Transaurales Audio: Binauraler Sound für Lautsprecher?

Transaurales Audio ist eine sehr interessante Technologie, die mich bei einer Veranstaltung der Audio Engineering Society regelrecht umgehauen hat. Sie zielt darauf ab, ein binaurales, dreidimensionales Klangfeld über zwei Lautsprecher anstelle von Kopfhörern zu liefern.

Binaurale Signale (lat. „binaural“ = mit beiden Ohren) auf Lautsprechern? Klingt wie ein Tabu, aber es funktioniert, wenn es zielgenau an den Ohren des Zuhörers ankommt.

Die Technik nutzt fortschrittliche Algorithmen zur Unterdrückung von Übersprechung, um sicherzustellen, dass jedes Ohr nur den Ton hört, der dafür jeweils bestimmt ist. Dadurch kann der Hörer Audiohinweise wie Entfernung, Richtung, Nähe und Höhe wahrnehmen und so eine naturgetreue Klang-Umgebung nachbilden.

Herausforderungen bei den experimentellen Ergebnissen

Bei transauralem Stereo geht es darum, zwei Lautsprecher zu verwenden und sicherzustellen, dass das, was aus dem linken Lautsprecher kommt, nur an das linke Ohr und das, was aus dem rechten Lautsprecher kommt, nur an das rechte Ohr geht.

Bei Kopfhörern ist dies leicht zu erreichen. Jedoch hört man in einem Lautsprechersystem immer auch etwas vom linken Lautsprecher auf dem rechten Ohr und umgekehrt. 

1. Schall vom linken Lautsprecher zum linken Ohr.
2. Schall vom linken Lautsprecher zum rechten Ohr.
3. Schall vom rechten Lautsprecher ans linke Ohr.
4. Schall vom rechten Lautsprecher ans rechte Ohr.

Der Schalldruck kann auf dem anderen Ohr des Zuhörers deutlich gemessen werden. Daher erstellen wir eine kleine inverse Matrix zur Verbesserung des dargebotenen Hörerlebnisses. 

Man erzeugt also ein Gegensignal, das das Bisschen, was auf dem Ohr ankommt, was nicht ankommen sollte, wieder auslöscht. Auf dem linken Ohr kommt also vor allem der linke Kanal an, und ungewollt etwas vom rechten Kanal. Die inverse Matrix sorgt für ein drittes Signal, was das ungewollte zweite wieder minimiert.

Das Ergebnis ist ein Zweikanal-Surround-Sound, der über Lautsprecher wiedergegeben werden kann und die Möglichkeiten für immersives Audio in verschiedenen Kontexten erweitert.

Während diese Technik innerhalb eines begrenzten “sweet spots” effektiv ist, kann es mit diesem System eine zusätzliche Herausforderung sein, den Effekt aufrechtzuerhalten, wenn sich der Zuhörer bewegt. 

Hier kommt die adaptive CTC ins Spiel, die im Razer Leviathan Soundbar-System eingesetzt wird.  Erfahre mehr über 3D Soundbars mit Spatial Audio.

Unterschied zu binauralen Signalen mit kopfbezogenen Übertragungsfunktionen

Auf den ersten Blick scheinen binaurales und transaurales Audio sicher zwei verschiedene Dinge zu sein und es ist nicht ungewöhnlich, dass sie verwechselt werden, da sie jeweils den Schwerpunkt auf die Schaffung immersiver Hörerlebnisse legen. 

Beide Technologien versuchen, die Art und Weise nachzubilden, wie wir Klänge in der realen Welt wahrnehmen, und sie haben bestimmte grundlegende Elemente gemeinsam. Wie etwa zwei Audiokanäle, mit denen es möglich ist, dreidimensionale Inhalte abzubilden.

Binauraler Sound basiert auf dem Konzept der Tonaufnahme mit Hilfe von Mikrofonen, die in den Ohren des Zuhörers oder eines Kunstkopfs platziert werden, um die genaue Art und Weise nachzuahmen, wie der Ton in unsere Ohren eindringt.

In den letzten Jahren sind jedoch zahlreiche Tools auf den Markt gekommen, die mit jeder beliebigen Klangquelle ein binaurales Signal erzeugen. 

Es ist bekannt für seine Fähigkeit, dreidimensionale Klanglandschaften zu erzeugen, wenn es über Kopfhörer gehört wird.

Transaurales Audio ist vom Ansatz der räumlichen Audiowiedergabe ähnliche, macht aber keinen Gebrauch von Kopfhörern. Stattdessen werden verschiedene Techniken der Auslöschung und Signalverarbeitung eingesetzt, um die Illusion eines dreidimensionalen Klangs über normale Stereolautsprecher zu erzeugen.

Spezialfall Netflix Spatial Audio

Netflix Spatial Audio Sennheiser AMBEO 2-Kanal ist ein neuer 3D-Sound-Service, der in Zusammenarbeit mit Sennheisers Ambeo-Technologie entwickelt wurde. Diese innovative Idee im Bereich 3D-Audio versucht, dass jeder Netflix-Content in einem immersiven, einhüllenden Erlebnis genossen werden kann. 

Anders als andere 3D-Audio-Formate, erfordert Netflix Spatial Audio keine spezielle Hardware oder Kopfhörer und ist somit für jeden zugänglich.

Durch den Einsatz von binlauralem und transauralem Audio in einer Datei wird ein immersives Erlebnis ohne zusätzlichen Hall oder Raum geschaffen. Die Dialogintegrität und eine solide Mischung bleiben durch den Algorithmus erhalten, während die Surround-Kanäle eine wesentlich größere Räumlichkeit erhalten. 

Tatsächlich ist das eine Kombination von transuaralem und binauralem Audio für Millionen von Nutzer zugänglich. Eigentlich ein Unding, einfach binaural und transaural zu mischen, aber das zeigt schön, wie die Grenzen zwischen Kopfhörer und Lautsprecher verschwimmen.

Wenn du mehr über Netflix‘ Ansatz für Spatial Audio erfahren möchten, lies hier: Netflix und AMBEO Spatial Audio

Andernfalls lassen geht es weiter, was Soundbars zu einem Game-Changer macht.

Was ist Übersprechungs-Unterdrückung?

In der Audiowelt bezeichnet die Übersprechung das unbeabsichtigte Überlappen von Schall von einem Kanal auf einen anderen, was die räumliche Wahrnehmung von Audioquellen verzerren kann.

Im Kontext der transauralen Audiowiedergabe, bei der die Generierung dreidimensionaler Klanglandschaften das Ziel ist, kann das Übersprechen ein ernstzunehmender Gegner sein.

Sein Vorhandensein kann die Präzision der Schallquellen-Lokalisierung stören, was es schwierig macht, den Hörer in eine überzeugende 3D-Klang-Umgebung einzutauchen. Um dem entgegenzuwirken, setzt transaurales Audio ausgeklügelte Techniken zur Unterdrückung vom Übersprechen ein. 

Diese Techniken nutzen eine Kombination aus fortschrittlichen Algorithmen, digitale Signalverarbeitung und kopfbezogene Übertragungsfunktionen (HRTF), um das Übersprechen wirksam zu reduzieren.

Das Ergebnis ist eine Klanglandschaft, in der die Audioquellen präzise positioniert sind, was ein intensiveres und authentischeres Hörerlebnis ermöglicht. 

Übersprechungs-Unterdrückung ist im Grunde der unbesungene Held, der dazu beiträgt, die Magie des 3D-Sounds in transauralen Audiosystemen zum Leben zu erwecken.

Die Bedeutung der Übersprech-Unterdrückung

In der Welt des transauralen Audios, in der es darum geht, den Hörer in virtuelle Welten zu versetzen und ihm Erlebnisse zu bieten, die die Realität widerspiegeln, kommt der Übersprech-Unterdrückung eine herausragende Bedeutung zu. Der Grund dafür liegt in der Komplexität der menschlichen Hörwahrnehmung. 

Unser Gehirn ist unglaublich geschickt darin, die Richtung zu erkennen, aus der Geräusche kommen, und verlässt sich dabei auf subtile Unterschiede in Timing und Intensität zwischen dem, was unsere beiden Ohren hören. Übersprechen stört dieses empfindliche Gleichgewicht. 

Stell dir vor, du hörst ein Symphonieorchester über Kopfhörer und hörst den Violin-Teil schwach in deinem rechten Ohr, obwohl er eigentlich von links kommen sollte. Diese Unstimmigkeit würde die Illusion sofort zerstören.

Doch ganz so einfach ist es auch wieder nicht. Denn besagtes Beispiel gilt nur für einen Schalltoten raum. Doch in der Realität haben wir quasi nie ein Ton wirklich nur auf einem Ohr.

Durch Wandreflexionen und Knochenschall kommt immer noch etwas auf dem Ohr an, das dem Schalleregnis komplett abgewandt ist. Genau das macht das räulmiche Hören aus, aber auch so komplex 

Wie CTC für die Ohren des Hörers funktioniert

Transaurales Audio nutzt die Wirkung von „Crosstalk Cancellation“, die sich auf eine Mischung aus Wissenschaft und fortschrittlicher Technologie stützt.

Doch hinter dem Vorhang der Klangbilder sind die Mechanismen alles andere als einfach. Diese Techniken beinhalten oft komplexe Algorithmen, die die Audiosignale in Echtzeit genau analysieren.

Darüber hinaus spielt die digitale Signalverarbeitung (DSP) eine entscheidende Rolle bei der Isolierung und Subtraktion von Übersprechungen aus dem Audiomix.

Eine der wichtigsten Zutaten in diesem magischen Rezept ist die Verwendung von kopfbezogenen Übertragungsfunktionen (HRTF). Diese Übertragungsfunktionen sind so etwas wie die Fingerabdrücke unserer beiden Ohren zusammen, die erfassen, wie der Klang mit unserer einzigartigen Anatomie interagiert. 

Durch die Anwendung von HRTF-Daten können transaurale Audiosysteme genau berechnen, wie der Schall jedes Ohr erreichen sollte, um sicherzustellen, dass die auditive Illusion intakt bleibt.

Vorteile, Nachteile und Fazit von CTC

Durch die Eliminierung von Interferenzen, die durch Übersprechen verursacht werden, sorgt CTC dafür, dass Audioquellen präzise im Klangbild positioniert werden, sodass wir Klänge so wahrnehmen können, als kämen sie von der vorgesehenen Stelle.

Diese räumliche Genauigkeit ist von zentraler Bedeutung für die Schaffung immersiver und realistischer Hörumgebungen in der virtuellen Realität, bei Spielen und in der Musikproduktion.

Eine bemerkenswerte Hürde ist die Komplexität der Implementierung. CTC-Systeme erfordern fortschrittliche Algorithmen und präzise Kalibrierungsmethoden, um effektiv zu funktionieren.

Die Kalibrierung von Modellen für individuelle Unterschiede in der Kopf- und Ohrform kann zeitaufwändig sein und erfordert unter Umständen spezielle Geräte.

Während transaurales Audio weiterhin seine grenzenlosen Potenziale entfaltet, bleibt CTC eine Innovation, die uns zu immer außergewöhnlicheren auditiven Horizonten führt.

Plugins zur Nutzung transauraler Techniken

Kostenlos starten: Transpanner – 3D-Audio-Panning. 

Transpanner basiert auf einem „Zahle-was-du-willst”-Modell als Teil unseres Engagements für Zugänglichkeit und Inklusivität in der Audioproduktionsgemeinschaft. Dieser Ansatz trägt den Unterschieden in der Anwendung solcher Tools in der Praxis und ihrem begrenzten Einfluss in bestimmten Szenarien Rechnung. 

Auch wenn die Auswirkungen solcher Beiträge nur selten wahrgenommen werden, bleiben sie doch ein wesentlicher Bestandteil unserer Präsentation und Funktionen, die auf den zugrunde liegenden Prinzipien der inneren Filterung und der virtuellen Antworten beruhen.

Alternative: Transpan. Ausgezeichnetes Forschungspapier. 

Transpan ist ein forschungsgetriebener binauraler und transauraler Mixing-Motor, der in Zusammenarbeit zwischen dem IRCAM-Team „Acoustic and Cognitive Spaces“ und dem “National Conservatory of Music and Dance” in Paris entwickelt wurde. 

Die Forschungsarbeit zielte darauf ab, die Qualität und Präzision der Übersprech-Unterdrückung für binaurale Signale zu verbessern, um sie für die professionelle Produktion geeignet zu machen und sie gleichzeitig mit traditionellen Panning-Dämpfungs- und transauralen Techniken zu integrieren.

Sie steht in engem Zusammenhang mit dem Bipan-Projekt und war Teil des BILI-Projekts (Binaural Listening).

Werde Profi mit BACCH Labs:

BACCH Labs 3D Sound wurde an der Princeton University entwickelt und ist eine patentierte Stereo-Reinigungsmethode, die anderen Technologien weit voraus ist.

Im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen Systemen zur Unterdrückung des Übersprechens führt BACCH 3D Sound zu keinerlei tonalen Verzerrungen, Verfärbungen oder Verlusten im Dynamikbereich, was zu einer massiven Veränderung der Klangbühne ohne Nachteile führt. 

Dieser Vorteil wird ohne Up-Mixing oder Remastering erreicht. Stattdessen hörst du die Abbildung, Tiefe, Atmosphäre und immersiven Qualitäten, die bereits in der Aufnahme oder dem Mix, dem Film oder der Spielumgebung vorhanden sind.  

Wie funktioniert das u-BACCH Plug-in? 

u-BACCH ist eine generische Version des BACCH-Filters, die mit jedem symmetrischen Stereo-Setup funktioniert. Es erfordert lediglich eine kurze Abstimmung oder Messung, um den ungefähren Winkel der Lautsprecher zu Ihrer Hörposition zu ermitteln.  

Das u-BACCH-Plugin ist für Mac und Windows verfügbar und kann in jeder DAW oder jedem Media Player gespeichert werden, der Plugins akzeptiert.

Hörauswertung

Sobald du den richtigen Winkel gefunden hast, beginnt das Erlebnis erst richtig.

Der u-BACCH-Filter bringt im Allgemeinen hart eingestellte Klänge direkt an beide Ohren heran, sorgt für mehr Tiefe hinter den Lautsprechern, für mehr Umhüllung des Halls, für einen weniger überfüllten Center-Kanal und für ein natürlicheres Gefühl der Klang-Umgebung im Allgemeinen. 

Wenn man zwischen u-BACCH und Bypass hin- und herschaltet, wird man die Flachheit des normalen Stereokanals bemerken – zum größten Teil ist es wirklich nur eine Linie zwischen den Lautsprechern.

u-BACCH verbessert nicht nur die Breite, sondern die gesamte Ebene, die dich und deine Lautsprecher umgibt. In einigen Fällen wird auch die Höhe verstärkt, aber die muss natürlich schon im Mix vorhanden sein. 

Jegliche binaurale Verarbeitung wird ohne Kopfhörer wunderschön nachgebildet und sollte je nach Hör-Umgebung genau hinter dir liegen.

Zusammenfassung

Da die BACCH-Filter das Signal verfeinern und nicht aufmischen, ist der Effekt natürlich inhaltsabhängig.

Es scheint, dass jeder Stereoinhalt, jede Aufnahme oder jeder Mix, die/der bereits beeindruckend und immersiv war, eine massive Verbesserung der Klangbühne erfuhr, während diejenigen, die eher eng, überfüllt oder monolastig waren, subtiler verbessert wurden.  

Dennoch scheint es keine negativen Auswirkungen zu haben, das Plugin eingeschaltet zu lassen, und wenn man sich daran gewöhnt hat, bleibt das Stereobild beim Ausschalten fast leer und steril. 

Für diejenigen, die das u-BACCH-Plugin selbst ausprobieren möchten, bietet BACCH Labs eine 14-tägige kostenlose Testversion zum Download an. Lade das Plugin einfach unter diesem affiliate Link von BACCH Labs herunter, um loszulegen.  

Wenn du dich zum Kauf entschließt, kannst du meinen Rabattcode “MARTINSPATIAL10” für 10 % Rabatt verwenden.

Schlussfolgerung: Transaurales Audio für den Kopf des Hörers

Zusammenfassend kann man sagen, dass sich die Welt der Audioproduktion weiterentwickelt und mehr als nur ein Lokalisierungsexperiment ist. Transaurales Audio und die damit verbundenen Techniken und Papiere ebnen den Weg für ein immersives Hörerlebnis wie nie zuvor. 

Mit einer Grundlage, die auf Prinzipien wie binauralen Signalen, kopfbezogenen Übertragungsfunktionen und der Unterdrückung von Übersprechen beruht, hat Transaural Audio die Grenzen dessen, was wir mit Klang erreichen können, erweitert.

Es ist nicht auf einen reflexionsarmen Raum oder seltene Umgebungen beschränkt, sondern kann in der täglichen Praxis mit zwei Lautsprechern realisiert werden und beeinflusst die Art und Weise, wie wir Klang wahrnehmen und reproduzieren.

Wie wir gesehen haben, zeigt die Entwicklung von traditionellen Stereolautsprechern zu Transaural Audio und Binaural Audio das volle Potenzial von Spatial Audio, und diese Reise steht erst am Anfang.

Mit diesen innovativen Methoden und Lösungen können wir Klanglandschaften schaffen, die nicht nur die Ohren unserer Zuhörer fesseln, sondern auch ihre Reaktionen im Verlauf der Audiopräsentation beeinflussen und neue virtuelle Türen öffnen.

Damit können die Möglichkeiten der auditiven Wahrnehmung erforscht und neu definiert werden. 

Lass uns also weiterhin die Lücke zwischen dem, was wir hören, und dem, was wir hören könnten, schließen und die Zukunft des Klangs gestalten, eine virtuelle Reaktion nach der anderen.