Kugelförmiges Mikrofon-Array aus 64 Mikrofonen, das weltweit größte Array dieser Art. Es dient zur Erfassung der akusistschen Abstrahlung von Musikinstrumenten.

© H. Pomberger

Musikwissenschaft
07/03/2013

Mikrofone und Audioformat mit 3D-Ton

Grazer Forscher der Kunst Uni Graz haben eine Technologie zur 3D-Tonübertragung entwickelt, die vielfältig eingesetzt werden kann. Damit kann etwa die räumliche Akustik in Konzert- oder Kinosälen verbessert werden, aber auch die Kommunikation bei Telekonferenzen oder in Autos. Neben einem Prototypen für ein räumlich hochauflösendes Surround-Mikrofon arbeiten die Forscher auch an einem eigenen 3D-Audioformat.

von Barbara Wimmer

Mehr als ein Jahrzehnt wird am Institut für Elektronische Musik und Akustik unter der Leitung von Alois Sontacchi bereits daran geforscht, wie man Klänge im Raum mappen kann, so dass die Menschen in einem Konzertsaal von jedem Platz aus eine ähnliche Klangwahrnehmung haben. "Das ist eine künstlerisch-ästhetische Herausforderung", erklärt Sontacci dem KURIER. Die Uraufführung von "Bählamm`s Fest" der Komponistin Olga Neuwirth bei den Wiener Festwochen im Jahr 1999 war dabei der Ausgangspunkt für eine intensive Auseinandersetzung mit dieser Frage - die auch zu einer Lösung geführt hat.

Mit zusätzlichen, speziellen Lautsprechern, lässt sich ein Auditorium zufriedenstellend beschallen. Zum Einsatz kommt dabei ein eigens entwickeltes 3D-Audiowiedergabeverfahren. Dieses basiert auf einer mathematischen Beschreibung mit Kugelflächenfunktionen, das in ähnlicher Form auch in der Quantenphysik oder in der Chemie verwendet wird. "Allerdings mit anderen Zeitfenstern und physikalischen Größen", ergänzt Sontacci. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem das reale Schallfeld überlagert wird. Sontacci hat basierend auf diesem sogenannten "Ambisonic"-Ansatz verschiedene Lautsprecher- und Kopfhöreranwendungen für die 3D-Audiowiedergabe erarbeitet.

Einsatzmöglichkeiten
Das Verfahren eignet sich nicht nur für den Einsatz in Konzertsälen, sondern auch für Telekonferenzen oder InCar-Kommunikation. "Bei herkömmlichen Konferenzen geht die reale Zuordnung verloren. Das bedeutet auch einen Verlust von Natürlichkeit und Sprachverständlichkeit. Wenn man die Quellen ausreichend trennt, können auch zwei gleichzeitig sprechende Personen getrennt wahrgenommen werden", erklärt Sontacchi.

Zusammen mit Industriepartnern versuche man nun, Schnittstellen zu bauen, sagt der Forscher.Die Aufgabe des Instituts sei dabei vielfältig: Man müsse in Signale gezielt hinein horchen, Quellen identifizieren und separieren, die binaurale Verständlichkeit verbessern sowie Störgeräusche reduzieren. "Durch die Zusammenarbeit mit Industriepartnern können wir sicherstellen, dass am Ende auch Produkte entstehen mit einem gesellschaftlichen Nutzen", sagt Sontacchi.

3d ton

3d-ton

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AKG als Industriepartner
Die Instituts-Kollegen Hannes Pomberger und Franz Zotter haben etwa ein kugelförmiges Mikrofonarray bestehend aus 64 Mikrofonen entwickelt, das zur Erfassung und Vermessung der akustischen Abstrahlung von Musikinstrumenten dienen soll. Damit kann auch der akustische Quellursprung festgemacht werden. Auch an einem Prototypen für ein räumlich hochauflösendes Surround-Mikrofons wird am Institut gearbeitet. Mit AKG Acoustics arbeite man an Entwicklungen für eine professionellen Ausstattung für Telekonferenzsysteme, InCar-Kommunikation sowie Diktiergeräte. Matthias Frank beschäftigt sich zudem mit Aspekten der Psychoakustik, Markus Guldenschuh mit der Rauschunterdrückung.

Eigenes 3D-Audioformat in Entwicklung
"3D-Ton geht darüber hinaus, über das, was man von 3D-Bildern im Kino kennt", sagt Sontacchi. Doch obwohl seit mehr als vierzehn Jahren im wissenschaftlichen Bereich dazu geforscht wird, gibt es bis heute noch kein geeignetes 3D-Audioformat am Markt. "Das wird auch noch eine Weile dauern", erklärt Sontacchi. Die Forscher an der Kunst Uni Graz arbeiten an einem eigenen Audio-Format für 3D, das dem MPEG-Format ähneln soll. Ähnliches versucht auch das Fraunhofer Institut in Deutschland. "Das MPEG-Format ist hilfreich, um Daten zu reduzieren und hat sich etabliert. Doch wir bringen neue Daten - nämlich die räumlichen - hinein", sagt der Forscher, dessen Team für den Houska-Preis der B&C Privatstiftung, die wirtschaftsnahe Forschung auszeichnet, nominiert ist.

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