man in den dreißiger Jahren darunter verstand, konnte noch keine Rede sein.
.

Die erste Stereoschallplatte der Welt

In Amerika hatte die Firma "Western Electric" die Patente für die Schallplattenaufnahme auf elektrischem Weg und blockierte dadurch für andere Firmen ein Aufnahmeverfahren, das wegen seiner mathematisch berechenbaren, elektrophysikalischen Grundlagen ein erster Schritt auf dem Weg zur heutigen HiFi-Technik werden sollte.

Aus diesem Grund beauftragte der Forschungschef von "Electrical and Musical Industries" (EMI), Isaac Shoenberg, den jungen und vielversprechenden Ingenieur Alan Dower Blumlein, Aufnahmeverfahren zu entwickeln, mit denen diese Patentrechte umgangen werden konnten.

Blumlein machte sich an die Arbeit. Die Ergebnisse seiner Forschungen auf dem Gebiet der Schallplatte wurden in dem britischen Patent Nr. 394 325 vom 14. Dezember 1931 veröffentlicht. Ganze 70 Patentansprüche konnte der Erfinder anmelden, darunter auch die noch heute übliche orthogonale 45-Grad- Stereo-Schrift der Stereoschallplatte.

Bekanntlich braucht man bei der Stereofonie zwei Toninformationen, die über zwei Kanäle übertragen werden. So bot sich zunächst an, für den einen Kanal Edisons Tiefenschrift zu verwenden, für den anderen aber Berliners Seitenschrift.
.

Andere erfolglose Ideen für die Stereo-Platte

Anders ausgedrückt: Die eine Toninformation wurde durch senkrechte Nadelbewegungen abgetastet, die andere durch ihr waagerechtes Ausschwingen. Die beiden Informationsebenen bildeten also einen rechten Winkel zueinander, und die Abtastspitze beschrieb eine räumliche Kurve.

Diese Art der Stereofonischen Aufzeichnung war aber nicht kompatibel, das heißt, ein Monotonabnehmer tastete nur den in Seitenschrift ausgeführten Kanal ab. Also wurden beide Richtungen der Auslenkungen um 45 Grad gedreht, so daß der eine Kanal mit einer Neigung von 45 Grad auf der einen Rillenwand, der andere mit entgegengesetzter Neigung auf der anderen Rillenwand eingeschnitten wurde.

Nach Blumleins Verfahren wurde 1932 die erste Stereoschallplatte der Welt geschnitten. Aber für eine Vermarktung dieser Erfindung war die Zeit offenbar noch nicht reif. Alan Dower Blumlein stürzte zu Beginn des Zweiten Weltkrieges bei der Erprobung neuer elektronischer Geräte mit einem Flugzeug ab. Er war gerade fünfunddreißig Jahre alt geworden. Der Absturz wurde über Jahre zu einem militärischen Geheimnis
.

Die echte Stereofonie

Die Vereinigten Staaten blieben in der Technik der Stereofonie auch weiterhin führend. In Deutschland hatte die Firma Telefunken 1935 einige Versuche mit stereofonischen Verfahren angestellt, aber der Zweite Weltkrieg setzte weiteren Forschungen ein Ende.

Die Amerikaner blieben am Ball. Wissenschaftler der Harvard-Universität hatten herausgefunden, daß die Schallortung eines Menschen bei Tönen mit einer Frequenz von über 1.000 Hertz nachzulassen beginnt und die Fehlerquote bei der Richtungseinschätzung zwischen 2.000 und 4.000 Hertz ein Maximum erreicht. Liegt die Frequenz darüber, kommt wieder der Intensitätsunterschied zum Tragen.

Als alle Bausteinchen zum Mosaik des Richtungshörens zusammengetragen worden waren, konnten die Techniker dazu übergehen, ein möglichst naturgetreues stereofonisches Wiedergabeverfahren zu entwickeln. Und das war ihnen bis 1941 gelungen.

Mai 1941 in der Eastman Musikhochschule und der Universität Rochester

Ralph E. Läpp beschreibt in dem Time-Life-Buch „Schall und Gehör" eine epochemachende Vorführung:

  • „Am 7. Mai 1941 trat die Acoustical Society of America in der Eastman Musikhochschule und der Universität Rochester zu ihrer Jahresversammlung zusammen. Für die Vorführung der Bell-Laboratorien hatte an jenem Tage das Symphonieorchester von Rochester auf der Bühne des Eastman-Theaters Platz genommen. Hinter den Musikern waren drei riesige Lautsprecherboxen aufgebaut, die zu dem stereofonischen Wiedergabesystem des Experiments gehörten. Die anwesenden Akustiker, Physiker und Psychologen waren auf ein Konzert eingestellt. Da aber ging zu ihrer Überraschung, kurz bevor das Konzert begann, der Vorhang herunter.

    Hinter dem Vorhang spielte das Orchester - für die Zuhörer unsichtbar - den ersten Satz einer Symphonie. Dann setzten die Musiker ihre Instrumente ab, und der zweite Satz wurde als Stereo-Aufnahme über die Lautsprecher abgestrahlt. Die Wiedergabetreue der Aufnahme reichte von 26 bis 14.000 Hertz und bis zu Intensitäten von 120 Dezibel. Als die Musik verklungen war, hob sich der Vorhang, und ein Sprecher der Laboratorien eröffnete den versammelten Wissenschaftlern, daß man sie getäuscht hatte: Zwar sei eine Hälfte der Musik, die sie gehört hatten, von den Musikern auf der Bühne gespielt worden, doch sei die andere Hälfte eine Aufnahme gewesen.

  • Dann stellte er die entscheidende Frage:
    'Welche Hälfte wurde tatsächlich gespielt, und welche Hälfte kam von der Platte ?' Die Zuhörerschaft spaltete sich in zwei Lager. Die Hälfte der Hörer hob die Hand, um anzuzeigen, daß der erste Satz tatsächlich gespielt worden sei; die andere Hälfte bestand darauf, daß die Musiker den zweiten Satz gespielt hätten. Einer Generation, die nur die monaurale Schallplatte mit geringer Wiedergabequalität kannte, war damit eindrucksvoll demonstriert worden, daß man durch die Kombination von Möglichkeiten einer hochentwickelten Elektroakustik mit wissenschaftlichen Kenntnissen über den Hörvorgang die Illusion einer Live-Aufnahme hervorrufen kann - ein Phänomen, das heute jedem Besitzer einer Stereo-Anlage vertraut ist."

.

Das HiFi-Zeitalter bricht an

In den fünfziger Jahren hatte man bei den Monoplatten mit einem Frequenzbereich bis 15.000 Hertz bereits HiFi-Qualität erreicht. Allmählich machte sich das Bedürfnis nach einer noch weiter verbesserten Klangqualität bemerkbar.

Es ist also nicht verwunderlich, daß man das Stichwort Stereofonie aufgriff und dieses phänomenale Klangerlebnis auch einer breiten Öffentlichkeit zugänglich machen wollte. Zunächst standen die beiden bereits erwähnten Abtastsysteme zur Wahl: das Senkrecht/Seitwärts-Verfahren und die 45-Grad-Schrift.

Noch bevor ein Ausschuß der Record Industry Association of America (RIAA) sich für eines der beiden Systeme entscheiden konnte, wurde ihm die Entscheidung durch 3.000 Kopien, die ein kleiner Unternehmer anfertigen ließ, abgenommen. Die Kopien mit der 45-Grad-Schrift gelangten in die Hand von Amateuren, die sich ihre Stereo-Anlage selbst zusammenbauen konnten. Auf diesem etwas dubiosen Weg wurde die Stereoschallplatte eingeführt. Im Jahr 1960 betrug der Anteil der Stereo-Langspielplatten bereits 25 Prozent.

Anfang der siebziger Jahre brandete euphorischer Jubel über eine Rundumstereofonie auf. Man bezeichnete sie als Quadrofonie. Zu den üblichen beiden Kanälen für die Rechts-Links- Information bei der Stereofonie kamen zwei weitere Kanäle für die Rauminformation dazu. Befürworter sahen in der Quadrofonie einen echten Fortschritt, Kritiker taten sie als manipulierte Neuerungssucht ab.

Tatsache ist, daß es verhältnismäßig schnell still um die neue Aufnahme- und Wiedergabetechnik wurde. Ein Wirrwarr von verschiedenen Quadro-Systemen, der hohe Preis und das schmalbrüstige Angebot an Schallplatten stießen auf wenig Gegenliebe. Dazu kam, daß bei hochwertigen Stereogeräten ein gewisser Sättigungsgrad erreicht war, so daß die Firmen weltweit lieber dazu übergingen, die Stereotechnik weiter zu perfektionieren, so daß die Mindestanforderungen weit überschritten werden.
.

Stichwort HiFi

Im Normblattverzeichnis des Deutschen Normenausschusses sind die Mindestanforderungen für HiFi, High Fidelity oder hohe Wiedergabetreue nach DIN 45 500 festgelegt. Aber was bedeutet eigentlich dieses Zauberwort?

Lexikalisch: Der vom Wiedergabegerät erzeugte Klang soll sich von dem des Originals (im Aufnahmestudio) nur noch mit Hilfe exakter Messungen unterscheiden lassen, das heißt, die Differenzen sollen unterhalb der Unterscheidungsmöglichkeiten des menschlichen Gehörs liegen.

Da das menschliche Ohr Frequenzen im Bereich von 20 bis 20 000 Hertz wahrnehmen kann, sollte also eine Anlage, die das Prädikat HiFi beansprucht, alle in diesem Bereich vorkommenden Frequenzen gleichmäßig verstärken und wiedergeben, ohne spezielle Frequenzen übermäßig abzuschwächen oder anzuheben. Außerdem sollte die Anlage verzerrungsfrei arbeiten, wobei ganz allgemein unter Verzerrung jeder Laut gemeint ist, der im Eingangssignal nicht vorhanden ist, am Ausgang aber erscheint.

Es würde zu weit führen, alle Kriterien der HiFi-Norm hier aufzuführen. Was den Begriff selbst anbelangt, so war er in der Frühzeit der Schallaufzeichnung keineswegs so genau definiert wie heute. Geprägt wurde der Begriff wahrscheinlich um das Jahr 1935 in den Vereinigten Staaten.

Das Schlagwort „Wiedergabetreue" tauchte zum ersten Mal in einer Reklame für Emil Berliners Grammophon auf. „Während der Phonograph nur ein Fünftel der wirklichen Tonqualität der Trompete wiedergibt, wird mit dem Grammophon der gesamte Tonbereich und das echte Klangvolumen dieses Instruments wiedergabegetreu reproduziert."

Es ist verständlich, daß andere Firmen diese vielversprechende Vokabel aufgriffen und sich in hoher und höchster Wiedergabetreue überboten. Der Weg bis zum heutigen Standard indessen ging in kleinen Schritten vor sich. Verbesserte Grammophonnadeln, verringerter Auflagedruck des Tonabnehmers, elektronische Aufzeichnung und Verstärkung, elektrodynamischer Konuslautsprecher, Vergrößerung des Frequenzbereiches und feinere Oberflächenstruktur der Kunststoffplatten, all das waren
nur einzelne Stationen auf dem Weg zur High Fidelity. Ein Mann sollte noch erwähnt werden, ohne dessen Erfindung es keine hochwertige Musik vom Tonband gäbe: Ray M. Dolby.
.

Der Dolby-Stretcher

Bei sehr niedrigen Bandgeschwindigkeiten beim Tonband bestand trotz Verbesserung der Bänder immer noch die Gefahr des Rauschens. Alle Versuche, dieses störende Bandrauschen wegzufiltern, schlugen fehl. Der englische Ingenieur Ray M. Dolby, der in den USA bei Ampex Erfahrungen mit Magnetbändern gesammelt hatte, ging im eigenen Labor diesem Problem nach.

Dolby stellte fest, daß diese Störgeräusche besonders unangenehm hervortraten, wenn die auf Band aufgenommene Musik sehr leise wurde. Bei lauter Musik dagegen wurden die begleitenden Geräusche kaum wahrgenommen, weil die laute Musik sie verdeckte.

Nun verfiel Dolby auf den Trick, die leisen Musikstellen anzuheben, bevor sie übertragen oder gespeichert wurden, während er die lauten Stellen unverändert ließ, weil sie die Störgeräusche ohnehin verdeckten. Die leisen Stellen wurden durch diese Maßnahme also gegen Störgeräusche künstlich unempfindlich gemacht.

Als er nun auf der Wiedergabeseite die leisen Musikstellen wieder im selben Maße absenkte, wurde auch das Störgeräusch mit abgesenkt. Im Idealfall konnte es sogar unter die Hörbarkeitsgrenze gebracht werden. Sein nahezu verzerrungsfrei arbeitendes Verfahren setzte sich sehr schnell bei der Aufnahme von Schallplatten und beim Kopieren von Tonbändern durch.

Der Preis für die erforderlichen elektronischen Bauelemente wurde so niedrig, daß auch Bandgeräte mittlerer Preisklasse mit dem Dolby-Stretcher ausgerüstet werden konnten. Ray M. Dolby wurde mit seiner genialen Idee zum Millionär.

Beim Dolby-Verfahren geht das Rauschen eines Tonbandes auf etwa 13 Prozent zurück. Das war schon eine ganze Menge. Andere Erfinder nahmen sich in der Folgezeit des „Geburtsfehlers der Kompaktkassette", also des Rauschens, an und bemühten sich um eine noch wirkungsvollere Rauschunterdrückung.

So gelang es beispielsweise den Telefunken-Ingenieuren, das HighCom-Verfahren zu entwickeln, bei dem nur noch ein Prozent des lästigen Bandrauschens übrigbleibt. Diesen winzigen Rausch-Rest vermag das menschliche Ohr schon gar nicht mehr wahrzunehmen. Damit war also auch den kompakten Cassettengeräten endlich der Durchbruch zur Spitzenklasse der High-Fidelity gelungen. Die Entwicklung ging allerdings weiter, und die modernen DAT-Recorder garantieren bereits Cassettenaufnahmen in Compakt-Disk-Qualität.
.

- Werbung Dezent -
Zurück zur Startseite © 2007/2023 - Deutsches Hifi-Museum - Copyright by Dipl. Ing. Gert Redlich Filzbaden - DSGVO - Privatsphäre - Zum Telefon der Redaktion - Zum Flohmarkt
Bitte einfach nur lächeln: Diese Seiten sind garantiert RDE / IPW zertifiziert und für Leser von 5 bis 108 Jahren freigegeben - kostenlos natürlich.

Privatsphäre : Auf unseren Seiten werden keine Informationen an google, twitter, facebook oder andere US-Konzerne weitergegeben.