10.03.2017

Auf dem Weg zur digitalen Hörrevolution

Dreidimensional räumliches Hören für die Kopfhörer. Noch ist das Zukunft. Schallforscher/innen der ÖAW arbeiten aber bereits an der Technologie. Mit ihr könnte man Filme so hören, als wäre man mitten im Geschehen.

Ein Schnipsen von links, ein Husten von rechts oder ein lautes „Pssst!“ von hinten. Wenn wir etwas hören, kann unser Gehirn bestimmen, wo sich die Geräuschquelle befindet. „Es sagt uns dann nicht, jetzt klingt es anders, sondern, jetzt ist es woanders“, erklärt Piotr Majdak vom Institut für Schallforschung an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Er beschäftigt sich seit Jahren mit der Frage, wie Menschen dreidimensional hören und versucht, diese Mechanismen zu verstehen.

Eine wichtige Rolle beim Hören spielt unsere Kopfform und -größe, die Ohrmuschel und sogar der Körperbau. So unterschiedlich diese bei jedem Menschen sind, so verschieden hört jeder Mensch auch. „Mit fremden Ohren wäre die Wahrnehmung also vollkommen anders. Allerdings könnte man sich daran gewöhnen – es dauert nur einige Wochen“, sagt Majdak.

Jeder Mensch hört verschieden. Mit fremden Ohren wäre die Wahrnehmung vollkommen anders

Damit das auditive Ortungssystem aber entsprechend funktioniert, brauchen wir einen möglichst vollen Klang mit vielen unterschiedlichen hohen und tiefen Frequenzen. Aus diesem Grund fällt es den meisten Menschen schwer, ein sich näherndes Polizeiauto unter Sirenen einer Richtung zuzuordnen. Piotr Majdak: „Eine Sirene hat wenige Frequenzen, auch ein Hubschrauber ist schwer zuzuordnen, weil hier die hohen Frequenzen zum großen Teil fehlen. Die brauchen wir aber. Zudem  ist es irreführend, wenn der Schall in den Gassen von den Hausmauern reflektiert wird.“

Digitalisierte Audio-Ortung

Künftig sollen auch Kopfhörer oder Lautsprecher unser individuelles Hörprofil simulieren können, daran arbeiten Majdak und seine Kolleg/innen. Ihre Vision ist es, dass jeder individuell Musik, Filme oder Vorträge so hören kann, als wäre man live in dem dreidimensionalen Raum – ein persönliches „Dolby Surround“ für Kopfhörer quasi.

 

 

Bisher konnte ein maßgeschneidertes Hörprofil nur in einem Labor, wie jenem am Institut für Schallforschung der ÖAW erstellt werden. „Wir nehmen etwa in 16 Minuten Klänge aus 1550 Positionen auf“, erklärt Majdak. Ein Mikrofon im Ohr zeichnet dabei genau auf, welche Schallwellen im Gehörgang ankommen. „Aus diesen Daten können wir dann die individuelle Filterwirkung ausrechnen. Das heißt, wir können genau sagen, was mit dem Schall auf dem Weg zum Ohr passiert.“

Erste App mit Hörbeispielen

Durch die vielen Daten, die Majdak und seine Kolleg/innen über mehrere Jahre gesammelt haben, ist es nun gelungen, einen ersten Prototyp für eine Web-App zu entwickeln, mit der Jazz-Klassiker oder Actionfilme dreidimensional hörbar werden. Grundsätzlich braucht man dafür keine besonderen Kopfhörer oder Boxen. Allerdings, je besser die Tonqualität desto besser das Erlebnis, empfiehlt der Schallforscher. „Die App ist noch in Entwicklung, aber man bekommt schon einen guten Eindruck, was es heißt, digital dreidimensional zu hören.“ Applikationen sind auch bei anderen Gruppen weltweit im Entstehen, wie zum Beispiel ARIA3D, wo man sich durch dreidimensionale Hörbeispiele durchklicken kann. Diese App wurde aus den bisher von ÖAW-Schallforscher/innen gesammelten Daten zusammengestellt.

Damit eine App perfekt funktionieren kann, müsste man aber dennoch die individuellen Hörfilter mit der Software verbinden. Das sei technisch zwar möglich aber noch nicht am Markt verfügbar. Denn um das Ohr einer Person zu kennen, müsste man es abscannen oder abfotografieren. „Das ist jedoch nicht unkompliziert, da sich die Haut durch ein Foto nur schlecht dreidimensional erfassen lässt und man daher noch mit einer bestimmten Lichteinstellung, Kontrastfarbe usw. arbeiten muss, um das Ohr brauchbar zu fotografieren. Wir benötigen schließlich eine Genauigkeit von 1 mm, sonst können wir die individuellen Filter nicht berechnen.“

Es gibt zwar bereits Geräte wie die virtuelle Realitätsbrille Oculus Rift oder bestimmte Soundsysteme und Audioplayer, die dreidimensionales Hören unterstützen, nicht aber individuelles. „Die sogenannte HTRF-basierende Filterung gibt es bereits und sie funktioniert auch. Für die personalisierte fehlt noch die technische Unterstützung“, sagt Majdak.

Das SOFA Format

Möglich wurde diese Entwicklung vor allem durch die Einführung eines Dateiformats, mit dem Forscher/innen aus der ganzen Welt ihre erstellten Filter abspeichern und teilen können. „Man arbeitet bereits seit den 1960er-Jahren an der Verwirklichung von digitalen, räumlichen Filtern“, erzählt Majdak. Bis vor drei Jahren verfolgte jedes Labor hier allerdings seinen eigenen Weg und benutzte eigene Speicherformate, die mit anderen nicht kompatibel waren.

Mit SOFA ist es nun möglich, unterschiedlich aufgenommene Audio-Daten einheitlich abzuspeichern und zu teilen

„Um hier ein einheitliches Format zu schaffen, mussten wir erst herausfinden, welche Komponenten wichtig sind, damit die Filter überall funktionieren“, erklärt Majdak, der mit der Entwicklung SOFA (spatially oriented format for acoustics) die Schallforschungsinstitute weltweit vereinte. „An der Entwicklung waren mehrere Institutionen beteiligt, mit Markus Noisternig (IRCAM, Paris) als wichtigem Partner. Mit SOFA ist es nun möglich, unterschiedlich aufgenommene Audio-Daten einheitlich abzuspeichern und zu teilen. „Auf diese Weise kann ich jetzt Untersuchungen mit 1000 Personen anstatt mit 50 machen, weil ich die Filter aus 20 verschiedenen Labors nehme und poole“, so Majdak, der sich noch über etwas Weiteres freut: Seit 2015 ist SOFA auch international als offizielles Dateiformat anerkannt.