Mit
Stereofonie
(von
altgriechisch
στερε??
stereos
, deutsch
‚hart, starr‘
und
φων?
f?n?
?Laut‘, ?Ton‘) werden Techniken bezeichnet, die mit Hilfe von zwei oder mehr Schallquellen einen raumlichen Schalleindruck beim naturlichen Horen erzeugen.
Die fruhesten Vorlaufer der Stereotechnik gehen auf den franzosischen Flugpionier und Erfinder
Clement Ader
zuruck. Wahrend der
Internationalen Elektrizitatsausstellung 1881
ließ er Opernauffuhrungen mehrkanalig elektrisch in einen entfernten Raum ubertragen, wo diese Signale uber Telefonhorer abgehort werden konnten. Ader nannte sein System ?Theatrophone“.
Der Ingenieur
Heinrich Kluth-Nauen
entwickelte 1925 ein Gerat, das aus einem Mono-Signal durch eine 180°-Phasendifferenz einen raumlichen Eindruck erzeugte. Er nannte es ?Stereophon“.
[1]
Ab 1930 entstanden in den USA erste Tonaufnahmen, bei denen dieselbe Auffuhrung von zwei Mikrofonen an unterschiedlichen Positionen aufgenommen wurde, und die sich spater zu Stereoaufnahmen zusammenfugen ließen. Es ist allerdings nicht uberliefert, ob mit diesen Aufnahmen bereits eine stereophonische Wiedergabe beabsichtigt wurde oder man nur unterschiedliche Mikrofonpositionen ausprobieren wollte.
[2]
Alan Dower Blumlein
, Elektroingenieur und Erfinder in der Forschungsabteilung bei
EMI
, begann 1931 mit Experimenten zu von ihm ?binaural“ genannten Aufnahmetechniken, zunachst mit Sprache. Im Zuge dieser Experimente meldete er eine ganze Reihe von Patenten an, darunter mehrere Stereo-Mikrofonverfahren die heute als Standard gelten: AB, XY und MS.
[3]
Das heute als ?Blumlein-Verfahren“ bekannte, koinzidente System aus zwei winkelversetzten Mikrofonen mit Achtercharakteristik ist zwar ihm zu Ehren benannt, scheint aber nicht von ihm erdacht worden zu sein. Blumlein war ebenfalls maßgeblich an der Entwicklung der Schneidestichel beteiligt, um binaurale Signale auf Schellack-Platte aufzeichnen zu konnen. Anfang 1934 waren die ?Abbey Road Studios“ der EMI mit der ?binauralen“ Technik betriebsbereit und die ersten Experimente mit Musik wurden am 11. und 12. Januar 1934 durchgefuhrt. Wenige Tage spater, am 19. Januar 1934, entstand ebenfalls dort die Aufnahme einer Probe unter Leitung von Sir Thomas Beecham mit dem
London Philharmonic Orchestra
auf insgesamt neun Platten. Geprobt wurde
Mozarts
Symphonie Nr. 41 ?Jupiter“ (KV 551).
[4]
Walt Disney
brachte seinen Zeichentricklangfilm
Fantasia
(1940) in ?Fantasound“, einem fruhen stereofonischen Tonverfahren heraus, das zur damaligen Zeit aber nur die wenigsten Kinos wiedergeben konnten.
1944 machte die
Reichs-Rundfunk-Gesellschaft
in Berlin erste Stereo-Aufnahmen auf Magnetband mittels
Magnetophon
. Dabei entstanden erste Aufnahmen in Zusammenarbeit mit dem Dirigenten
Herbert von Karajan
.
Moglicherweise hat Blumleins Nutzung des Begriffs ?binaural“ in seinen Patenten die weitere Verbreitung dieses Begriffes behindert, um Patentanspruchen auszuweichen. Nach der schnellen Durchsetzung der Magnetbandtechnik in der industriellen Tontragerproduktion in den 1950er Jahren hat sich der Begriff ?stereo“, abgeleitet von der visuellen Technik der
Stereoskopie
, durchgesetzt.
Sidney Frey, Chef des Plattenlabels
Audio Fidelity Records
, brachte 1957 die erste Stereo-Schallplatte heraus: Auf der einen Seite waren Eisenbahngerausche zu horen, auf der anderen Seite
Dixieland Jazz
mit den
Dukes of Dixieland
.
[5]
In den ersten Jahren gab es erhebliche Probleme bei der Standardisierung und auch bei der Qualitatssicherung in der Plattenproduktion.
[6]
Die
Beatles
zum Beispiel nahmen anfangs ihre Songs mit einer Art der ?Stereotechnik“ auf, die genauer betrachtet zweimal ?Mono“ ist.
[7]
Die Instrumentalbegleitung wurde auf einen Kanal und der Gesang auf den anderen Kanal gelegt. Das hat recht wenig mit Stereo zu tun, außer dass aus jedem Lautsprecher etwas Verschiedenes herauskam. Ebenfalls aus dieser Zeit ist der Begriff ?Ping-Pong-Stereo“ bekannt und bezieht sich auf eine Aufnahmetechnik, die Instrumente von links nach rechts ? oder umgekehrt ? wandern lasst. Dieses war insbesondere in der Fruhzeit der Stereoaufnahmetechnik bei popularer Musik gefragt: Eine
Stereoanlage
war in den fruhen 1960er Jahren ein Statussymbol ? und man wollte schließlich den Effekt auch deutlich horen und im Freundeskreis stolz vorfuhren.
Der
Horfunk
stellte dem immer attraktiver werdenden Programmangebot des
Fernsehens
die technische Innovation des
Zweikanaltons
entgegen. Fur die
UKW-Sender
(
FM
) in der BRD wurde auf der
25. Großen Deutschen Funk-Ausstellung
in Berlin am 30. August 1963 die
FM-Stereofonie
eingefuhrt. 1967/68 betrieb jede Landesrundfunkanstalt mindestens ein UKW-Sendernetz stereophon. Damit konnte Horfunk in einer besseren Tonqualitat ausgestrahlt werden, als es beim Fernsehen moglich war. Weitere qualitative Vorteile erzielte der Horfunk 1973 mit der Einfuhrung der
binauralen Tonaufnahme
. Diese ?
Kunstkopf
-Stereofonie“ konnte sich aber nicht durchsetzen.
Zu Anfang der 1970er Jahre wurden Monoaufnahmen aus Verkaufsgrunden ?verstereofoniert“, also ein kunstliches Stereosignal erzeugt, was mit
Pseudostereofonie
oder auch mit ?Electronic Stereo“ bezeichnet wurde. Ein dafur haufig verwendetes Verfahren ist die Methode nach Lauridsen-Schodder oder mehrkanalige Version derselben.
[8]
Eine Untergruppe der Stereophonie stellt die Stereo-Erweiterung dar. Sie lasst das Stereo-Klangfeld breiter und die Klange, die damit bearbeitet wurden plastischer klingen.
Hier haben in den 1980er Jahren zwei Varianten auf sich aufmerksam gemacht:
- Holophonics
(prominent umgesetzt u. a. fur: Pink Floyd ?
The final cut
/ Roger Waters ?
The pros and cons of hitch hiking
)
- Q-Sound
(prominent eingesetzt u. a. fur: Madonna ?
Immaculate Collection
/ Roger Waters ?
Amused to Death
)
Im einfachsten Fall erfolgt die horizontal verteilte Abbildung allein durch
Pegelunterschiede
Δ L
oder durch
Laufzeitunterschiede
Δ t
der beiden
Lautsprechersignale
. Die Abbildung der
Tiefenstaffelung
beruht auf Ausnutzung von fruhen
Reflexionen
und auf Klangverfarbungen durch
blauertsche Bander
, um bei der Abbildung ?diffus und prasent“ herauszuarbeiten und raumliche Tiefenabbildung aus dem Verhaltnis von
Direktschallanteilen
D und
Raumschallanteilen
R sowie
Pegeldifferenzen
herauszustellen.
Beim Horen wird das
psychoakustische
Phanomen ausgenutzt, dass der Mensch mit seinen Ohren auf Grund von
interauralen
Pegel-Unterschieden (
Interaural Level Difference
,
ILD
) und Laufzeit-Unterschieden (
Interaural Time Difference
,
ITD
) die Richtung von
Schallquellen
lokalisieren kann. Gute
Horbedingungen
bei der Stereo-Lautsprecherwiedergabe bringt die Aufstellung im
Stereodreieck
. Der individuelle
Ohrabstand
des Menschen spielt bei
Lautsprecherstereofonie
keine Rolle, wohl aber bei der
binauralen
Aufnahmetechnik (
Kunstkopf-Stereofonie
), die allein fur Kopfhorerwiedergabe geeignet ist:
Die Kunstkopf-Stereofonie mit den interauralen Signaldifferenzen konnte sich nicht durchsetzen, da zu deren Wiedergabe zwingend
Kopfhorer
erforderlich sind. Zwar konnen normale Stereosignale mittels Kopfhorern wiedergegeben werden, nicht jedoch Kunstkopf-Aufnahmen mittels Lautsprechern; Letzteres fuhrt zu Klangverfarbungen und fehlerhaftem oder fehlendem Stereoeindruck, da die mit dem Kunstkopfmikrofon gewonnenen inneren Ohrsignale nicht mit den Lautsprechersignalen gleichzusetzen sind. Das heißt:
ILD
und
ITD
sind nicht gleich
Δ L
und
Δ t
. Die Ohren des Horers bilden aus den Signalen der Stereolautsprecher die eigenen Ohrsignale mit der personlichen
HRTF
(Head Related Transfer Function ? Ubertragungsfunktion des eigenen Kopfes).
Es gibt mehrere Verfahren, um Stereosignale fur die
Lautsprecherstereofonie
aufzuzeichnen. Man unterscheidet bei der
Mikrofonierung
insbesondere zwischen
Laufzeit-Stereofonie
und
Intensitatsstereofonie
(Pegeldifferenzstereofonie). Mischformen bezeichnet man als
Aquivalenzstereofonie
.
Bei der Intensitatsstereofonie werden zwei Mikrofone verwendet, deren
Richtwirkung
so ausgenutzt wird, dass die Pegeldifferenz der Signale auf den beiden Kanalen eine bestimmte
Horereignisrichtung
bei der Wiedergabe auf der Stereo-
Lautsprecherbasis
hervorruft. Genauer sind es allein die Schalldruckunterschiede, die hier wirksam sind und welche die Richtung der gehorten
Phantomschallquelle
bestimmen. Wird ein Tonsignal auf zwei Stereolautsprecher identisch verteilt, so nimmt der Horer eine Phantomschallquelle genau aus der Stereomitte (Center) wahr. Wird nun das Signal auf einem Lautsprecher im Pegel erhoht, so wandert die Phantomschallquelle in Richtung dieses Lautsprechers, bei einer Pegeldifferenz von etwa 18
dB
(16 dB bis 20 dB) nimmt der Horer eine vollstandige Auslenkung aus der Richtung der Lautsprecher wahr. Die einfachsten Hauptmikrofonaufstellungen sind hier X/Y-Stereofonie (zwei Nierenmikrofone mit dem entsprechenden
Achsenwinkel
zueinander, aber dicht am selben Ort) und
MS-Stereofonie
(Kugelmikrofon fur die Mono-Summe (M) und Achtermikrofon fur das Links/Rechts-Differenzsignal (S), uber eine elektronische Matrix zu Links und Rechts gemischt). Siehe hierzu
Richtungsmischer
und
Panpot
. Mit der Pegeldifferenzstereofonie erzeugt man bei der Lautsprecherwiedergabe die großte
Lokalisationsscharfe
der Phantomschallquellen.
Bei der Laufzeit-Stereofonie werden zwei Mikrofone mit einem gewissen Abstand voneinander, der
Mikrofonbasis
, aber auch in einem gewissen Abstand von der Schallquelle aufgestellt, so dass Schallereignisse abhangig von ihrer Position zu verschiedenen Zeitpunkten auf den beiden Kanalen als Laufzeitdifferenz
Δ t
aufgenommen werden. Wird ein Tonsignal auf zwei Stereolautsprecher identisch verteilt, nimmt der Horer eine
Phantomschallquelle
genau aus der Stereomitte (Center) wahr. Wird nun das Signal auf dem einen Lautsprecher durch
Laufzeitverzogerung
verandert, so wandert die
Horereignisrichtung
in die Richtung des anderen Lautsprechers. Bei einer Laufzeitdifferenz von etwa
Δt
= 1,5 ms (1 bis 2 ms) nimmt der Horer eine vollstandige Auslenkung (100 % Horereignisrichtung) aus der Richtung eines Lautsprechers wahr. Durch die unterschiedliche Distanz der
Mikrofone
zur Schallquelle ergibt sich zumindest bei den mikrofonnahen Instrumenten allerdings immer auch ein gewisser Pegelunterschied. Die bekannteste Hauptmikrofonaufstellung ist die A/B-Stereofonie. Das sind zwei Kugelmikrofone in definiertem Abstand, der Mikrofonbasis, zueinander. Man unterscheidet ?Klein-A/B“ etwa bei einer Basis kleiner als 35 cm (quasi Doppelkopf) und ?Groß-A/B“ bei entsprechend großerer Basis. Dieser Wert ist nicht allgemein festgelegt.
Die Laufzeit-Stereofonie ergibt dabei einen besseren Raumeindruck des resultierenden Schallsignals, hat jedoch gegenuber der Intensitatsstereofonie die Nachteile, dass die
Lokalisationsscharfe
der Phantomschallquellen geringer ist und sich das Signal im Klang weniger
kompatibel
uber
Mono
-Abspielgerate wiedergeben lasst, da es durch die zeitlichen Verschiebungen zu
Interferenz
-Erscheinungen (Ausloschungen von bestimmten Frequenzen) kommen kann, die den Klangeindruck verfalschen (Mono-Inkompatibilitat).
Mischformen, die nach dem Prinzip der Aquivalenzstereofonie Lokalisationsinformationen sowohl uber Laufzeit- als auch uber Pegeldifferenzen enthalten, versuchen, die Vorteile beider Verfahren zu verbinden. Bekannte Mikrofonaufstellungen sind hier beispielsweise
ORTF
und
NOS
.
Als eine seltene Aufnahmemethode sei hier noch an die Kunstkopf-Aufnahmetechnik erinnert. Dabei wird die Form eines menschlichen Kopfes nachgebildet, und an Stelle der beiden Ohren werden die
Mikrofone
angebracht. Diese Aufnahmetechnik zeichnet das Schallsignal etwa so auf, wie der Mensch es direkt an seinen Trommelfellen hort. Wird diese Aufnahme wie vorgesehen mit einem
Kopfhorer
abgehort (Kopftrennung), so empfangt der Horer wieder das ursprungliche Schallereignis an den Ohren und kann die Richtungen der Gerausche
lokalisieren
, wobei die genaue Vornelokalisation nicht immer gelingt. Verbessert werden kann die Wiedergabe von Kunstkopfaufnahmen durch eine Anpassung an die individuelle
HRTF
, also der Kopfubertragungsfunktion des Horers, sowie uber ein sogenanntes Head-Tracking, bei dem die Bewegungen des Kopfes in die Berechnung der Kopfubertragungsfunktion mit einbezogen werden. Eine Spezialform dieses Verfahrens ist die Echtkopf-Stereofonie, bei der eine Person Mikrofone im Gehorgang tragt. Binaurale Aufnahmen, also Kunstkopf-Aufnahmen sind aber generell nicht zur Wiedergabe in der Form der ublichen Lautsprecher-Stereofonie gedacht.
Es ist leicht ersichtlich, dass Aufnahmeverfahren, die Mischformen zwischen Lautsprecher- und Kopfhorerstereofonie darstellen, in der Praxis nicht zufriedenstellend funktionieren konnen. Einige davon, wie etwa die
Jecklin-Scheibe
(Mikrofonabstand jetzt 35 cm), werden jedoch bisweilen von Amateuren verwendet.
Wird eine Tonaufnahme (die nicht mit einem Kunstkopf aufgenommen wurde) uber zwei Stereo-Lautsprecher wiedergegeben, die sich in einer Ebene vor dem Horer befinden, so entsteht im Raum eine Schallfelduberlagerung, die auf der Mittellinie zwischen den Lautsprechern einen Stereo-Horeindruck erzeugt. Das ist das gleichseitige ?60°-
Stereodreieck
“. Der Zuhorer sollte sich idealerweise im ?sweet-spot“ in der Mitte vor den Stereo-Lautsprechern befinden.
Werden mehrere Lautsprecher nebeneinander angeordnet, die jeweils eine definierte Mischung des Rechts- und Links-Signals wiedergeben, so kann dadurch der Bereich vergroßert werden, in dem der Horer den raumlichen Horeindruck wahrnehmen kann. Das kann beispielsweise im Kino bei großeren Lautsprecherabstanden der Fall sein.
Die ersten
Schallplatten
mit Stereo-Aufnahmen waren in Deutschland seit 1958 erhaltlich. 1964 begann die
Rundfunk
-Ubertragung mit Stereo-Ton auf FM/UKW (
Pilotton-Multiplexverfahren
),
[9]
Anfang der 80er Jahre bekamen
Fernsehsendungen
auch Stereo-Ton. Durch geeignete Verfahren wurde sichergestellt, dass die neuen Signale zu den
Mono
-Signalen
kompatibel
waren, um sie weiterhin auch mit den alten Geraten wiedergeben zu konnen. Inzwischen gelang es auch, Stereo-Ubertragungen im Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich durchzufuhren (
AM-Stereo
) und in Stereo zu telefonieren.
Bei
Popmusik
-Studioproduktionen werden die einzelnen Klangelemente (Gesang, Instrumente, …) in einzelnen
Spuren
(Tracks) getrennt voneinander und nacheinander aufgenommen. Bei der Abmischung des Materials wird dann fur jeden Track mittels des
Panoramareglers
(auch
Panpot
genannt, von Panorama und Potentiometer) die Position im Stereobild eingestellt.
Tontechniker
bezeichnen diese Art der Aufnahme und Mischung als
Knuppelstereofonie
. Fur den Gesang ist es ublich, diesen genau in der Mitte zu positionieren, d. h. die Stimme erklingt aus beiden Lautsprechern gleich laut. Zusatzlich kann ein kunstlicher Raumklang (
Nachhall
) dazugemischt werden.
Um einen guten stereofonen Klangeindruck zu erleben, mussen eine Reihe von Bedingungen erfullt sein:
- Beide Lautsprecher sollten gleich weit von der Ruckwand und den Seitenwanden des Raumes entfernt stehen. Insbesondere Standlautsprecher sollten nicht zu nahe an der Wand stehen.
- Der Sitzplatz des Horers sollte sich an der Spitze eines
gleichseitigen Dreiecks
befinden, das von ihm und den Lautsprechern gebildet wird. Praktisch heißt das, der Abstand der Lautsprecher untereinander sollte dem Abstand des Zuhorers von jedem der Lautsprecher entsprechen. So erhalt man einen Abhorwinkel von ±30° = 60°.
- Die Lautsprecher mussen in Richtung des Zuhorers zeigen. Dabei ist es sinnvoll, auf die Abstrahl-Achse zu achten, da es unterschiedliche Auspragungen in der Hochton-Lautstarke der Lautsprecher gibt (30°-Zone). Bei stark bundelnden Lautsprechern sollten sie nach innen stehen.
- Die Hochtoner sollten auf die Ohren des Horers gerichtet sein. Dazu konnen sie in Ohrhohe platziert sein oder auch tiefer/hoher und entsprechend gekippt stehen, damit der Direktschall die Ohren erreicht ? Reflexionen von den Wanden aber nicht mehr sofort in Ohrhohe reflektieren.
- Der Raum soll ein sinnvolles Maß an Dampfung besitzen (geringer Hall, geringe Reflexionen an Wanden).
Zwar befindet sich heute in den meisten Haushalten, Schulen oder Konferenzraumen eine Stereo-Wiedergabemoglichkeit, die genannten Bedingungen sind aber aufgrund der raumlichen Gegebenheiten nur selten erfullt. Oft werden die Lautsprecher ungunstig platziert oder es treten unerwunschte Reflexionen an Wanden auf, so dass hier Abstriche zu machen sind.
Tragbare Stereogerate (
Radiorekorder
, auch ?Ghettoblaster“ genannt) haben die Lautsprecher fest in 20 bis 30 cm Entfernung voneinander eingebaut. Zwar ist die Wiedergabe stereofon, jedoch musste der Zuhorer fur einen guten Stereoeindruck seinen Kopf unmittelbar vor das Gerat halten. Bei transportablen Geraten mit geringem Lautsprecherabstand wird daher oft eine elektronische
Basisverbreiterung
oder
Basisbreitenvergroßerung
(auch ?3D-Stereo-Effekt“ genannt) angewendet. Dazu wird ein Teil der hohen Frequenzen jedes Kanals gegenphasig (also verpolt) dem jeweils anderen Kanal zugemischt. Aufgrund der Laufzeit-Diskriminierung der Ohren entsteht dann der akustische Eindruck, dass die Lautsprecher weiter auseinanderlagen, beziehungsweise wird das Richtungshoren auch bei großerem Horabstand verbessert.
Viele Heimkinoanlagen nutzen den Effekt, dass der Abstrahlort tiefer Frequenzen (unter ca. 100
Hz
, variierend je nach Aufstellung und ortlichen Gegebenheiten) fur den Stereo-Richtungseindruck unerheblich ist.
[10]
[11]
Sie besitzen deshalb nur einen einzigen
Lautsprecher
(
Subwoofer
) zur Tiefenwiedergabe, der die Tieftonanteile aller Verstarkerkanale wiedergeben kann und dessen Aufstellungsort die Stereofonie nicht signifikant beeinflusst. Die Boxen zur Wiedergabe der ubrigen Frequenzen (Satelliten) konnen kleiner ausfallen, da sie weniger Tieftonanteile wiedergeben mussen; sie werden an relativ zum Horer festgelegten Orten aufgestellt und sorgen fur den Stereofonieeffekt.
- Gustav Buscher, A. Wiegemann:
Kleines ABC der Elektroakustik
. 6. Auflage. Franzis, Munchen 1972,
ISBN 3-7723-0296-3
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- Thomas Gorne:
Tontechnik
. 1. Auflage. Carl Hanser, Leipzig 2006,
ISBN 3-446-40198-9
.
- Gregor Haberle, Heinz Haberle, Thomas Kleiber:
Fachkunde Radio-, Fernseh- und Funkelektronik
. 3. Auflage. Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 1996,
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.
- Matthias Thalheim
:
Dramaturgisch inszenatorische Konsequenzen der Kunstkopf-Stereophonie in funkdramatischen Produktionen
. Diplomarbeit, Humboldt-Universitat zu Berlin 1985, Sektion Kulturwissenschaften und Asthetik, Bereich Theaterwissenschaft. epubli, Berlin 2016,
ISBN 978-3-7375-9781-4
- ↑
Illustrierte Technik fur Jedermann
, Heft 11/1925,S. 10
- ↑
John McDonough:
1932 Duke Ellington Stereo: Was it Unheard-of Experiment or Accident?
In:
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The Inventor of Stereo: The life and works of Alan Dower Blumlein
. Taylor and Francis, Oxford 2000.
- ↑
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The Inventor of Stereo: The life and works of Alan Dower Blumlein
. Taylor and Francis, Oxford 2000, S. 78.
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, 1988, S. 360
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Patentanmeldung
EP0825800A2
:
Verfahren und Vorrichtung zum Generieren eines Mehrton-Signals aus einem Mono-Signal.
Angemeldet am
1. August 1997
, veroffentlicht am
25. Februar 1998
, Anmelder: Thomson Brandt GmbH, Erfinder: Imre Varga, Jurgen Schmidt.
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22. Marz 2009 ? Vor 45 Jahren: WDR-Horfunk startet Stereo-Ausstrahlungen
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. Audio Engineering Society, 1. Oktober 1985 (
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[abgerufen am 4. Januar 2022]).
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Antti Kelloniemi, Jukka Ahonen, Olli Paajanen, Ville Pulkki:
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