Matrixing

Matrixing ist eine elektronische Operation, die zwei oder mehr Eingangssignale mit Hilfe linearer Mischungsgleichungen in eine kleinere Anzahl von Ausgangssignalen kombiniert. Jeder Ausgang ist eine gewichtete Summe der Eingänge, wobei die Gewichtungsfaktoren (sogenannte Matrixkoeffizienten) durch die Anwendung bestimmt werden. Der Prozess wird durch analoge Schaltungen (Widerstandsnetzwerke, Operationsverstärker) oder digitale Algorithmen ausgeführt und ist umkehrbar, wenn die ursprünglichen Koeffizientenwerte bekannt sind.

Die klassische Verbraucheranwendung ist die Stereo-Matrixcodierung. Ein vierkanaliges Quadraphonie-Signal (vorne links, vorne rechts, hinten links, hinten rechts) kann durch Matrixing in zwei Stereokanäle codiert werden, was ermöglicht, dass Quadraphonie-Inhalte auf Standard-Stereogeräten wiedergegeben werden. Die hinteren Kanäle modulieren das Stereosignal mit gegenphasigen Informationen, die ein Decoder extrahieren kann. Das Dolby-Surround-System nutzte dieses Prinzip, um Surround-Informationen in Stereo einzubetten, ohne zusätzliche Verdrahtung oder Kanäle zu benötigen.

Technischer Betrieb und Varianten

Bei analogem Matrixing bestimmen Widerstände die Verstärkung jedes Eingangspfades, und Summierverstärker kombinieren sie. Ein einfaches Stereo-Beispiel könnte einen Mittenkanal als (Links + Rechts) / 2 und einen Seitenkanal als (Links - Rechts) / 2 erzeugen. In digitaler Form ist Matrixing eine Matrizenmultiplikation: Jedes Ausgangsmuster wird als Skalarprodukt von Eingangsmuster und festen Koeffizienten berechnet. Die Anzahl der Koeffizienten und ihre Anordnung bestimmen, wie viele Informationen erhalten bleiben und ob die Transformation umkehrbar ist.

Matrixing unterscheidet sich vom einfachen Mischen (das Signale addiert), weil es spezifische Phasen- und Amplitudenbeziehungen anwendet, um Signalkomponenten zu trennen oder Kanäle zu dekorrelieren. Wenn Matrixing fehlschlägt, werden die Ausgänge unverständlich oder verlieren Raumtiefeninformation. Falsche Koeffizienten in einem Decoder können Phasenauslöschung verursachen, bei der die rekonstruierten Surroundkanäle dünn klingen oder zu Mono zusammenbrechen. Temperaturdrift in analogen Widerstandsnetzwerken kann die Koeffizienten auch mit der Zeit verschieben.

Der Begriff stammt von der mathematischen Matrix, dem rechteckigen Array von Zahlen, das die lineare Transformation beschreibt. Matrixing ist in modernen Surroundformaten weiterhin integriert: Dolby Pro Logic und Pro Logic II nutzen adaptive Matrixdekodierung, um Surround- und Mitteninformationen aus Stereo- oder 5.1-Signalen zu extrahieren. Professionelle Audio-Mischpulte haben Matrixausgänge zur Erzeugung von Monitor-Mischungen aus einer Mastermischung mit festen oder variablen Koeffizienten.