Downmix

Ein Downmix legt die Kanäle einer Tonmischung nach einer festen Rechenvorschrift auf eine kleinere Kanalzahl zusammen — 7.1 auf 5.1, 5.1 auf Stereo. Jeder Kanal, der dabei wegfällt, wird mit einem definierten Pegel auf die verbleibenden addiert. Sein Inhalt bleibt also hörbar, seine Richtung nicht.

Ausführliche Erklärung

Wo ein Downmix stattfindet

Zusammengelegt wird fast immer irgendwo — die eigentliche Frage lautet, an welcher Stelle. Drei Orte kommen in Betracht, und sie rechnen Verschiedenes.

Im Studio hört der Tonmeister über den Monitorweg des Renderers ab, wie seine Mischung auf kleineren Aufbauten ankommt. Das ist der Referenzfall: die Fassung, gegen die gemischt wurde.

Im Encoder entsteht der Downmix schon beim Herstellen der Tonspur. Bei Dolby TrueHD und Dolby Digital Plus mit 7.1-Kern werden die 5.1- und die Stereo-Ebene beim Codieren erzeugt, nach Pro-Logic-IIx- oder Lo/Ro-Regeln; ältere Decoder greifen genau auf diese Ebenen zu. Der Downmix steckt dann bereits in der Datei.

Im Wiedergabegerät rechnet schließlich der Zuspieler oder der AV-Prozessor, wenn die Tonspur mehr Kanäle mitbringt, als der Aufbau wiedergeben kann. Wer entscheidet, welches der beiden Geräte das tut, entscheidet damit auch über die Koeffizienten.

7.1 auf 5.1

Der Standardweg addiert Seiten- und Rückkanal unverändert auf das eine Surroundpaar:

Ls = 0 dB × Lss + 0 dB × Lrs Rs = 0 dB × Rss + 0 dB × Rrs

Kein Kanal wird bevorzugt, kein Pegel abgesenkt. Verloren geht allein die Trennung zwischen seitlich und hinten.

Die Alternative nach Pro Logic IIx setzt Kreuzterme ein, damit die hinteren Kanäle nicht restlos auf ihrer eigenen Seite verschwinden:

Ls = Lss + (−1,2 dB × Lrs) + (−6,2 dB × Rrs) Rs = Rss + (−6,2 dB × Lrs) + (−1,2 dB × Rrs)

Der linke Rückkanal landet also hauptsächlich links, mit −6,2 dB aber auch rechts. Diese kleine Beimischung erhält einen Rest der seitlichen Ausdehnung, den die reine Addition einebnet.

5.1 auf Stereo

Drei Sätze sind gebräuchlich. Welcher davon passt, entscheidet nicht der Geschmack — es entscheidet, was am anderen Ende der Kette hängt.

Lo/Ro — konventionelles Stereo, die Vorgabe:

Lo = L + (−3 dB × C) + (−3 dB × Ls) Ro = R + (−3 dB × C) + (−3 dB × Rs)

Lt/Rt (Legacy) — matrixcodiertes Stereo:

Lt = L + (−3 dB × C) − (−3 dB × Ls) − (−3 dB × Rs) Rt = R + (−3 dB × C) + (−3 dB × Ls) + (−3 dB × Rs)

Lt/Rt (Pro Logic II) — dieselbe Idee mit richtungsabhängigen Gewichten:

Lt = L + (−3 dB × C) − (−1,2 dB × Ls) − (−6,2 dB × Rs) Rt = R + (−3 dB × C) + (−6,2 dB × Ls) + (−1,2 dB × Rs)

Der Unterschied steckt im Vorzeichen. Bei Lo/Ro werden die Surroundkanäle schlicht addiert, das Ergebnis ist ein gewöhnliches Stereosignal. Bei Lt/Rt gehen sie im linken Zweig mit umgekehrtem Vorzeichen ein — die Surroundinformation steckt danach in der Phasenbeziehung der beiden Kanäle und lässt sich von einem Matrixdecoder wieder herausziehen. Dolby empfiehlt für jeden Lt/Rt-Downmix zusätzlich eine 90-Grad-Phasenschiebung der Ls/Rs-Zuführung, weil sich die Surroundanteile sonst gegenseitig auslöschen können.

Daraus folgt eine harte Grenze: Ein Lt/Rt-Signal auf eine Stereoanlage ohne Matrixdecoder gegeben klingt hohl und ortungsschwach, weil die Gegenphasigkeit hörbar bleibt, statt aufgelöst zu werden. Wird ein Lt/Rt-Paar zu Mono summiert, hebt sich der Surroundanteil sogar vollständig auf. Für alles, was am Ende einkanalig wird, ist Lo/Ro deshalb der richtige Weg.

Der Referenz-Downmix und das, was ein Gerät wirklich rechnet

Die Koeffizienten oben stammen aus dem Monitorweg des Dolby-Atmos-Renderers — das ist die Referenz aus dem Studio. Ein Receiver im Wohnzimmer rechnet nicht zwingend dasselbe, und für AC-3 und E-AC-3 steht auch schwarz auf weiß, warum.

Statt fester Zahlen gibt die Norm dort zwei Stellschrauben vor, die der Programmanbieter im Datenstrom mitschickt. Die allgemeine Gleichung lautet Lo = 1,0 × L + clev × C + slev × Ls; für clev sind 0,707 (−3 dB), 0,595 (−4,5 dB) und 0,500 (−6 dB) vorgesehen, für slev 0,707 (−3 dB) und 0,500 (−6 dB). Wie laut Center und Surround im Stereobild landen, entscheidet also die Produktion und nicht das Gerät. Bei Lt/Rt entfällt diese Wahl, dort stehen die 0,707 fest.

Warum diese Vereinheitlichung überhaupt nötig war, sagt die Norm selbst: Erst wenn die Gleichungen festliegen, kann ein Produzent nachhören, wie seine Mischung heruntergerechnet klingt, und nachbessern, bevor sie ausgeliefert wird. Die Standardisierung dient dem Studio, nicht dem Decoder.

Zwei Nebenwirkungen wiegen in der Planung schwerer, als ihre Beiläufigkeit vermuten lässt. Erstens werden alle Koeffizienten nach unten skaliert, damit nichts übersteuert, wenn mehrere Kanäle gleichzeitig Vollaussteuerung erreichen — um 0,4143 bei Lo/Ro und um 0,3204 bei Lt/Rt. Ein Downmix ist also insgesamt leiser, nicht nur schmaler. Zweitens ist die Behandlung des LFE-Kanals ausdrücklich freigestellt: Ob und mit welchem Pegel er im Stereosignal auftaucht, legt die Norm nicht fest, und in der Praxis entscheidet das Gerät. Genau hier weichen zwei Receiver mit derselben Tonspur hörbar voneinander ab.

Die Grenze zum Bassmanagement

Beide Vorgänge greifen im selben Gerät ineinander, machen aber Verschiedenes. Das Bassmanagement schneidet unterhalb der Trennfrequenz Anteile aus den Kanälen heraus und schickt sie zum Subwoofer; die Zahl der Kanäle bleibt, der Frequenzumfang je Kanal ändert sich. Der Downmix legt ganze Kanäle zusammen; der Frequenzumfang bleibt, die Zahl der Kanäle sinkt.

Berühren tun sie sich an einer Stelle, und die ist gerade genannt worden: beim LFE. Weil sein Anteil am Stereo-Downmix nicht festgelegt ist, entscheidet sich am Zusammenspiel beider Vorgänge, ob ein Effektsignal auf einer Stereozone überhaupt noch ankommt.

Häufiges Missverständnis

„Wer keine sieben Lautsprecher hat, hört von einer 7.1-Mischung weniger." Das trifft nicht zu: Beim Standard-Downmix auf 5.1 gehen beide hinteren Kanäle mit vollem Pegel auf das Surroundpaar, es fehlt kein einziges Geräusch. Was fehlt, ist die Unterscheidbarkeit zwischen seitlich und hinten.

Klar — kostenlos ist das nicht. Beim Schritt auf Stereo wird der Center um mindestens 3 dB abgesenkt, und die Überlaufskalierung nimmt das ganze Signal noch einmal zurück. Ein Downmix liefert also denselben Inhalt mit gröberer Richtungsauflösung und verschobener Pegelbalance — weder verlustfrei noch gleichwertig zur großen Fassung.

Nicht zu verwechseln mit

• Bassmanagement: verschiebt Frequenzanteile zwischen vorhandenen Wegen, statt Kanäle zusammenzulegen.
• Upmixer: die Gegenrichtung — aus vorhandenen Kanälen werden zusätzliche errechnet, unter anderem für die Höhenebene.
• Dialognormalisierung: verschiebt die Wiedergabelautheit einer Tonspur, ohne die Kanalzuordnung anzurühren.
• Rendering objektbasierter Formate: Ein Renderer setzt Positionsdaten auf die tatsächlich vorhandenen Lautsprecher um. Er verteilt Objekte und addiert dabei keine fertigen Kanäle. Das Ergebnis ähnelt einem Downmix, der Weg dorthin ist ein anderer.

In der Planung

Ein Wohnzimmer gibt 5.1.4 her, mehr nicht. Die Sammlung besteht aus Blu-rays mit Dolby-TrueHD-Tonspuren, deren Kern 7.1 hat. Die Konzeptfrage zielt nicht auf die Zahl der Endstufen im Receiver. Sie lautet: An welcher Stelle der Kette sollen die beiden Rückkanäle verschwinden?

Legt der Zuspieler zusammen und gibt fertiges PCM aus, sind seine Koeffizienten gesetzt und im Menü meist nicht einmal sichtbar. Der Prozessor bekommt dann ein 5.1-Signal und weiß nicht mehr, dass es einmal mehr war. Das Verfahren der Wahl ist deshalb Bitstream: Der Zuspieler reicht die Tonspur unverändert durch, der Prozessor decodiert selbst und rechnet auf den vorhandenen Aufbau — bei einer Atmos-Spur sogar über den Renderer statt über feste Koeffizienten.

Die Geräteentscheidung fällt danach von selbst. Gefragt ist ein Zuspieler, der Bitstream sauber durchreicht, und ein Prozessor, der die Formate der Sammlung selbst decodiert. Ein Player mit besonders vielen Downmix-Einstellungen ist für diesen Raum das falsche Kriterium.

Verknüpfte Inhalte

Wie die Ziffernfolgen zu lesen sind, steht bei der Kanal-Notation. Was beim Schritt von 7.x auf 5.x genau an Richtungsauflösung wegfällt, erklärt der Eintrag zum Split-Surround. Die Gegenrichtung beschreibt der Eintrag zum Upmixer, die Sonderstellung des Effektkanals der Eintrag zum LFE-Kanal. Warum eine Mehrkanalspur über S/PDIF oder TOSLINK überhaupt zum Downmix-Fall wird, klärt die Wissensseite zum Bitstream über Zweikanalschnittstellen; wie ein Renderer Objekte auf vorhandene Positionen umsetzt, der Eintrag zum objektbasierten Ton.

Quellen

Die Koeffizienten für 7.1 auf 5.1 und für 5.1 auf Stereo, die Empfehlung zur 90-Grad-Phasenschiebung und die Angaben zur Erzeugung der 5.1- und Stereo-Ebenen beim Codieren stammen aus dem Handbuch des Dolby-Atmos-Renderers. Die Decoder-Gleichungen, die wählbaren Werte für clev und slev, die Überlaufskalierung, der Vorrang von Lo/Ro für Mono und die Freistellung des LFE-Kanals stehen in ATSC A/52.