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Headzone - Die Idee

Headzone® entstand aus der Idee, die effektiven Parameter eines idealen Abhörraums mit einer bestimmten Lautsprecheraufstellung (bis zu 5.1) so überzeugend und exakt nachzubilden, dass diese in einem leichten, kompakten und transportablen Gerät in Form einer externen Soundkarte genutzt werden können. Mit Hilfe neuester DSP-Signalbearbeitungstechnologie bearbeitet Headzone® die Audiokanäle so, dass sie im Kopfhörer genauso wahrgenommen werden wie in einem realen Raum: außerhalb des Kopfes, an festen Positionen und mit einem realistischen Klangeindruck. Im Gegensatz zu anderen Kopfhörer-Surround-Simulationen, die zwar einen durchaus beeindruckenden, dafür aber sehr diffusen „Raumeffekt“ durch Stereobasisverbreiterung und Halleffekte erzeugen, bietet Headzone® die Qualität eines realen 5.1-Lautsprechersystems in einem hochwertigen Abhörraum. Jeder Surround-Kanal wird als separater, virtueller Lautsprecher wiedergegeben und kann vom Nutzer exakt im Raum positioniert werden. Bei Headzone® steht also die maximale Wiedergabegenauigkeit im Vordergrund.

 

Surround-Sound mit Stereo-Kopfhörern - Das Gehirn überlisten

Die Binaural Environment Modelling® Technologie, das Kernelement von Headzone, basiert auf dem grundlegenden Prinzip, dass man wahrnimmt, was man hört... und wenn man nichts weiter hört als die Signale, die von zwei nahe am Kopf platzierten Lautsprechern (also einem Kopfhörer) kommen, warum sollte es dann nicht möglich sein, eine beliebige gewünschte Wahrnehmung zu erzeugen?

Tatsächlich hören wir mit Hilfe unserer beiden Ohren immer in stereo. Die Tatsache, dass wir mit zwei Ohren auch räumlich hören können, beruht auf der Fähigkeit unseres Gehirns, die empfangenen Signale in ihrer Beziehung zueinander bewerten zu können. Dadurch entstehen nicht nur Links/Rechts-Informationen, sondern auch ein echter 3D-Effekt. Die eigentlichen Vorgänge sind jedoch zu komplex, um sie in einigen wenigen Sätzen erläutern zu können. Dennoch sollen ein paar entscheidende Faktoren genannt werden:

a. Kopfbezogene Übertragungsfunktion HRTF: Beschreibt die verschiedenen Parameter eines Schallsignals an beiden Ohren mittels:

a.a. Laufzeitunterschiede: Signale, die von rechts beim Hörer ankommen, werden zunächst vom rechten Ohr wahrgenommen und erst kurze Zeit später vom linken.

a.b. Pegelunterschiede: Signale, die zuerst auf das rechte Ohr treffen, wandern um den Kopf herum und werden vom linken Ohr mit geringerem Pegel und verändertem Frequenzspektrum wahrgenommen.

b. Das Verhältnis zwischen Direkt- und Diffusschall: Eine Schallquelle in unmittelbarer Nähe besitzt einen höheren Direktschallanteil als eine weiter entfernt liegende Quelle.

c. Typische Muster früher Reflexionen im Raum: Eine Schallquelle in unmittelbarer Nähe erzeugt typischerweise andere Reflexionsmuster (Geschwindigkeit und Winkel der Reflexion) als eine weiter entfernt liegende Quelle. Interessant dabei ist, dass unser Gehör einige dieser Reflexionen nutzt, um die Entfernung zur Schallquelle zu ermitteln, während andere die Wahrnehmung der Größe des umgebenden Raums ermöglichen.

d. und schließlich Headtracking: In einer natürlichen Umgebung drehen Menschen unbewusst ihren Kopf, um die exakte Position einer Schallquelle zu ermitteln. Dabei handelt es sich nur um minimale Kopfbewegungen, die aber für ein natürliches Hören extrem wichtig sind. Denn genau durch diese Kopfbewegungen können wir deutlich zwischen vorne und hinten unterscheiden (besonders beim räumlichen Hören). Mit Headzone wurde diese natürliche Hörweise auch in einem Kopfhörer realisiert, indem Headzone kontinuierlich die Kopfbewegungen des Hörers registriert und bei der Wiedergabe von Audiosignalen berücksichtigt. Wenn es gelingt, alle diese Faktoren durch digitale Signalverarbeitung nachzuahmen (was mit Headzone der Fall ist), können wir jede gewünschte Rauminformation simulieren, die dann vom Hörer als realistisch wahrgenommen wird. Mit anderen Worten: Wir können das Gehirn überlisten!

 

Virtuelle Lautsprecher

Wenn zum Beispiel ein Mono-Audiosignal von einem Lautsprecher in 3 m Entfernung und 30° links vom Hörer erzeugt wird, erreicht dieses Signal den Hörer mit den für beide Ohren spezifischen Charakteristika (Frequenzgang, Laufzeit, Raumanteile, usw.). Das Gehirn wertet diese Informationen aus und bestimmt dadurch die Position des Lautsprechers. Headzone fügt diese Informationen mittels digitaler Signalverarbeitung dem Audiosignal hinzu und kann so denselben Raumeindruck auch über Kopfhörer erzeugen. Dadurch kann ein Audiosignal praktisch überall in der Umgebung des Hörers positioniert werden und es entsteht der Eindruck eines „virtuellen Lautsprechers“.

 

Der virtuelle Regieraum

Adjustable parameters: Position of the virtual loudspeakers in the room, their distance from the listener, the size of the virtual room, and the acoustic qualities of the room.

Nachdem nun die Entwicklung von „virtuellen Lautsprechern“ möglich war, stellte sich als nächstes die Frage, wie diese Lautsprecher im Raum positioniert werden können, da das eigentliche Klangbild vom Lautsprecher selbst und von den akustischen Eigenschaften des Raums, in dem er aufgestellt ist, erzeugt wird. Das Ziel war somit die Entwicklung eines „virtuellen Regieraums“. Die Audioindustrie definiert bereits seit längerem die Eigenschaften von Abhörräumen, die heute u a. in folgenden Normen festgelegt sind: OIRT E86/3, IEC 268-13, N 12-A, EBU 3276-2, ITU-R BS.1116, SMPTE 202M, ISO 2969,THX 1138, etc. Was diese Normen vor allem zeigen, ist die Tatsache, dass es DEN perfekten Regieraum nicht gibt und dass ihn jeder etwas anders definiert. Deutlich wird aber auch, welche Eigenschaften ein guter Referenz-Regieraum aufweisen sollte, nämlich:

  • Hallzeit 250 – 400 ms
  • eine definierte Raumgeometrie
  • geringes Niveau an Hintergrundgeräuschen
  • keine starken Reflexionen, die den Klang verfärben könnten
  • eine sehr diffuse Hallfahne

Beim Modellieren eines virtuellen Regieraums für das Headzone-System hätten wir die Parameter von „legendären“ Abhörräumen messen und in das System übertragen können. Aber welchen Nutzen bringt es Ihnen, wenn Sie in den virtuellen „Abbey Road Studios“ arbeiten können? Wahrscheinlich haben Sie dort noch nie gearbeitet und werden das vielleicht auch nie tun... und selbst wenn... vielleicht gefällt Ihnen der Klang des Regieraums dort ja gar nicht?

Für den virtuellen Abhörraum von Headzone haben wir deshalb einen anderen Ansatz gewählt: Wenn es DEN perfekten Regieraum gar nicht gibt, wir aber die Eigenschaften eines guten Referenz-Abhörraumes kennen, warum überlassen wir es dann nicht Ihnen, den Abhörraum selbst anzupassen und somit IHREN perfekten Regieraum zu schaffen? Wir sind der Meinung, dass ein gut klingender Abhörraum eine sehr subjektive Sache ist und darum innerhalb bestimmter Grenzen flexibel bestimmbar sein sollte. Er wird für Sie dann zu einem perfekten Regieraum, wenn Sie sich mit den Raumeigenschaften und der Raumwahrnehmung wohl und „wie zu Hause“ fühlen oder mit anderen Worten, wenn der Raum für Sie plausibel erscheint.

Am wichtigsten ist, dass Sie immer dieselben Abhörbedingungen schaffen können, auch außerhalb Ihres Studios und egal, ob für Aufnahmen oder Abhörsitzungen. So können Sie alle Vorteile eines realen Referenz-Abhörraumes nutzen, in dem ein Toningenieur ganz einfach die Qualität einer vorliegenden Aufnahme beurteilen kann. Je häufiger Sie in diesem speziellen Raum arbeiten, desto leichter fällt es Ihnen zu beurteilen, wie die Aufnahme auch in einer anderen Umgebung klingen würde. Außerdem sind Sie mit Headzone nur wenige Mausklicks davon entfernt, sich Ihre Aufnahme in einer anderen Umgebung anzuhören, um ganz sicher zu gehen, dass sich Ihre auf „Wohnzimmerbedingungen“ ausgelegte Mischung auch noch in einem Kleinwagen gut anhört!

Als Basis für den virtuellen Headzone-Regieraum dienen, wie oben beschrieben, die Eigenschaften eines guten Referenz-Abhörraums. Headzone ermöglicht dem Anwender darüber hinaus aber auch, die Klangeigenschaften eines Lautsprechersystems in einem Regieraum mit nur wenigen Mausklicks exakt an die eigenen Wünsche anzupassen. Zu den einstellbaren Parametern gehören alle Effekte, die in einem reellen Raum das Klangbild beeinflussen und in einem herkömmlichen Stereokopfhörer vernachlässigt werden, nämlich: die Raumgröße, der Abstand zwischen Lautsprecher und Hörer sowie die Eigenschaften des Regieraums. Wir haben absichtlich alle diese Parameter in nur drei Schieberegler programmiert (Raumgröße, Abstand und Raumeindruck), die leicht verständlich und in einem Bereich von 0 bis 100 regelbar sind. Wir möchten dadurch erreichen, dass Sie beim Einrichten Ihres persönlichen Regieraums das tun, was Sie am besten können: Auf Ihre Ohren hören! Experimentieren Sie einfach mit den Raumparametern Ihres virtuellen Regieraums. Sobald Sie das Gefühl haben, dass Ihre Einstellung realistisch und angenehm klingt, haben Sie es geschafft! Sie haben Ihren ganz persönlichen Referenz-Regieraum geschaffen, den Sie nun überall hin mitnehmen können.

 

Warum Headtracking?

Ohne Headtracking - die Lautsprecher bewegen sich mit der Bewegung des Hörenden mit.
Mit Headtracking - die virtuellen Lautsprecher verbleiben an ihrer Position im Raum.

Lautsprecher sind statisch!

Lautsprecher sind in einem Raum an festen Positionen aufgestellt und vermitteln einen räumlich statischen Klangeindruck. Die Lautsprecher ändern ihre Position nicht mit den Bewegungen des Hörers, sondern befinden sich, je nachdem in welche Richtung der Hörer sich bewegt, manchmal vor, manchmal neben oder hinter ihm. Im Gegensatz dazu sitzt ein Kopfhörer direkt auf dem Kopf des Hörers, so dass sich ein aus der rechten Ohrmuschel kommendes Signal stets auf der rechten Seite des Hörers befindet, da der Kopfhörer sich mit der Kopfbewegung des Hörers bewegt. Da wir an „sich bewegende Lautsprecher“ nicht gewöhnt sind, wird unser Gehirn ständig daran erinnert, dass man nur einen Kopfhörer aufhat.

Headzone löst dieses Problem durch die Entwicklung einer neuen, patentierten Technologie. Mit Hilfe eines Ultraschall-Headtrackers registriert das System kontinuierlich die Kopfposition des Hörers und passt die Audiowiedergabe entsprechend an. Wenn der Anwender zum Beispiel einen virtuellen Lautsprecher „in die vordere rechte Ecke des Raumes“ platziert, bleibt dieser auch dort. Der Hörer kann nun seinen Kopf zum Lautsprecher hin oder von ihm weg drehen ... ganz gleich, wie er sich bewegt, der Lautsprecher selbst bewegt sich nicht, sondern bleibt fest an seinem virtuellen Ort. Dieser Effekt vermittelt eine bisher einmalige, unglaublich realistische Surround-Wiedergabe, da das Gehirn mit der Zeit vergisst, dass man einen Kopfhörer trägt. Man nimmt den virtuellen Abhörraum tatsächlich als real wahr, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass man ihn überall hin mitnehmen kann.


Optimale Lokalisierung "außerhalb des Kopfes"

Wie bereits erwähnt, drehen wir unbewusst unseren Kopf, um eine Klangquelle zu lokalisieren. Bei dieser Bewegung dreht ein Kopfhörer ohne Headtracker natürlich auch das Klangbild um dieselbe Gradzahl. Ein Kopfhörer mit Headtracker stellt dagegen sicher, dass das Gehirn neue Rauminformationen erhält – ganz wie in einem realen Raum.