3d–sound?

[PhyshBourne]

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Neue Akustik-Technologien revolutionieren den Sound Ob im Wohnzimmer, im Auto oder in öffentlichen Gebäuden: Nach Stereofonie und Surround-Sound kommt der 3-D-Klang. Mit der neuen Technik lassen sich einzelne Bereiche individuell bespielen.

Entlang der Wände des dunklen, fensterlosen Raums sind 88 Lautsprecher wie an einer Perlenschnur aufgereiht, dazu mehrere Subwoofer für die tiefen Töne. Akustik-Ingenieur Christoph Sladeczek steuert mit einer Computermaus das "Wave-Studio".

Jazzmusik erfüllt plötzlich den Raum und umflutet den Zuhörer. Ein Piano da, ein Sänger dort, ein Bass und ein Schlagzeug dahinter. Der Klang ist brillant und perfekt dreidimensional. Wer in diesem Labor Musik gehört hat, wird seine Stereo- oder 5.1-Surround-Sound-Anlage daheim nicht mehr ganz so lieben wie zuvor.

Perfekte Bilder gibt es schon. Große Flachdisplays zeigen im Wohnzimmer gestochen scharfe Fernseh- und Heimkinobilder. Doch beim Klang gibt es Nachholbedarf. Seit dem Übergang von Stereo zum 5.1-Sound – drei Boxen vorn, zwei Boxen hinten plus einem Subwoofer – hat sich kaum etwas getan.

Doch wir stehen vor einer Revolution des Klangerlebens. Der neue Standard "MPEG-H" verspricht nicht nur ultimatives 3-D-Musikerleben an jeder Stelle des Raums, sondern sogar ein personalisiertes. Entwickelt wurde die neue Audio-Technik maßgeblich in Thüringen, von Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medien Technologie (IDMT) in Ilmenau.

Virtuelle Sänger lässt sich überall im Raum platzieren

Der 34-jährige IDMT-Forscher Sladeczek schätzt, dass die ersten Geräte innerhalb der nächsten fünf Jahre auf den Markt kommen werden. Schon in naher Zukunft wird es also Wave-Studio-Qualität für alle geben.

Wer an diesem Institut auf dem Campus der Technischen Universität vorbeispaziert, nimmt von den fulminanten Superklängen hinter der kubistisch-schlichten Fassade nichts wahr. Obwohl sich gleich im Erdgeschoss das Wave Studio von Sladeczek befindet, der die Abteilung "Virtuelle Akustik" leitet.

Jeder einzelne der 88 Lautsprecher erhält ein individuelles, von einem Computer errechnetes Audiosignal. Durch die Überlagerung aller Schallwellen entsteht ein räumliches Wellenfeld, dessen Eigenschaften sich mithilfe spezieller Algorithmen genau designen lassen.

"Wellenfeld-Synthese" heißt diese Technologie, die Ende der 1980er-Jahre an der Technischen Universität Delft von Professor Guus Berkhout erfunden wurde. Sie basiert, so erklärt Sladeczek, auf einem vom niederländischen Physiker Christiaan Huygens 1678 formulierten Prinzip, wonach sich jede beliebige Wellenfront durch eine Überlagerung von elementaren Wellen erzeugen lässt.

Doch erst moderne Computertechnik, leistungsfähige Audio-Prozessoren und eine ausgeklügelte Software haben die Idee von der Wellenfeld-Synthese zu einer anwendungsreifen Technik werden lassen. Die Forscher am IDMT haben dazu ein gutes Stück beigetragen.

Sladeczek demonstriert, was die Technik heute leisten kann. Er zieht mit der Maus ein Symbol über den Bildschirm in der Mitte des Wave-Studios. Die Stimme des Sängers folgt dieser Bewegung. Das geht ruck, zuck: Der Gesang kommt von rechts vorn, links hinten, oben rechts, unten links. Der virtuelle Sänger lässt sich überall im Raum platzieren – sogar mitten im Kopf des Zuhörers. Und mit jedem anderen Instrument geht das genauso.

Soundcomputer berechnet die Akustik des jeweiligen Raums

Das alles funktioniert zudem nicht nur, wenn sich der Zuhörer an einer ganz bestimmten Stelle befindet. Das dreidimensionale Klangerlebnis und die Verortbarkeit der Instrumente bleiben bestehen, wenn man im Raum umhergeht. Bei heutigen 5.1-Anlagen muss sich der Zuhörer hingegen in einem eng umgrenzten Bereich in der Mitte zwischen den Boxen befinden, um den mit dieser Technologie erreichbaren bestmöglichen Klang erleben zu können.

Der von der Moving Picture Experts Group in diesem Jahr festgeschriebene Musikstandard MPEG-H setzt keine feste Anzahl von Boxen voraus. Er passt sich vielmehr der tatsächlichen Zahl der Boxen und deren Position im Raum an. Dabei muss ein Soundcomputer auch die Akustik des jeweiligen Raums berücksichtigen. Dann lassen sich einzelne Klangobjekte an bestimmten Stellen im Raum virtuell platzieren. Von dort und nicht von einzelnen Lautsprecherboxen scheint dann der Klang zu kommen.

Damit das funktioniert, kommt es bei der Wellenfeld-Synthese auf kleinste Laufzeitunterschiede, Phasen der Wellen und Reflexionen an Wänden und Gegenständen an. In den Algorithmen, die das beherrschen, steckt das Know-how der Ilmenauer Wissenschaftler.

Musik wird also künftig nicht mehr für eine feste Zahl von Kanälen produziert, sondern als ein Paket aus vielen einzelnen Klangobjekten geliefert. Diese Daten werden vor Ort von einem Soundcomputer individuell verarbeitet. Im Tonstudio werden auch bislang schon praktisch alle Instrumente einzeln aufgenommen und separat gespeichert, was beim Mischen der Musik Gestaltungsspielräume schafft. Diese Möglichkeiten werden in Zukunft ein Stück weit dem Endkunden überlassen bleiben.

Audiophiler Hochgenuss ist die eine Seite der neuen Technik. Sie ermöglicht aber eine ganze Reihe anderer Innovationen. So wird es etwa möglich, bei TV-Sportsendungen den Kommentator und die Stadiongeräusche individuell im Wohnzimmer abzumischen. Hier kann man es bislang mit einer Standardeinstellung nicht allen recht machen.

Das gilt auch bei Spielfilmen für das Verhältnis der Lautstärken von Dialogen zu Geräuschen oder Musik. Hier wird künftig jeder seine eigene, personalisierte Klangmischung einstellen können. Doch was, wenn man nicht allein vor dem Bildschirm sitzt und es unterschiedliche Wunscheinstellungen gibt? Kopfhörer sind natürlich immer eine Lösung. Doch dank Wellenfeldsynthese geht es auch ohne sie. In der einen Hälfte eines Raums lässt sich ein vollkommen anderes Audioangebot erzeugen als in der anderen.

Christoph Sladeczek öffnet die Tür zum Nachbarlabor, ein schalltoter Raum, in den von allen Wänden und der Decke viele kleine Pyramiden hineinragen. Sie sind mit Mineralwolle gefüllt und absorbieren Schall sehr gut.

In einer Ecke Englisch, in der anderen Deutsch hören

Eine Besonderheit dieses Akustiklabors ist der Boden, der aus einem engmaschigen Metallnetz besteht. Beim Darüberschreiten gibt es leicht nach. Es fühlt sich ähnlich an wie das Gehen auf einem Trampolin. Für Schallwellen ist dieser "Fußboden" weitgehend durchlässig. Darunter befindet sich noch einmal das gleiche Raumvolumen wie oberhalb des begehbaren Netzes.

Die beiden Teilräume sind jeweils rund vier Meter hoch bei zirka fünf mal zehn Meter Grundfläche. Auch im Kellergeschoss sind alle Wände und der feste Boden dort mit den schallschluckenden Pyramiden ausgekleidet.

Den extrem reflexionsarmen Raum nutzen die IDMT-Forscher für die Entwicklung neuer Anwendungen der Wellenfeldsynthese. Sladeczek zeigt auf eine waagerechte Anordnung aus acht kleinen Lautsprechern, die sich vor einer der Wände ungefähr in Kopfhöhe befinden. An der auf dem Boden liegenden Elektronik betätigt er einen Schalter. Musik erklingt – zumindest rechts im Raum. Wandert man in die linke Raumhälfte, so wird es in einer Übergangszone zunächst ruhig, bevor man einen Radiomoderator sprechen hört.

In die Elektronik werden zwei verschiedene Audioprogramme eingespeist. Ein kleiner Computer errechnet daraus für jeden der acht Lautsprecher jene Wellen, die durch ihre Überlagerung im Raum die beiden deutlich abgegrenzten Hörzonen kreieren. Die möglichen Anwendungen sind offensichtlich. So könnte man etwa einem Spielfilm auf der einen Seite des Wohnzimmers in Englisch und auf der anderen in Deutsch lauschen – und das mit individueller Lautstärke.

"Auch die Automobilhersteller sind an dieser Technologie sehr interessiert", sagt Sladeczek. Damit ließe sich nämlich erreichen, dass dem Fahrer eines Pkws akustisch etwas anderes präsentiert wird als dem Beifahrer. Dieser könnte sich beispielsweise ein Video anschauen und den dazu passenden Ton hören, während der Fahrer davon im Idealfall gar nichts mitbekommt. Er könnte stattdessen ungestört einen Sender mit Verkehrsfunk oder den Ansagen des Navis lauschen. Davon bliebe wiederum der Beifahrer verschont.

Der gleiche Effekt lässt sich auch beim Telefonieren mit einer Freisprecheinrichtung nutzen. Noch optimieren die Wissenschaftler ihre Algorithmen, um mit möglichst wenigen Lautsprechern die angestrebten Klangziele zu e0rreichen.

Die Akronyme technischer Standards halten selten Eingang in die Umgangssprache. So dürfte wohl der sperrige Begriff "MPEG-H" ähnlich unbekannt bleiben, wie der des "MPEG Audio Layer 3". Doch immerhin der Kurzname dieses Audiostandards wurde weltberühmt: MP3.

An der Entwicklung dieses Verfahrens zur Kompression digitaler Audiodaten war maßgeblich Professor Karlheinz Brandenburg beteiligt – damals im Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen in Erlangen. Heute ist er Direktor des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie in Ilmenau, und die technische Optimierung der Wiedergabe von Musik ist noch immer sein Thema.

Wie gut Musik vom MP3-Player klingt, können die meisten Menschen selbst beurteilen. Wie sich 3-D-Sound dank Wellenfeldsynthese und MPEG-H anhört, wissen bislang erst wenige. Wer nicht warten will, bis die neue Technologie Einzug in Wohnzimmer oder Auto gefunden hat, könnte vielleicht einen Besuch bei den Bregenzer Seefestspielen einplanen. Dort haben die Thüringer Forscher für die Open-Air-Seebühne eine Akustikanlage mit mehr als 800 Lautsprechern installiert, die alle einzeln vom Soundcomputer ansteuerbar sind.

Auch im Zeiss-Planetarium in Jena wird die neue Technik bereits genutzt. Dort zaubern 64 Lautsprecher bis zu 32 virtuelle Klangquellen frei in den Raum.

[Wete]

Die Wellenfeldsynthese ist uralt und geistert seit Jahren immer wieder durch die Tonmeistertagung. Die Labore hat sie aber noch nie verlassen.
Meiner Meinung nach: Hochspannend aber leider rein akademisch weil nicht praxistauglich umsetzbar.

Wete

[PhyshBourne]

das wusste ich nicht.
danke.