Die hier vorgestellte Schaltung bzw. Schaltungssimulation wandelt analoge zweikanalige Stereo Signale auf rein analogem Weg in ein 5.1 Raumklang Signal.
Funktionsprinzip :
Das Signal für den Center Speaker ist das Summensignal des linken und rechten Kanals (Monosignal) nach einem Hochpass bei ca. 150 Hz.
Das Signal für den Subwoofer ist das Monosignal nach einem Tiefpass bei ca. 150Hz.
Die hinteren Kanäle SR und SL erhalten jeweils phasenrichtig nur das künstliche Differenzsignal (also den Unterschied) des linken und rechten Kanals.
Dieses künstliche Differenzsignal (S-Signal bei M/S Stereofonie) enthält im Stereo Mix ziemlich genau die Stereo Reverb-, Stereo Delay- und sonstigen links-rechts phasenverschobenen Signale, welche einen räumlichen und breiten Stereo Sound ausmachen.
Das Signal für den linken und rechten Front Kanal ist jeweils ein in der Basis verbreitertes Stereo Signal ohne eine Bassbeschneidung. Bässe sind jedoch meist Monosignale, sodas durch die Basisverbreiterung eine gewisse Bassauslöschung in den Frontboxen entsteht, jedoch ist es genau der fehlende Mono Bassanteil den der Subwoofer abstrahlt. Es findet also eine pegelrichtige Kompensation zwischen Front Lautsprechern und Subwoofer statt, sodass der Bassbereich nicht überbetont wird.
Das Gleiche gilt sinngemäß für den Center Speaker, der die Mono Anteile abstrahlt welche in den Front Lautsprechern bewusst fehlen.
Basisverbeiterung bedeutet, das dem linken Kanal ein bestimmter Betrtag des rechten Kanals gegenphasig zugemischt (also subtrahiert) wird und vise versa für den rechten Kanal.
Für die Front Lautsprecher links und rechts werden hier Fullrange Lautsprecher benötigt, welche jedoch auch ermöglichen, das man ohne diesen Decoder normal wie gewohnt in Stereo hören kann und jederzeit problemlos zwischen 5.1 Raumklang und 2.0 Stereo umschalten kann.
(zum vergrößern - Bilder mit re. Maustaste in neuem Tab öffnen)
Ein kleiner Fehler hat sich eingeschlichen, Suround wird mit nur einem "r" geschrieben aber sonst ist diese Simulation nachbausicher und kann eine wesentliche klangliche Bereicherung gegenüber reinem Stereo Sound sein.
Die unterschiedlichen Signale im direkten Vergleich :
Der Frequenz- und Phasengang der Ausgangskanäle (Fullrange Front Lautsprecher, Subwoofer und kleine Center- und hintere Surround Lautsprecher):
Download LTSpice Simulation, Spice Röhrenmodell und Bilder hier:
Wegen ihrer Größe und lizenzrechtlichen Beschränkungen kann ich meine Input Datei "Ambient.wav" hier nicht im Zipfile mit liefern. Bitte kopieren sie eine eigene, mindestens 10 sekunden lange Stereo .wav Datei 16bit/44.1kHz in den Ordner wo die *.asc Datei liegt und benennen sie diese in Ambient.wav um, damit diese Simulation läuft. Sie können das kostenlose Programm Audacity nutzen um eine solche Datei aus einer beliebigen anderen Audio Datei zu erzeugen und auf die erforderliche Länge zu schneiden.
Man darf nicht vergessen das Musik bis zum heutigen Tag fast ausnahmslos in Stereo produziert wird. Digitaler Mehrkanal Raumklang wird nur mittels digitaler Verschlüsselung Dolby (R) DTS, DolbyDigital etc. möglich, was jedoch bisher (leider?) nur für Videos bzw. Filme benutzt wird. Es gibt hier nur wenige, oft experimentelle Ausnahmen wo Musik nicht in Stereo, sondern mehrkanalig aufgenommen und verbreitet wurde wie z.B. die DVD von Depeche Mode "Music for the Masses" oder die Bluray Kraftwerk: "3-D Der Katalog" und "Minimum-Maximum" . SACD Mehrkanal Tonträger wie z.B. Miles Davis "In A Silent Way" benötigen einen SACD Player mit Mehrkanal Ausgang. Oft können normale CD-, DVD- oder Bluray Player keine SACDs abspielen. Auch gab es echte 4 Kanal Quadro Vinyl LP's bei denen eine kleine Quadro Decoder Box mit der LP mitgeliefert wurde z.B. hier: Playing the first new Quadraphonic Vinyl Record in over 30 years - YouTube .
Im Internet sind ebenfalls Mehrkanal Musik Aufnahmen bzw. Musik Videos zu haben. Das wird wohl auch die Zukunft sein. Um diese mit Mehrkanal Ton decodieren zu können braucht man einen Streaming Client mit Mehrkanal Ausgang. Im einfachsten Fall ist das ein SmartTV welcher per HDMI eARC Kabel mit einem digitalen AV Verstärker verbunden wird oder ein moderner DVD Player mit integriertem Streaming Player/Client. Andriod Tablets oder -Smartphones können das nicht, da Mehrkanal Sound in den aktuellen Android Versionen noch nicht unterstützt wird.
Bei Windows Tablets oder -PC's ist die Situation wesentlich besser. So werden digitale AV Verstärker oft zwar nicht als Mehrkanal Sound Devices erkannt, aber Windows scheift das codierte Signal an den AV Verstärker bzw. TV per HDMI durch. Will man Musikaufnahmen decodieren, müssen diese in dem vom AV Verstärker unterstützen Format, hier: DTS oder Dolby Digital vorliegen:
Mit hochwertigeren (Dolby Atmos) Geräten kann das dann so aussehen, wobei dann auch mehr digital codierte Formate unterstützt werden:
n der Historie, bevor die digitale Mehrkanal Technik Einzug hielt waren diverse analoge Techniken auch für den Heim- HiFi Enthusiasten verfügbar um audiophilen Raumklang statt nur Stereo wiedergeben zu können. Diese Techniken haben sich aber kommerziell nie durchsetzen können.
Mir sind aktuell nur noch zwei dieser Techniken bekannt ( siehe auch: Raumklang – Wikipedia ):
Ambio Phonie
"Echte" 4 Kanal Quadro Fonie
Im einfachsten Fall können die hinteren Kanäl(-e) durch ein Differenz Signal von linkem und rechtem Stereo Kanal gebildet werden, indem die beiden hinteren Lautsprecher einfach zwischen die beiden "heißen" Lautsprecheranschlüsse eines Stereo Verstärkers geschaltet wurden (die kalten Anschlüsse müssen dabei beide gemeinsam auf Masse liegen und die beiden hinteren Lautsprecher müssen gegeneinader 180 Grad phasenverschoben betrieben werden (minus Lautsprecher H-L an minus Lautsprecher H-R, plus der hinteren LS jeweils an "hot" L und R). Dieses Verfahren ist höchst unprofessionell aber "besser als Nichts"
Ein zusätzlicher Center Speaker welcher mit dem Mono Summensignal aus L und R gespeißt wird - in Verbindung mit einem Basisbreiten Regler sorgt in einer weiteren Ausbaustufe für wesentlich mehr und vor Allem einstellbare Räumlichkeit und -Tiefe.
Schließlich werden aus allen 5 Satelliten Kanälen noch die tiefen Bass Signale abgezweigt und einem separaten Tiefton Lautsprecher "Subwoofer" zugeführt.
Die hier vorgestellte Schaltung stellt die beschriebene analoge Raumklang Erzeugung zur Verfügung. Dieses Verfahren ist zwar unprofessionell aber arbeitet rein analog - ohne A/D und D/A Wandlung. Sie ist dafür gedacht um einerseits 5 hochwertige Satelliten Endstufen/Lautsprecher Kombinationen sowie einen aktiven Subwoofer zu betreiben, kann aber andererseits auch dazu benutzt werden um eventuell vorhandene 5.1 Chinch Eingänge von älteren analogen AV Mehrkanal Verstärkern mit einem analog aufbereitetem Raumklang Signal zu versorgen.
In Verbindung mit einer guten Mehrkanal PC Soundkarte oder digitalen Vorverstärker, welche digitale Mehrkanal Signale wie DTS(R) oder Dolby Digital(R) Digital, Dolby Atmos(R) etc. decodoeren können und analoge Chinch Ausgänge haben, zum Beispiel den kleinen "RanHe 699":
https://www.amazon.com/Surround-Lossless-Converter-Decoder-Receiver/dp/B08CNK2VZ2
könnte man im Weiteren ein universelles 5.1 System aufbauen was wahlweise und umschaltbar analog oder digital arbeitet (mit zwei mal 6 Umschaltkontakten per Relais).
In heutiger Zeit, wo Stereo Musik per digitalem Algorithmus im AV Verstärker auf einen Raumklang mit mehreren Lautsprechern "up-skaliert" wird, stellt sich das hier behandelte Problem kaum noch. Hier sind in den digitalen AV Verstärkern Techniken wie Dolby ProLogic (R) etc. hilfreich um analoge und digitale Stereo Signale wie z.B. von Vinyl oder Magnetband bzw. Compact Cassette als synthetisch erzeugten Raumklang über die Subwoofer und Satelliten boxen wiedergeben zu können. Oft wird vom AV Verstärker dieser Algorithmus ohne Kenntnis bzw. bewusster Auswahl des Bedieners automatisch ausgewählt und eingeschaltet. Um statt diesem simulierten Raumklang "nur" reines Stereo zu hören, muss man dies expizit am AV Verstärker auswählen.
Oft kommen bei Audio Enthusiasten, "Audiophilen" in rein analogen Stereo Anlagen nur hochwertigste Komponenten als Phono-Abtastsystme, Phono Preamp, Vor- und Endverstärker (oft Röhren Verstärker) und zwei große hochwertige Fullrange Boxen zum Einsatz.
Für das Heimkino wird dann noch eine zusätzliche, digitale mehrkanalige Anlage parallel aufgebaut und genutzt.
Dabei hat man es mit:
Analogen Quellen:
Vinyl "Langspielplatte,Phono" - Analog/Chinch oder DIN-Kabel.
Analoges Magnetband z.B. Compact Cassette, Spulentonband - Analog/Chinch oder DIN-Kabel.
UKW Radio - Analog/Chinch oder DIN-Kabel.
VHS Video, auch in "HiFi Stereo" - Analog/Chinch oder Scart-Kabel.
SAT, DVB, DAB, DAB+ - Analog/Chinch
Compact Disc, DVD, Blueray - Analog/Chinch
DAT Band oder Minidisc - Analog/Chinch
Bluetooth Receiver - analog 3,5mm Klinke
MP3 Player - analog 3,5mm Klinke
Smartphone - analog 3,5mm Klinke
PC/Computer - analog 3,5mm Klinke
sowie digitalen Quellen:
Compact Disc, SACD, DVD, Blueray (HDMI oder S/P-Dif)
DAT Band oder Minidisc (S/P-Dif)
SAT, DVB, DAB, DAB+ (HDMI oder S/P-Dif)
PC/Computer (HDMI oder S/P-Dif)
Bluetooth (nur digital, wenn Geräte integriert)
Smartphone via integriertes Bluetooth - digital
und (immer analogen) Lautsprechern zu tun:
Die typische Lautsprecher Bestückung ist heute:
5x kleine Satelliten
1x Subwoofer
Seltener werden die zwei Front Satellitenlautsprecher als große Fullrange Boxen betrieben.
Ferner auch Dolby Atmos oder 7.1, 9.1 Systeme mit noch mehr Lautsprechern.
Die beschriebene Simulation wird hier mit Musik .wav Dateien als Input definiert. Dieses Prinzip ist unter Anderem hier beschrieben:
LTSpice Simulation mit Soundcheck
So kann man in den hier inder Simulation erzeugten Ausgangs Wave Dateien den Effekt der Schaltung in jedem Kanal abhören, analysieren und mit dem Original vergleichen.