MS-Stereofonie

Die MS-Stereofonie ist ein stereofones Signalkodierungsverfahren. Dabei werden die Stereokanäle nicht nach den herkömmlichen Kanälen Links L und Rechts R, sondern nach Mitte-Kanal M und Seite-Kanal S getrennt.

Prinzip

MS-Signale können durch Summenbildung (Mittenkanal M) und Differenzbildung (Seitenkanal S) der Links- und Rechts-Kanäle gewonnen werden: Der Mitte-Kanal führt die auf den üblichen Kanälen Links-Rechts identischen, der Seite-Kanal die unterschiedlichen Signalanteile. Umgekehrt lassen sich MS-Kanäle in LR-Kanäle umwandeln, so dass sie auf den gängigen Stereo-Lautsprechersystemen wiedergegeben werden können:

$\mathrm{M = L + R} \,$

$\mathrm{S = L - R} \,$

$\mathrm{M + S = (L + R) + (L - R) = 2L} \,$

$\mathrm{M - S = (L + R) - (L - R) = 2R} \,$

Die Zahl 2 oder √2 in diesen Gleichungen ist eine Konstante als lineare Verstärkung. Sie hat keine funktionelle Bedeutung bei der Matrizierung. Diese Matrixschaltung kann elektrisch mit Übertragern, elektronisch mit Differenzverstärkern oder als digitale Signalverarbeitung realisiert werden.

Da die vollständige Information erhalten bleibt, ist die Umwandlungskette von LR – MS – LR verlustlos. Das trifft in der Praxis nur für die digitale Signalverarbeitung zu. Analoge Schaltungen führen zu den dafür typischen Verlusten an Signalqualität.

Die MS-Kodierung hat bei manchen Anwendungen technische Vorteile. Ein populäres Beispiel ist die Einstellung Joint-Stereo beim Kodieren von MP3s. Monosignale (wie etwa Sprache) führen damit automatisch dazu, dass der Seite-Kanal kein Signal führt und somit nicht kodiert werden muss.
Eine ursprüngliche Anwendung der MS-Stereofonie stellt jedoch die MS-Stereomikrofonaufnahme dar.

MS-Stereosystem

Zur Aufnahme eines Mitte-Seite-Signals werden wie bei allen Stereo-Mikrofonierungsverfahren zwei Mikrofone benötigt. Bei der Intensitätsstereofonie, zu der das MS-Verfahren zählt, entsteht der Stereoeffekt allein durch Pegeldifferenzen, nicht durch Laufzeitunterschiede zwischen den Kanälen. Daher werden die Mikrofone möglichst nah beieinander angeordnet. Die MS-Stereofonie gewinnt die Mitten- und Seiten-Signale durch die Kombination von zwei verschiedenen Richtcharakteristiken:

• Ein vorwiegend ungerichtetes bis gerichtetes Mikrofon, mit einer Kugel- bis Hypernieren-Charakteristik für das Mitte-Signal
• Ein reines Druckgradientenmikrofon mit der Richtcharakteristik einer Acht für das Seite-Signal.

Der Achsenwinkel der Mikrofone beträgt dabei 90°, die positive Polung des Achtermikrofons zeigt normgemäß nach links. Statt einer Kombination aus zwei Mikrofonen kann auch ein Koinzidenzmikrofon verwendet werden. Durch Summen- und Differenzbildung können mit einer Matrixschaltung die Kanäle Links und Rechts gewonnen werden.

Steht keine Matrixschaltung zur Verfügung, so kann das MS-Stereosignal auch mit einem Mischpult (Richtungsmischer) dekodiert werden (siehe Bild): Das symmetrische S-Signal wird spannungsrichtig auf den linken Kanal und gleichzeitig spannungsinvertiert (verpolt, umgangssprachlich: "phasengedreht") auf den rechten Kanal geschaltet. Das M-Signal wird spannungsrichtig beiden Kanälen zugemischt. Die Spannungsinvertierung ist am einfachsten zu realisieren, wenn das Mischpult einen Schalter zur "Phasendrehung" (Ø, Phase) im Kanalzug hat. Alternativ kann die Signalspannung invertiert werden, indem man beim XLR-Stecker die symmetrischen Anschlüsse Pin 2 (Hot) und Pin 3 (Cold) vertauscht.

Den Zusammenhang zwischen Polung des Achtermikrofons, Mischpult und Stereoeindruck versteht man am besten im Beispiel: Kommt ein akustisches Signal von der linken Seite, so wird es von dem Achtermikrofon spannungsrichtig wiedergegeben, da dessen positive Membranseite nach links zeigt. Das Kugelmikrofon nimmt Signale immer spannungsrichtig auf, da es sich um einen Druckempfänger handelt. Bei der gezeigten Mischpult-Kanaleinstellung addiert sich das Mitte-Signal mit dem spannungsrichtigen S-Signal auf dem linken Kanal: L = M + S. Auf dem rechten Kanal addiert sich das via Verpolungsschalter spannungsinvertierte S-Signal mit dem M-Signal: R = M + ( – S). → Die Signale löschen sich aus: Das von links kommende akustische Signal wird auf dem L-Kanal lauter wiedergegeben als auf dem R-Kanal. Kommt ein akustisches Signal von der rechten Seite, so wird es vom Achtermikrofon spannungsinvertiert aufgefangen, da die negative Membranseite nach rechts zeigt. Es wird sich mit dem spannungsrichtigen Mitte-Signal auf dem linken Kanal auslöschen, auf dem rechten addieren.

Die MS-Stereomikrofonierung hat folgende Vorteile:

• Wie bei allen Intensitätsstereoverfahren ergeben sich keine Laufzeitunterschiede und damit keine Kammfiltereffekte durch Phasenauslöschung (Interferenz). Das Signal erfährt bei Monowiedergabe keine Klangverfärbungen.

• Durch Veränderung des M-Pegels zum Seitenkanalpegel (+S-Signal und –S-Signal) kann nachträglich die Basisbreite des Stereosignals verändert werden. Das Pegelverhältnis M zu S entspricht dabei in etwa dem Achsenwinkel (Öffnungswinkel) eines XY-Stereosystems.

In der Praxis werden die Mitte-Seite-Kanäle aufgezeichnet, um nachträglich im Tonstudio die Basisbreite der Stereoaufnahme variieren zu können. Während der Aufnahme muss eine Matrixumwandlung zu Links-Rechts-Kanälen zur Verfügung stehen, um die Mikrofonperspektive zu kontrollieren.

Bedeutung im Stereo-Hörfunk

Die MS-Kodierung ist grundlegend für die Übertragung von UKW-Stereo-Programmen. Hierbei wird auf dem UKW-Hauptband das Mittensignal, auf einem Nebenband das S-Signal übertragen. Dies hat folgende Gründe:

• Das Signal ist mit Mono-UKW-Empfängern problemlos abspielbar, sie "übersehen" einfach das S-Signal und haben ein einwandfreies Mono-Signal. Monokompatibilität, also Abwärtskompatibilität des Signals ist hierfür Voraussetzung.
• Ist der Empfang für einen Stereoempfänger nicht gut genug, also der Übertragungsbereich eingeschränkt, kann dieser immer auf das stabilere M-Signal zugreifen.

Literatur

• Klaus Bertram: Über den Umgang mit Stereo-Koinzidenzmikrophonen. Telefunken Zeitschrift, 1965, S. 338 (PDF-Datei, 848 kB).
• W. Hoek und K. Wagner: Stereofonie-Aufnahmetechnik. Berlin 1970.

Siehe auch

• Mikrofon | Intensitätsstereofonie | Laufzeitstereofonie | Äquivalenzstereofonie | Lautsprecherstereofonie | ORTF-Stereosystem | NOS-Stereosystem |Knüppelstereofonie |

Weblinks

• Über den Umgang mit Stereo-Koinzidenz-Mikrophonen (PDF, 848 kB)
• Grundlagen und Probleme der stereophonen Aufnahmetechnik (PDF, 423 kB)
• Mischpultkanäle als M/S-Matrix-Decoder (PDF, 76 kB)
• Die Stereo-Matrix - Das Umsetzen von XY-Signalen in MS-Signale und umgekehrt (PDF, 170 kB)
• Die Stereo-Matrix - Umrechnung L/R in S/M bzw. M/S (PDF, 123 kB)
• Die Stereo-Matrix - Passive Schaltungen von MS- zu LR-Wandlern und zurück (PDF, 107 kB)
• Umwandlung MS-Stereo- Signal in LR-Stereo-Signal (PDF, 74 kB)